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Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 1 11. Oktober 2013
Minderungen von (Ammoniak)Emissionen
aus der Landwirtschaft
- Ziele und Wege zur Erreichung –
Department für Nutztierwissenschaften
Abteilung Verfahrenstechnik in der Veredelungswirtschaft
Universitätsstraße 7, 49377 Vechta
Prof. Dr. Herman Van den Weghe und Helmut Döhler (KTBL)
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 2 11. Oktober 2013
Gliederung
Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung
Das landwirtschaftliche Emissionsinventar (Ursprung, Aufgaben,
Methoden)
Emissionen Tierhaltung und die Abstimmung der Emissionsfaktoren
Entwicklung der landwirtschaftlichen Aktivitäten und derzeitiger
Stand der Emissionen - Trends, Ursachen, Auswirkungen
Ansatzstellen und Minderungspotenziale bis 2020
Zusammenfassung und Ausblick
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 3 11. Oktober 2013
Internationale Abkommen
… zur Minderung von gasförmigen und partikelförmigen
Emissionen:
• Genfer Luftreinhalteabkommen mit Göteborg-Protokoll
(UNECE CLRTAP): Bekämpfung von Versauerung,
Eutrophierung und bodennahem Ozon, Multikomponenten-
Protokoll: SO2, NOx, NH3, NO, NMVOC, PM
• Klimarahmenkonvention mit Kyoto-Abkommen (UNFCCC):
CH4, CO2, N2O, F-Gase
• EG-Richtlinie über nationale Emissionshöchstgrenzen
(NEC-RL, 2001): SO2, NOx, NH3, NO, NMVOC, PM
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 4 11. Oktober 2013
UN-ECE-Protokoll vom 30.11..1999,
NEC-Richtlinie (2001/81/EG), nationale Obergrenzen
Ziel Reduzierung überhöhter Stickstoff-Einträge
Minderung der NH3-Emissionen, so dass Anteil kritisch belasteter Ökosysteme um 50 % reduziert wird:
Deutschland: -28 % = von 740 kt (1990) auf 550 kt (2010)
Maßnahmen a) Technische Minderungsmaßnahmen
Intensivtierhaltung 20 % bei der Tierhaltung im Stall
40 % bei der Lagerung von Wirt- schaftsdüngern
Wirtschaftsdünger 30 % bei der Ausbringung (Einarbeitung von Stallmist innerhalb von 24)
Düngemittelanwendung feste Harnstoffdünger, Verbot von Ammoniumcarbonatdüngern
b) Regelwerk “Gute fachliche Praxis“ (2003)
Optimierung des N-Managements in der gesamten Verfahrenskette
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 5 11. Oktober 2013
Nationales Emissionsinventar
Zur Feststellung der aktuellen Emissionssituation und zum
Erkennen von Minderungspotentialen werden
Emissionsinventare erarbeitet.
Zweck national:
● Erkennen von Schwerpunkten der Emissionen
● Potentiale der Emissionsminderung (umfassend)
● Abwägen von erwünschten Effekten und
unerwünschten Nebenwirkungen
● Schätzen der Kosten und Gewinne
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 6 11. Oktober 2013
Nationales Emissionsinventar Landwirtschaft
Zweck international:
Berichterstattung innerhalb von Verträgen
● Genfer Luftreinhalteabkommen mit Göteborg-
Protokoll:
SO2, NOx, NH3, NMVOC
● Klimakonvention mit Kyoto-Abkommen
CO2, CH4, N2O,
● EU: Nationale Emissionsobergrenzen
SO2, NOx, NH3, NMVOC, PM10, PM2.5
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 7 11. Oktober 2013
Landwirtschaftliches Emissionsinventar - Anforderungen
• Regelwerke:
– IPCC-Guideline 1996 / 2006
– IPCC Good Practice Guidance 2000
– EMEP 2007/2009
• Qualitätskriterien (IPCC):
– Transparenz (der Berichterstattung selbst)
– Vergleichbarkeit (mit anderen Ländern)
– Konsistenz (Datensatz, Methode, in der Zeitreihe)
– Vollständigkeit (alle Quellen)
– Genauigkeit
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 8 11. Oktober 2013
Abgeleitete Emissionsfaktoren
Mastschweine
Emissionsfaktoren kg Platz-1 a-1 NH3-N
Wärmegedämmter Stall, Vollspaltenboden/ Teilspaltenboden, einstreulos
3
Wärmegedämmter Stall, Zweiflächenbucht eingestreut, plan befestigt,
4
Wärmegedämmter Stall, Schrägboden, (ein Teil planbefestigt, ein Teil Spalten, Einstreu nur als Beschäftigungsmaterial),
2
Wärmegedämmter Stall Tiefstreu 4
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 9 11. Oktober 2013
Abgeleitete Emissionsfaktoren
Mastschweine
Emissionsfaktoren kg Platz-1 a-1 NH3-N
Außenklimastall, getrennte Klimabereiche, einstreulos,
2
Außenklimastall, getrennte Klimabereiche, eingestreut, nicht im nBR
2
Außenklima, Tiefstreustall 3,5
Tiefstreu 1 kg pro Tier und Tag
Einstreu 0,3 kg pro Tier und Tag
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 10 11. Oktober 2013
Haltungssystem – Milchkühe Emissionsfaktor
kg Platz-1 a-1 NH3-N
Einstreumenge
kg/TP und Tag
Anbindehaltung, Flüssigmist 4 -
Anbindehaltung, Festmist 4 5
Liegeboxenlaufstall,
Flüssigmistverfahren 12 -
Liegeboxenlaufstall,
Festmistverfahren 12 5
Laufstall, Tiefstreuverfahren 12 8
Laufstall, Tretmistverfahren 13 5
Ammoniakemissionsfaktoren für die Milchviehhaltung
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 11 11. Oktober 2013
Legehennenhaltung NH3 kg/TP und Jahr
(in Klammern: Inventarwerte)
Käfighaltung, unbelüftetes Kotband 0,15 (0,12)
Käfighaltung, belüftetes Kotband 0,04 (0,032)
Ausgestalteter Käfig / Kleinvoliere,
unbelüftetes Kotband
0,15
Ausgestalteter Käfig / Kleinvoliere,
belüftetes Kotband
0,04
Bodenhaltung mit Volierengestellen,
unbelüftetes Kotband, Kotabfuhr
zwei Mal je Woche
0,09 (0,075)
Bodenhaltung mit Volierengestellen,
belüftetes Kotband
0,06
Bodenhaltung, Kotgrube 0,32 (0,26)
Emissionsfaktoren Legehennenhaltung
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 12 11. Oktober 2013
Kategorien von Minderungsmaßnahmen
Kategorie1
Es besteht ein nachgewiesener Emissionsminderungseffekt. Die Minderungsmaßnahme ist
praxistauglich und gut zu kontrollieren.
Kategorie 2
Die Minderungswirkung der Maßnahme ist zwar im Praxismaßstab nachgewiesen, aber nicht einfach zu
kontrollieren.
Kategorie 3
Emissionsminderungspotenzial vorhanden, Reduktionspotential aber (noch) nicht immer festlegbar. Einer der
nachfolgend genannten Punkte trifft zu:
Die emissionsmindernde Wirkung ist nicht immer nachweisbar bzw. unzureichend nachgewiesen.
Die Umsetzung in die Praxis erscheint wenig realistisch.
Die Kosten der Maßnahme sind zu hoch (?)
Es können unerwünschte Nebeneffekte auftreten.
Reduktionspotenzial nicht abschätzbar oder kein Reduktionspotenzial nachweisbar: keine Einstufung
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 13 11. Oktober 2013
Maßnahme Reduktions-potential
Anmerkungen
Referenz: Einphasenfütterung: 18% RP Rohprotein-angepasste Fütterung durch: Phasenfütterung (2 Phasen)
Bis 10 % Anpassung von Vor- auf Hauptmast
(von 18 auf 15% RP)
Mehrphasenfütterung (3-4 Phasen)
Bis 20 % Anpassung in mehrwöchigen
Abständen (von 18 auf 13% RP)
Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung
Kategorie 1
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 14 11. Oktober 2013
Abteil
Zentralgang
Außenluft
Maßnahme Reduktions-potential
Anmerkungen
Zuluftkühlung 10 – ( 25) % u. a. durch Einsatz eines
Erdwärmetauschers; in Abhängigkeit von Standort und Δ T
Minderungsmaßnahme Schweinehaltung Kategorie 1
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 15 11. Oktober 2013
Reduzierung der emittierenden Oberfläche / Bodengestaltung
10 % bei Aufzucht-ferkeln
Funktioniert nur in der Ferkelaufzucht, im Mastbereich nicht; z. B. plan befestigter, konvexer bzw. geneigter Boden mit Harnrinnen oder anderen Ableitungseinrichtungen, Trennung der Funktionsbereiche
Abluftreinigung (chemischer Wäscher, Rieselbettreaktor, 2 und 3 stufige Verfahren)
70 - 90 % Mit hohen Kosten verbunden.
Lagerungsdauer der Gülle Referenz: Eine Mastperiode Maßnahme: Güllekanäle ein bis zweimal während Mastperiode entleeren
Reduktions-potential
nicht festlegbar
Die emissionsmindernde Wirkung ist nicht immer nachweisbar bzw. unzureichend nachgewiesen, Aufwand, Arbeitskosten
Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung Kategorie 3
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 16 11. Oktober 2013
Multiphasen-fütterung plus Aminosäureausgleich
Bis 40 % tägliche Anpassung; evtl. mit Aminosäurenausgleich (von 18 auf 13% RP)
Futterzusätze/ Futterkomponenten z. B. zur Reduzierung des pH-Wertes im Urin, Verbesserung der N-Ausnutzung
Reduktions-potential
nicht abschätzbar
Mit Kosten verbunden, EU-rechtliche Vorgaben zur Zugabe in Futtermitteln muss gewährleistet sein.
Säurezugabe Flüssigmist
Reduktions-potential
nicht festlegbar
Hohe Kosten, Risiken bei der Handhabung, Korrosion kann auftreten
Optimierung der Luftführung im Stall
Reduktions-potential
nicht festlegbar
Minimierung der Konzentrationsgradienten im bodennahen Bereich des Stalles
Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung Kategorie 3
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 17 11. Oktober 2013
Spülsysteme Höhe des
Reduktions-potentials ?
Hoher technischer Aufwand, hoher Wasserbedarf, mit Kosten verbunden
Abdeckung der Gülle unter den Spalten
Reduktions-potential nicht abschätzbar
Es existieren keine praktikablen Lösungen.
Großgruppe (> 30) statt Kleingruppe (10 – 15)
Reduktions-potential nicht abschätzbar
Reduktionspotenzial nicht wissenschaftlich nachgewiesen
Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung – ohne Einstufung
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 18 11. Oktober 2013
Maßnahme Reduktions-
potential Anmerkungen
Kate-
gorie
Bedarfsgerechte Fütterung
- nach nXP-Bedarf füttern,
- positive ruminale Stickstoffbilanz (RNB)
bei Grasprodukten etc. ausgleichen,
- mikrobielle Stickstoff-Ausnutzung
verbessern,
- Start in die Laktation optimieren,
- Energieversorgung der Mikroben
verbessern,
- Synchronisation von Energie und
Protein,
- Einsatz „geschützter“ Proteine
Bis 25 % Gut kontrollierbar durch Harnstoffgehalt in
der Milch (wird in Frage gestellt !!) 1 (?)
Bauliche Ausführung der Laufflächen
Bis 20 %
Plan befestigt mit 3% Gefälle und optimierte
Entmistung 2
Rillenbodensystem, mehrmaliges Abschieben am Tag 3
Spülen der Laufflächen mit Wasser Bis 20 %
Ungünstige Einstufung aufgrund des hohen
Wasserverbrauchs, höhere Kosten auch bei
Lagerung und Ausbringung
3
Weide Bis 15 %
Nur bei mind. 6 Stunden Weidehaltung, Stall
weiterhin Emissionsquelle; führt insgesamt zu
geringeren Ammoniakemissionen,
2
Reduktionspotentiale Milchvieh
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 19 11. Oktober 2013
Temperatur- und Zeiteffekt bei der Ammoniakfreisetzung
(Döhler 1990)
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 20 11. Oktober 2013
Minderung der NH3-Verluste (in % appl. NH4) nach der
Ausbringung von Gülle und Gärresten (Referenz
Prallteller)
0
20
40
60
80
100
120
Pra
lltel
ler
Sch
lepps
chla
uch
Sch
lepps
chuh
Gülle
schlit
z
Gülle
grubb
er
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 21 11. Oktober 2013
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Ammoniakverluste von Gülle nach der Ausbringung /Stundenzahl
(Döhler 1989)
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 22 11. Oktober 2013
• Entwicklung der landwirtschaftlichen
Aktivitäten
• Stand der Emissionen
• Trends
• Handlungsoptionen
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 23 11. Oktober 2013
Emissionen räumlich aufgelöst (2007) [kg ha-1]
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 24 11. Oktober 2013
NEC (2010) 550 kt
Ammoniakemissionen in D (kt/a)
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 25 11. Oktober 2013
50
60
70
80
90
100
110
120
dairy cows other cattle pigs poultry
+13%
- 35%
- 16%
- 28%
+10%
- 27%
Emissionen
Entwicklung der Tierbestände seit 1990
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 26 11. Oktober 2013
Entwicklung der Haltungsverfahren Milchvieh
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1990 1999 2010
loose, slurry
loose, solid
tied, slurry
tied, solid
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 27 11. Oktober 2013
Entwicklung der Haltungsverfahren
Mastschweine
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1990 1999 2010
deep litter
litter based, solid storage
partly slatted floor, slurry
fully slatted floor, slurry
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 28 11. Oktober 2013
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1990 1999 2010
free range
floor/aviary
small group
cages
Entwicklung der Haltungsverfahren Legehennen
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 29 11. Oktober 2013
pigs
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1990 1999 2010
cattle
Entwicklung der Ausbringungstechnik
1990 1999 2010
th veg/grass
bc veg/grass
other
< 1 h
< 4 h
< 8 h
< 24 h
withoutincorporation
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 30 11. Oktober 2013
Hauptquellen für Ammoniak in der Nutztierhaltung in D (kt)
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 31 11. Oktober 2013
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1990 1999 2010
grazing
application
storage
housing
Entwicklung der Emissionen nach Verfahrensabschnitten
in der Milchviehhaltung (kt)
28 % Abnahme
1990 - 2010
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 32 11. Oktober 2013
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1990 1999 2010
application
storage
housing
Entwicklung der Emissionen
nach Verfahrensabschnitten - Schwein
27 % Minderung
1990 - 2010
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 33 11. Oktober 2013
Minderungsoptionen
Umsetzbares
Potenzial NH3 (kt)
Gesamtemission
Landwirtschaft NH3 (kt)
Ausgangssituation 596,0
Modelländerungen -35,7 560,3
Dünger - Schwankung +10,0 570,3
Gärrückstände (aus Nawaros)
+10,3 580,6
Harnstoffersatz 0 580,6
Filter (Mastschweine, 5%) -1,8 578,8
Abdeckung Güllelager -4,7 574,1
Einarbeitung Gülle (4 h) -32,3 541,8
Einarbeitung Geflügelkot(4h) -13,0 528,8
N-Überschuss (-20 kg/ha) -13,2 515,6
nach Emissionsreduktion 515,6
Sollwert (Landwirtschaft): 521,8 kt
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 34 11. Oktober 2013
Minderungsszenarien
Umsetzbares
Potenzial NH3 (kt)
Gesamtemission
Landwirtschaft NH3 (kt)
Ausgangssituation 515
Biogasgärrest + 20 535
Dünger – Schwankung +15,0 550
Abdeckung Gülle -5 545
Einarbeitung Geflügelmist (4h) - 10 535
Einarbeitung Gülle (4 h) -5 530
Emissionsarme Gülledüngung Grünland
-10 520
Emissionsarme Gülledüngung in wachsende Bestände
-35 485
Einarbeitung Festmist (4h) - 5 480
nach Emissionsreduktion 480
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 35 11. Oktober 2013
Zusammenfassung, Schlussfolgerungen
2010 wurden die NH3–Emissionsminderungsziele knapp erreicht, seitdem ist es
sehr schwer, diese Schwelle zu unterschreiten.
Tierbestände nehmen in Teilbereichen eher zu als ab (Schweine, Geflügel).
Rückgang der Rinderhaltung wird durch die Fleischproduktion (Schweine- und
Geflügelhaltung) kompensiert,
Prognostisch ist für das Jahr 2020 mit einer Emission von 545 kt, davon 517 kt
aus der Landwirtschaft zu rechnen,
Zukünftig erhöhte Anforderungen an die Emissionsminderung über die
internationalen Vereinbarungen und Gesetze. Landwirtschaft als Hauptemittent
stark gefordert, weitere Emissionsminderungen zu realisieren.
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Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau 36 11. Oktober 2013
Kurzfristig bis mittelfristig umsetzbar wären
- angepasste Fütterungsstrategien bei monogastrischen Nutztieren,
- die Abdeckung von Güllebehältern
- die Senkung von N-Überschüssen in Tierhaltungsbetrieben
- die flächendeckende Einführung von emissionsarmen Ausbringungstechniken.
Die „neue“ Quellgruppe Biogasgärrest (Emissionspotenzial bis 30 kt pro Jahr ) ist zu
beachten. Derzeit ist diese Quellgruppe nicht Bestandteil der Berichterstattung.
Integrierte Konzepte in der Tierhaltung sind dringend geboten.
Mehr Forschung im „Emissionskompartiment Stall“ zur besseren Vereinbarkeit von
Tier-und Umweltschutz!
Georg-August-Universität Göttingen
Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes
am 16./17. September 2013 in Dessau
Verfahrenstechnik in der Veredelungswirtschaft Leiter: Prof. Dr. Ir. Herman Van den Weghe, Universitätsstr. 7, Tel:
04441 15 435 , E-Mail: [email protected]
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit !