Bestimmung von Emissionsfaktoren aus Laufhöfen und freigelüfteten Ställen

Rinderherde auf einem nassen Laufhof vor dem Stall
Freigelüftete Ställe gelten in der Milchviehhaltung als das Standardhaltungsverfahren, in der Schweinehaltung werden sog. Außenklimaställe zunehmend als Möglichkeit einer kostengünstigen und tiergerechten Haltungsform anerkannt. Zusätzlich wird aus Gründen des Tierwohls (nicht nur im ökologischen Landbau) auch ein Zugang der Tiere zu einem Auslauf mit Außenklimareizen gefordert und gefördert. Dadurch wird eine zusätzliche, potenziell emissionsaktive Fläche außerhalb des Stalles gebildet, die geeignet sein kann, die verfahrensspezifischen Emissionsfaktoren (z.B. für NH3) des Haltungssystems insgesamt zu erhöhen.

Ausgangslage und Problemstellung

Vor allem im Zusammenhang mit Ammoniak (NH3) hat dies aufgrund des hohen Anteils der Landwirtschaft an den NH3-Gesamtemissionen und der Minderungsverpflichtungen, die sich aus europäischem Recht ergeben, eine hohe Bedeutung für die landwirtschaftliche Tierhaltung. In Bayern mit einem relativ hohen Anteil der Rinderhaltung an der gesamten Nutztierhaltung ist daher die Fragestellung nach dem Beitrag der Laufhöfe zum Emissionsgeschehen sowohl für das einzelbetriebliche Genehmigungsverfahren als auch für die Emissionsberichte an die EU relevant.

Ziel und Stand des Projektes

Mit dem beantragten Forschungsprojekt soll eine Messtechnik entwickelt werden, die an freigelüfteten landwirtschaftlichen Quellen zur Messung von gasförmigen Emissionen eingesetzt werden kann. So sollen die messtechnischen Voraussetzungen geschaffen werden, um Emissionsfaktoren unter bayerischen Bedingungen (baulich-technische Ausgestaltung, Management, klimatische Bedingungen) als Grundlage immissionsfachlicher Stellungnahmen im Rahmen von Genehmigungsverfahren (z.B. NH3-emissionsbedingter Mindestabstand zu Ökosystemen und Wald) zu erheben. Daneben sollen aber auch Minderungspotenziale durch baulich-technische Verbesserungen (z.B. Neigung, Perforation, Beschattung, Reinigungstechnik) und Managementmaßnahmen (z.B. Reinigungsintervall, Lenkung des Viehverkehrs etc.) untersucht werden können.
In der jetzt beantragten Projektphase wird die Messung der NH3-Emission im Zentrum der Untersuchung stehen. Die Messung gasförmiger Emissionen an Flächenquellen ohne geführte Ab- oder Fortluft stellt an die Messtechnik hohe Ansprüche. Es gilt, diese Messtechnik an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft zu etablieren und für verschiedene landwirtschaftliche Fragestellungen anzupassen.
Neben den Randbedingungen (z.B. Temperatur, Windgeschwindigkeit etc.) sind im Wesentlichen zwei Komponenten zu messen:

Luftwechselrate im freigelüfteten Stall

Die Luftwechselrate soll in Anlehnung an das sog. VERA-Protokoll mittels der CO2-Bilanzmethode ermittelt werden. Zur Unterscheidung mehrerer Teilquellen kann der Einsatz weiterer Tracergase notwendig werden.

Schadgaskonzentration

Zur trassenmittelnden und zeitaufgelösten Messung der NH3-Konzentrationen soll ein Offenpfad-Diodenlaser-Spektrometer auf der Luv- und Leeseite der Quelle eingesetzt werden. Die Trassenmittelung hat gegenüber extraktiver Probennahme an einzelnen Punkten in Stallungen den Vorteil, dass Konzentrationsunterschiede im Stall gemittelt werden und eine hohe zeitliche Auflösung der Messung möglich ist. So kann der möglichen hohen zeitlichen Dynamik der Konzentration an windinduzierten Quellen Rechnung getragen werden.
GerätZoombild vorhanden

Offenpfad-Diodenlaser-Spektrometer mit Reflektoreinheit (Fa. Bernt GmbH)

Im Gegensatz zu konventionellen UV- oder IR- Spektrometern basiert die hier ausgewählte Technik auf dem Messprinzip der „Einlinien-Spektroskopie“, um so Messabweichungen durch Querempfindlichkeiten auf andere Gase minimieren zu können. Die Absorptionslinie des Messgases liegt im nahen IR-Bereich; diese wird mit einem Single-Mode-Diodenlaser abgescannt. Ein Detektor misst die Absorption des Lichtes durch die Gasmoleküle. Aus dieser Absorption wird dann die Gaskonzentration berechnet.
Die Messung ist unabhängig von der Gesamtintensität des Lichtes und damit unempfindlich gegenüber Staub, Regen und Wasserdampf. Damit kann die Technik grundsätzlich auch im „Robustbereich Stall“ eingesetzt werden.
Die Technik ist aufgrund der geringen Größe, des Fehlens beweglicher Teile, des geringen Gewichts und der einfachen Justage der Reflektoreinheit reisetauglich und mit vertretbarem Aufwand auch für kürzere Messperioden von einigen Tagen einsetzbar.
Das erste Messgerät wurde beschafft und ausgeliefert. Derzeit wird die Messtechnik einer Qualitätskontrolle mit Prüfgasen im Labor unterzogen. Ab Sommer 2017 werden Vergleichsmessungen auf landwirtschaftlichen Betrieben folgen.
Projektinformation
Projektleitung: Dr. Stefan Neser
Projektbearbeitung: Katja Bonkoß
Laufzeit: 2016-2018
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Förderkennzeichen: A/16/07