Forschungs- und Innovationsprojekt
Bestimmung von Emissionsfaktoren an tierwohlorientierten frei belüfteten Rinderställen in Bayern, EF-Bayern
Erweiterung und Aktualisierung der Datenbasis vor dem Hintergrund beabsichtigter immissionsfachlicher Verschärfungen
Im Rahmen des Projekts wurden Emissionen in verschiedenen Rinderhaltungssystemen in Bayern untersucht. Dabei wurden sowohl eingestreute (wie Festmistverfahren und Kompostställe) als auch einstreulose Systeme mit freier Lüftung und optionalen Laufhöfen mithilfe geeigneter Kammertechniken gemessen und analysiert.
Hintergrund
Betreiber tierwohlorientierter, freibelüfteter Stallanlagen stehen zunehmend im Spannungsfeld zwischen Tierwohlanforderungen und umweltrechtlichen Vorgaben. Durch die offene Bauweise und das im Vergleich größere Platzangebot je Tier kann es zu erhöhten Emissionen luftgetragener Schadstoffe im Umfeld der Anlage kommen. Für tierwohlorientierte, freibelüftete Haltungssysteme, insbesondere für Tretmist- und Kompostställe sowie für Laufhöfe und Außenklimabereiche, stehen bislang nur begrenzt unter Praxisbedingungen erhobene, belastbare Emissionsdaten zur Verfügung. Insbesondere fehlen häufig standardisierte und langfristige Messreihen, die eine belastbare Ableitung von Emissionsfaktoren für immissionsschutzrechtliche Bewertungen ermöglichen.
Die Höhe der Ammoniakfreisetzung aus Tierhaltungsanlagen wird mittels Emissionsfaktoren beschrieben und bewertet. Die Erhebung von Emissionsdaten stellt jedoch bei diffusen Quellen wie frei belüfteten Ställen und Laufhöfen eine besondere Herausforderung dar und erfordert speziell angepasste Erhebungstechniken. Zu diesem Zweck wurde am Institut für Landtechnik eine geeignete Methodik unter Verwendung eines speziellen Lasermessverfahrens erarbeitet:
Bestimmung von Emissionsfaktoren aus Laufhöfen und frei gelüfteten Ställen
Hiermit konnten die zeitliche und räumliche Dynamik, die Höhe der Ammoniakemissionen sowie die Wirkung verschiedener Begleitfaktoren (u.a. Laufflächenbeschaffenheit, -verschmutzung und -feuchte sowie Temperatur und Durchlüftung) auf das Emissionsgeschehen untersucht und beschrieben werden. Im Projekt EF Bayern wurde diese Methodik für weitere Erhebungen herangezogen, wobei für die Messung an eingestreuten Funktionsbereichen und Kompostierungsställen zusätzlich ein laserbasiertes Haubenmessverfahren zum Einsatz kamen.
Ziel des Projekts
Ziele des Projektes waren die Erfassung von Ammoniakkonzentrationen und emissionsrelevanten Einflussgrößen in tierwohlorientierten, frei belüfteten Milchviehställen unter realen bayerischen Praxisbedingungen und somit die Erweiterung der Datengrundlage für die zukünftige immissionsfachliche Bewertung dieser Haltungssysteme.
Die Ziele gliederten sich dabei in folgende Teilbereiche:
- Erfassung von Ammoniakkonzentrationen und flächenbezogenen Emissionsraten in unterschiedlichen tierwohlorientierten Haltungssystemen für Rinder mit und ohne Laufhof unter Praxisbedingungen in Bayern.
- Untersuchung der zeitlichen und räumlichen Variabilität der Ammoniakemissionen in frei belüfteten Stall- und Außenbereichen.
- Analyse des Einflusses relevanter Umwelt- und Managementfaktoren, insbesondere Temperatur, Luftbewegung, Verschmutzungsgrad, Oberflächenfeuchte bzw. Harneintrag, Einstreumanagement und Flächennutzung.
- Bewertung der methodischen Grenzen und Unsicherheiten bei der Erfassung von NH₃-Emissionen in offenen Haltungssystemen.
- Erweiterung der Datengrundlage für die zukünftige Ableitung belastbarer Emissionsfaktoren und die immissionsfachliche Bewertung tierwohlorientierter Haltungssysteme.
Methoden
Die Ammoniak- und Kohlendioxidkonzentrationen im Stallinneren werden unter Einsatz sog. Diodenlaser-Absorptions-Spektrometer gemessen. Dabei sendet ein Transceiver Nahinfrarotlicht eines stoffcharakteristischen Wellenlängenbereichs aus, das am Ende eines offenen Messpfades vom Reflektor zurückgeworfen wird. Anhand der Stärke der Lichtabschwächung wird die Konzentration des Zielstoffes in der Messtrasse bestimmt. Der zusätzlich benötigte Luftwechsel wird anhand des Konzentrationsunterschiedes zwischen Stall- und Außenluft erhoben, wozu eine NH3- und eine CO2-Geräteausführung in Kombination betrieben werden. Zusätzlich müssen verschiedene meteorologische, stallklimatische und betriebliche Begleitdaten aufgezeichnet werden, um die gewonnenen Emissionsdaten auswerten und interpretieren zu können.
Die Ammoniakfreisetzung aus nicht eingestreuten Auslaufflächen wird mit einem längenvariablen mobilen Messtunnel erhoben, in dem die Komponenten eines Ammoniak-Lasermessgerätes bodennah platziert werden. Nach dem Tunnelverschluss mittels Blenden werden Höhe und zeitlicher Verlauf des Konzentrationsanstiegs über einen definierten Zeitraum aufgezeichnet. Anhand dieser Informationen kann bestimmt werden, wieviel Ammoniakgas während des Untersuchungszeitraums aus der Lauffläche freigesetzt wurde.
Da der mobile Messtunnel für die Messung an eingestreuten Flächen nicht eingesetzt werden kann, werden diese mit Hilfe eines geeigneten dynamischen Haubensystems beprobt. Das Messprinzip basiert darauf, dass eine definierte Fläche der zu untersuchende Oberfläche mit einer Haube abgedeckt wird. Die von der Oberfläche freigesetzten Gase werden kontinuierlich über einen definierten Luftstrom aus dem Haubeninneren abgeführt und analysiert. Aus der Konzentration der Zielgase im Abluftstrom sowie dem erfassten Volumenstrom können flächenbezogene Ammoniakfreisetzungen abgeschätzt werden.
Darstellung der eingesetzten Messtechnik:
Offenpfad-laser
Mess-tunnel
Mess-haube
Ergebnisse
An fünf freibelüfteten Praxisbetrieben in Ober- und Niederbayern wurden Messkampagnen in bis zu drei Jahreszeiten (Sommer, Winter, Übergang) durchgeführt. Die zwei Kompost- und drei Liegeboxenlaufställe repräsentieren die in Bayern verbreiteten tierwohlorientierten Haltungssysteme.
Konzentrationsniveau
Die gemessenen NH₃-Konzentrationen lagen an allen Betrieben überwiegend im niedrigen Bereich von 0,5 bis 3 ppm. Spitzenwerte über 5 ppm traten nur vereinzelt und kurzzeitig auf.
NH₃-Konzentrationen in der Stallinnenluft:
Kompostställe
Die beiden untersuchten Kompostställe (Betriebe B und D) wiesen konsistent niedrigere NH₃-Konzentrationen auf als die Liegeboxenlaufställe ohne Kompost. Betrieb B zeigte mit einem Mittelwert von 0,51 ppm den niedrigsten Konzentrationswert aller untersuchten Betriebe.
Flächenmanagement
Die Feuchte der Laufflächen sowie die Frequenz der Entmistung mittels Schiebersystemen zeigten einen deutlichen und reproduzierbaren Einfluss auf die flächenbezogenen Emissionsraten. In zwei von drei Fällen wurden nach einem Schieberdurchgang geringere Ammoniakemissionen gemessen als vor der Entmistung.
Schlussfolgerung
In den frei belüfteten Stallsystemen konnten im Rahmen dieser Untersuchung keine systematisch erhöhten NH₃-Konzentrationen festgestellt werden. Die derzeit angesetzten Emissionsfaktoren sind daher als konservative „Worst-Case“-Annahmen zu bewerten. Vor diesem Hintergrund erscheint auch der im Genehmigungsrahmen verwendete Wert von 14,57 kg NH₃/TP·a als eher vorsichtig angesetzt.
Die untersuchten Kompostställe wiesen insgesamt die niedrigsten NH₃-Konzentrationen auf. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich die vorliegende Untersuchung ausschließlich auf NH₃-Emissionen beschränkte und weitere klimarelevante Emissionen (wie z. B. Lachgas) nicht erfasst wurden.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass durch Managementmaßnahmen auf den Flächen (Sauberkeit und Trockenheit) ein relevantes Minderungspotenzial für Ammoniakemissionen besteht.
Die Ableitung rechtssicherer Emissionsfaktoren war im Rahmen dieser Praxiserhebung jedoch nicht möglich. Dies ist insbesondere auf die hohe räumliche und zeitliche Variabilität der Emissionsbedingungen in frei belüfteten Systemen sowie auf methodische Einschränkungen bei der Bestimmung des Luftwechsels unter Praxisbedingungen zurückzuführen. Zudem wird in Kompostställen die CO₂-Bilanzierung zusätzlich durch die CO₂-Eigenemission der Kompostmatratze beeinflusst.
Für eine abschließende Bewertung und die Ableitung belastbarer, rechtssicherer Emissionsfaktoren sind daher weitere Untersuchungen unter kontrollierten Bedingungen erforderlich.
Projektinformation
Projektleitung: Diana Andrade
Projektbearbeitung: Claudia Wölfel, Karl Steinbeißer, Florian Betzenbichler, Institut für Landtechnik
Laufzeit: 2023-2026
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus
Förderkennzeichen: A/21/15