4/10/2015

1

Ammoniak en methaan vergeleken: oorsprong en

reductiemogelijkheden

Leen Vandaele / Sam De Campeneere

ILVO DIER

OG Rundveehouderij:

Sam De Campeneere Leen Vandaele

Nico Peiren Karen Goossens

Ammoniak

NH3

Wat?

Problematiek

Oorsprong

Reductiemogelijkheden

Meettechniek

Methaan

CH4

Wat?

Problematiek

Oorsprong

Reductiemogelijkheden

Meettechniek

NH3

Wat is ammoniak?

Stikstof en 3 waterstof atomen

Ammoniak is bij kamertemperatuur een kleurloos, giftig en brandbaar gas met een karakteristieke, sterk prikkelende

geur.

Gebruik:

Schoonmaakmiddel Verfverwijderaar

Koelmiddel in koelinstallaties

CH4

Wat is methaan?

Koolstof en 4 waterstof atomen

Methaan is bij kamertemperatuur en bij atmosferische druk een gas.

Methaan is het voornaamste

bestanddeel van aardgas. Aardgas wordt in de natuur aangetroffen in samenhang

met aardolie en andere fossiele brandstoffen en heeft een vergelijkbare

geologische oorsprong, ontstaan uit vergane resten organisch materiaal.

NH3 Problematiek:

Vermesting en verzuring

N (lucht)

NH3 NOx

Depositie

immissie

emissie

SBZ

IHD

Naar Van Den Bossche, 2014

Is een lokaal probleem

4/10/2015

2

NH3 Problematiek:

Bronnen Ammoniakemissie Veeteelt

9%

55%

34%

2%

Pluimvee Varkens Runderen Andere

Stal 61%

Opslag 0%

Land 28%

Weide 11%

Bron: VMM persoonlijke communicatie

Runderen

CH4 Problematiek:

Broeikaseffect / opwarming van de aarde

Klimaatwebsite.be Is een mondiaal probleem

CH4

• Landbouw 11% van alle BKG-emissies in Vlaanderen

• Maatschappelijke plicht voor iedere sector de uitstoot te verminderen

Bron: MIRA-T 2010

88%

6% 5%

1%

Vlaamse emissies / BKG (CO2 eq.)

koolstofdioxide

methaan

lachgas

HFK's

Problematiek:

Broeikaseffect / opwarming van de aarde

40%

37%

23%

Landbouwemissies per BKG (CO2 eq.)

koolstofdioxide

methaan

lachgas

• De voornaamste bronnen van de CH4-productie in de landbouw zijn

fermentatie in de pensmaag bij herkauwers (49%) en dierlijke mest

(44%) (varkens (38%)-rund (6%))

• Een melkkoe produceert 200 tot 500 g methaan per dag. Dit komt

overeen met 6-10% van de bruto energie inname.

• Niet de koe maar micro-organismen vormen methaan uit H2 en CO2,

deze moleculen ontstaan tijdens de anaerobe afbraak van het voeder.

• 90% CH4 vorming in de pensmaag en 10% in de dikke darm. Het

methaan wordt daarna uitgescheiden via oprispingen (eten,

herkauwen), ademhalen en (zeer beperkt) via winden

CH4

Ammoniak

NH3

Stikstof

Lokaal probleem verzuring en vermesting

Methaan

CH4

Koolstof

Mondiaal probleem opwarming aarde

Figuur van de koe 1

DUNNE DARM

DIKKE DARM

pyr

uva

at

glucose

pensbestendig zetmeel

RC

zetmeel

UIER melkvet lactose

bloedbaan

CH4

feces Voeder (KH en RC)

suiker BZ

PZ

AZ

H2 CH4

Energie

onverteerde KH en RC

CO2 CH4

LONGEN

CH4

CH4 CH4

CH4 Oorsprong: koolhydraten!

4/10/2015

3

CH4

NH3 Oorsprong: eiwit!

- Opeenvolging van processen in de koe Eiwit -> NH3 –> ureum (urine)

- In stal: Faeces (incl urease) en urine (ureum) komen samen

Afbraak naar NH3

Snelle reactie Ook bij kleine conc

- Invloed van conc ureum, temp, pH, …

NH3 Oorsprong: eiwit !

IN HET DIER

1

PENS DUNNE DARM

DIKKE DARM

AZ NH3

microbieel eiwit

pens bestendig eiwit

niet-eiwit stikstof

onbestendig eiwit AZ

NH3 ureum recyclage

speeksel

UIER melkeiwit

melkureum

bloedbaan NH3 LEVER NH3 ureum

urine

feces

NIER

voedereiwit

NH3 Oorsprong:

NH3 Oorsprong:

1

roostervloer

mestkelder

5

mest Organisch N

NH4+ NH3 (l)

grenslaag NH3 (g)

NH3 (g) lucht

1 2

3

4

Bron: Sommer et al. (2006b; 2013) en Philippe et al. (2011a)

60-70% vd stalemissies

30-40% vd stalemissies

NH3 (g) verlaat stal naar omgeving

Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3

- + OH-

urease

1

2

3

5

NH3 Oorsprong:

IN DE STAL/OMGEVING

NH4+ (vl) <-> NH3 (vl) + H+

NH3 (vl) <-> NH3 (g)

MES

T G

REN

SLA

AG

LU

CH

T

NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)

4

4/10/2015

4

NH3

Stikstof

Lokaal probleem verzuring en vermesting

Stalemissie vanuit gemengde mest

CH4

Koolstof

Mondiaal probleem opwarming aarde

Dier (vooral muil) + stalemissie mest

CH4

1. Manipulatie van de pensflora/pensfermentatie

• Incl. aanpassingen van het rantsoen

2. Fokkerij/selectie/management

Reductiemogelijkheden

CH4

1. Minder H2 vorming

2. H2 captatie op een andere manier

3. Methaanvormers uitschakelen

Reductiemogelijkheden: 1. Manipulatie van de pensflora/pensfermentatie

CH4

Azijnzuur Propionzuur Boterzuur andere

Suiker 53 16 26 6

Zetmeel 49 31 15 5

Hemicellulose 51 12 32 5

Cellulose 68 12 20 0

Eiwit 44 18 17 21

1. Minder H2 vorming

Reductiemogelijkheden:

CH4

Enkele voorbeelden:

Onverzadigde vetzuren Fumaraat Nitraten Sulfaten

2. H2 captatie op een andere manier

Effecten in werkelijkheid meestal duidelijk minder groot dan theoretisch verwacht

Reductiemogelijkheden:

CH4

Enkele voorbeelden:

Antibiotica (bv. Monensin) Saponines (natuurlijke zepen) Tannines (vormen eiwit complexen) Plant extracten (thijm, look, ….)

3. Methaanvormers uitschakelen

In praktijk 3 grote moeilijkheden: effect aanhouden in de tijd (aanpassing van flora) productie op niveau houden (kostprijs)

Reductiemogelijkheden:

4/10/2015

5

CH4

• Genetische selectie voederefficiëntie lage methaanproductie • Immunisatie

• Verbeteren efficiëntie van productiesystemen (verbeterde

vruchtbaarheid, minder ziekte)

• Hoog-productieve dieren gebruiken relatief kleinere (CH4-productie door) onderhoudsbehoefte/L lager vezelaandeel

2. Fokkerij/selectie/management:

Ingrijpen op dier of kuddeniveau

Reductiemogelijkheden:

CH4

Methaan per liter melk

Melkproductie (l/dag)

C

H4

pe

r lit

er

me

lk

Inspelen op de verschillende

processen die aan de

oorsprong liggen van de NH3-

emissie

NH3

(1) Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3

- + OH-

urease

NH4+ (l) <-> NH3 (l) + H+

(3) NH3 (l) <-> NH3 (g)

NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)

(5) NH3 (g) verlaat stal naar omgeving

1

2

3

4

5

Reductiemogelijkheden:

NH3

(1) Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3

- + OH-

urease

NH4+ (l) <-> NH3 (l) + H+

(3) NH3 (l) <-> NH3 (g)

NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)

(5) NH3 (g) verlaat stal naar omgeving

1

2

3

4

5

Reductiemogelijkheden:

Voeding Minder ureum in urine

DIER

Management Weidegang: scheiding

faeces en urine

KUDDE

Staltechnieken Scheiding faeces en

urine Remmen urease

activiteit

STAL

Staltechnieken Reinigen lucht bij verlaten stal

STAL

Staltechnieken Verlagen temperatuur in mest

Verminderen luchtsnelheid aan de grenslaag Reductie emissie oppervlakte (rooster + put)

STAL MESTOPSLAG

Staltechnieken Verlagen temperatuur (in mest)

STAL

Voeding Verzuren urine (niet-

herkauwers)

Staltechnieken Verzuren van mest

Verlagen temperatuur (in mest)

DIER STAL

NH3

1. Voeding

PENS DUNNE DARM

DIKKE DARM

AZ NH3

microbieel eiwit

pens bestendig eiwit

niet-eiwit stikstof

onbestendig eiwit AZ

NH3 ureum recyclage

speeksel

UIER melkeiwit

melkureum

bloedbaan NH3 LEVER NH3 ureum

urine

feces

NIER

voedereiwit

NH3

1. Voeding

Reductiemogelijkheden:

NH3

1. Voeding

Reductiemogelijkheden:

- Verfijnen van de eiwitvoorziening => efficiënter omgaan met Stikstof Minder NH3 overschot in de pens Lagere urinaire stikstof (ureum) verliezen

Stikstofuitscheiding Melk Stikstofefficiëntie = Totale stikstofopname

4/10/2015

6

NH3

1. Voeding

Reductiemogelijkheden:

MAAR Koe is herkauwer en per definitie niet erg efficiënt met stikstof

Bron: Dijkstra, 2013

N Balans (cte gewicht) 0 g/dag

0 %

38 %

N faeces 89 g/dag

N urine 174 g/dag

20 %

N melk 198 g/dag

43 %

N opname 461 g/dag

DMI 24 kg/d N 19 g/kg DS

RE 120 g/kg DS

Fysiologisch is maximale efficiëntie mogelijk van 43% (Praktijk 28-30%)

NH3 2. Management

Reductiemogelijkheden:

Melkvee gescheiden laten urineren en defeceren.

1

roostervloer

mestkelder

NH3

mest Organisch N

NH4+ NH3 (l)

grenslaag NH3 (g)

NH3 (g) lucht

1 2

3

4

3. Staltechnieken

5

Reductiemogelijkheden:

NH3 Reductiemogelijkheden:

3. Staltechnieken

MES

T G

REN

S-LA

AG

LU

CH

T Reinigen van de lucht bij verlaten van de stal Verminderen luchtsnelheid aan de grenslaag • Ventilatie Reductie van emissieoppervlakte • Zorgen voor minder bevuild oppervlak

Verlagen temperatuur in de mest/rooster Scheiding faeces en urine • Vloersystemen met helling, profielen om urine af te voeren Verzuren van de mest • Via voeding (niet mogelijk bij herkauwers) • In de mestkelder => aantal moeilijkheden

NH3

Stikstof

Lokaal probleem verzuring en vermesting

Stalemissie vanuit gemengde mest

Voeder / Management / Staltechnieken

CH4

Koolstof

Mondiaal probleem opwarming aarde

Dier (vooral muil) + stalemissie mest

Fermentatie / Fokkerij/management

CH4 6 gasuitwisselingskamers

Meettechnieken op ILVO:

4/10/2015

7

CH4

2 Greenfeed units

Meettechnieken op ILVO:

NH3 Meettechnieken op ILVO:

1. Ureum uitscheiding (N-uitscheiding) => N-balansstudies

DIERNIVEAU

NH3 Meettechnieken op ILVO:

1. Ureum uitscheiding (N-uitscheiding) => N-balansstudies

Urine aangezuurd

Urine niet aangezuurd

Faeces Melk

Kg urine N-bepaling

Ureum-concentratie

Kg melk N-bepaling

MUC

Kg faeces N-bepaling

Mestemissies

Meettechnieken op ILVO: NH3 + CH4

Mestemissies

NH3 Meettechnieken op ILVO:

DOELSTELLING: meten NH3 concentratie in lucht die stal verlaat Moeilijkheden: Ventilatiedebiet moet gekend zijn

STALNIVEAU

NH3

Stikstof

Lokaal probleem

Stalemissie vanuit gemengde mest

Voeder / Management / Staltechnieken

Meten op stalniveau + mest

CH4

Koolstof

Mondiaal probleem

Dier (vooral muil) + stalemissie mest

Fermentatie / Fokkerij/management

Meten op dierniveau + mest

Besluit

4/10/2015

8

Met Dank Aan Nico Peiren, Dorien Van Wesemael, Karen Goossens

Instituut voor Landbouw- en Visserijonderzoek

Burg. Van Gansberghelaan 96 9820 Merelbeke – België

T + 32 (0)9 272 25 00 F +32 (0)9 272 25 01

ilvo@ilvo.vlaanderen.be

www.ilvo.vlaanderen.be

Vragen?