emissionsdatenermittlung: grundlagen, methoden beispiele ... · der luftvolumenstrom wird mit der...
TRANSCRIPT
02.05.2018
1
© Copyright-Vermerk Berlin, 26. April 2018
Emissionsdatenermittlung: Grundlagen, Methoden und
BeispieleEmiDat‐
Projekt des KTBL
B. Eurich-MendenU. Wolf
G. DehlerE. GrimmS. Wulf
• Warum messen wir?
• Wer ist beteiligt?
• Was messen wir?
• Wo messen wir?
• Aktueller Stand im Projekt EmiDaT
• EmiMin – Was soll hier gemacht werden?
Gliederung
02.05.2018
2
3
NH3-Emissionsinventar
0
100
200
300
400
500
600
700
800
andereSektorenMineraldünger
Energiepflanzen
Weidegang
andere Tiere
Geflügel
Schweine
Rinder
NEC: 550 kt
Mit revidierten EMEP 2016-Emissionsfaktoren für Mineraldünger:
Gesamtemission: 680 kt mit Gärresten aus
Energiepflanzen
615 kt ohne Gärreste aus Energiepflanzen
„Lücke“ zu NEC: ca. 65 kt
NERC 2030-29%
NERC 2020-5%
Minderungsbedarf NERC
bis 2020 (-5%): - 85 kt bis 2030 (-29%): - 235 kt
Seit 2005 zunehmende Quellen:
Geflügelhaltung Gärreste aus Energiepflanzen
Ermittlung von Emissionsgrunddaten zur Verbesserung der Emissionsberichterstattung im
Rahmen nationaler und internationaler Regelungen zur Luftreinhaltung und zum Klimaschutz
Beurteilung des Emissionsverhaltens und der Umweltwirkung von Tierhaltungsanlagen in Genehmigungsverfahren; hier: insb. innovative Haltungsverfahren mit freier Lüftung und Auslauf im Rahmen der Tierwohlinitiative, um deren Verbreitung und Akzeptanz in der Praxis zu steigern
Anlass für das Projekt
02.05.2018
3
Übersicht der Projektorganisation
©B. Eurich-Menden
Grundlage der Messungen
● VERA-Messprotokoll „Test Protocol für Livestock Housing and Management Systems“
● Daraus für Deutschland abgeleitet: „KTBL-Messprotokolle für offene und geschlossene Stallsysteme“
Darin sind alle relevanten Parameter festgelegt (Gase / Geruch / Staub / Rahmenparameter)
Im Rahmen des Projekts ggf. noch genauer spezifiziert
02.05.2018
4
Messprogramm I
● VERA-Messprotokoll „Test Protocol für Livestock Housing and Management Systems“
● Messumfang:je Haltungssystem Messungen anbis zu 4 möglichst gleichen Stallanlagen
● Tierkategorien: Milchvieh, Mastschweine
● Haltungssysteme:offene Ställe, bei Mastschweinen mit Auslauf
● Zeitplan
2015 – 2018 Verlängerung beantragt
©KTBL
Messdauer:
● Die Messungen erfolgen an jedem Stall über den Zeitraum voneinem Jahr an 6 verschiedenen Terminen, derMesszeitraum beträgt jeweils eine Woche.
Messmethode:
● Der Luftvolumenstrom wird mit der CO2-Bilanz-Methodebestimmt, die Gaskonzentrationen mittels FTIR Technik.
● Bei Ställen mit Weidegang/Auslauf kommt die Tracer-Ratio-Methode (z.B. SF6) zum Einsatz.
Parameter:
● Neben NH3, CH4, und N2O werden auch Staub und Geruch (bei Milchvieh nur an ausgewählten Ställen), an allen Ställen u.a. die Windgeschwindigkeit, -richtung, die Temperatur, die Futter- und Wirtschaftsdüngerzusammensetzung, die Milchleistung und der Harnstoffgehalt der Milch erfasst.
8
Messprogramm II
02.05.2018
5
Varianten:Laufgang mit Spaltenboden undext. Lagerung
Laufgang planbefestigt mit ext. Lagerung
Güllekeller (Spaltenboden)
Weidehaltung mit Spaltenboden(noch nicht in Messung )
11 Standorte in Messung, werden im Jahr 2018 abgeschlossen
Messinstitute: DLG: 2 BY, 1 BW
LUFA Nord-West: 1 NRW, 2 NI
Müller BBM: 2 BY
SGS Fresenius: 2 RLP
LfULG, Köllitsch: 1 SN
• Messungen an Weidebetrieben starten Sommer 2018
Spalte planGüllekellerWeide
Milchviehbetriebe
Milchvieh
10
Messaufbau - Update
● Zu Gunsten einer höheren zeitlichen Auflösung der Messungen werden die Gaskonzentrationen im Stall über eine Sammelleitung erfasst
● Im Außenbereich sind 2 Messpunkteinstalliert, so dass eine windrichtungsabhängige Auswertung der Daten möglich ist
Beide Linien werden als Sammel-leitung gemessen
02.05.2018
6
Installation der Messleitungen
©KTBL EmiDaT
©B. Eurich-Menden
©B. Eurich-Menden
Außenmesspunkt und Wetterstation
12
©LUFA Nord-West©B. Eurich-Menden
02.05.2018
7
Datenerfassung und –aufbereitung
● Aufgenommen werden die Konzentrationen der folgenden Gase (innen und außen): CO2, NH3, CH4, N2O, H2O, H2S, NO2, NO, CO FTIR
● Später dann auch Tracergase (SF6 und SF5CF3) GC ECD
● Spektrum wird für jede Messung abgelegt um spätere Neuberechnung mit anderen Einstellungen zu ermöglichen
● Einheit der Gaskonzentrationen: ppm
● Daten werden in der jeweils höchstmöglichen zeitlichen Auflösung gemessen
Mindestvorgabe: bei FTIR-Messungen ein Messwert pro Stunde
13
Datensatz: Prüfung auf Plausibilität
14
02.05.2018
8
150,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
20.09.17 21.09.17 22.09.17 23.09.17 24.09.17 25.09.17 26.09.17 27.09.17 28.09.17 29.09.17 30.09.17
NH
3 [p
pm
]
NH3 Innen
NH3 Außen(luv)
NH3 Außen(lee)
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
20.09.17 21.09.17 22.09.17 23.09.17 24.09.17 25.09.17 26.09.17 27.09.17 28.09.17 29.09.17 30.09.17
CO
2[p
pm
] CO2 Innen
CO2 Außen (luv)
CO2 Außen (lee)
CO2 Konzentration
NH3 Konzentration
Prüfung Daten auf Plausibilität –Betrieb B
16
300
400
500
600
700
800
14.06.17 15.06.17 16.06.17 17.06.17 18.06.17 19.06.17 20.06.17 21.06.17 22.06.17
CO
2[p
pm
]
CO2 Konzentration
Stallgebäude Hintergrundkonzentration
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
14.06.17 15.06.17 16.06.17 17.06.17 18.06.17 19.06.17 20.06.17 21.06.17 22.06.17
NH
3[p
pm
]
NH3 Konzentration
Stallgebäude Hintergrundkonzentration
Deutlich erkennbar: Ventilationslüftung vom 16.-18.06. eingeschaltet (Temperatursteuerung)
NH3 Konzentrationen im Stallgebäude geringer als außerhalb
Prüfung Daten auf Plausibilität -Betrieb F
02.05.2018
9
Berechnungsmaske Emissionen nach VERA
17
NH3 Emissionen Betrieb G - Termin 1 (Februar)
18
02.05.2018
10
Aufnahme Verschmutzung
19
Ermittlung von Jahresmittelwerten Milchvieh
● Berechnung von NH3-Frachten für die einzelnen Messperioden
● Betrachtung der Emissionswerte vor dem Hintergrund der aufgezeichneten Zusatzinformationen (Aktivität im Stall, Grad der Verschmutzung etc.)
● Berechnung von Jahresmittelwerten aus jeweils 6 Messperioden
Vorgehen muss noch abgestimmt werden
● Danach erfolgt die Ableitung eines Emissionsfaktors für ein Haltungsverfahren (aus den parallelen Messungen an unterschiedlichen Standorten)
02.05.2018
11
Außenklimaställe mit Auslauf werden in EmiDaT gemessen
21
Foto: Wiedmann
Foto: Wiedmann
Foto: Keck
Mastschweineställe:
Mastschweine
Ausgewählte Haltungsverfahren:
1. Außenklimastall mit Auslauf– planbefestigt mit Einstreu
2. Außenklimastall mit Auslauf – Spalten
3. Offenfrontstall mit Auslauf – planbefestigt mit Einstreu
4. Geschlossener Stall mit Auslauf – planbefestigt mit Einstreu
22
Betriebssuche läuft, bisher 5 geeignete Betriebe ausgewählt.
02.05.2018
12
Messung an frei gelüfteten Ställen mit Auslauf
● Es müssen künstliche Tracergase eingesetzt werden.
● Im Innen- und Außenbereich sind u.U. unterschiedliche Quellstärken vorhanden
● Repräsentative Probenahme ist bei langen Ställen und unterschiedlich belegten Buchten schwierig
● Die „Schnittstelle“ zur Umgebung ist nicht klar definiert
● Leitungen und Düsen für das Tracergas müssen so aufgebaut sein, dass sie robust gegenüber Tieraktivität sind und das Entmisten nicht stören
● Es existiert kein abgestimmtes VERA-Protokoll, das man als Grundlage heranziehen kann.
23
Was ändert sich gegenüber den Milchkuhställen?
Weiteres Vorgehen EmiDaT
● Auswertung der Daten Milchvieh nach Standorten begonnen
● Methodenweiterentwicklung Tracer-Gas-Messung! Derzeit noch in Bearbeitung Verzögerung der Messungen an den Milchviehställen mit Weide und an den Mastschweineställen
● Suche nach weiteren Mastschweineställen, bisher nur 5 geeignete Betriebe
● Verlängerungsantrag bis 9/2019 gestellt
24
02.05.2018
13
Verbundvorhaben „Emissionsminderung Nutztierhaltung“ (EmiMin)Projektdauer: 60 Monate
Planzeitraum: 01.07.2018 bis 30.06.2023
Untersuchung der Wirksamkeit ausgewählter, auf dem Markt verfügbarer verfahrensintegrierter Maßnahmen zur Emissionsminderung nach VERA-Testprotokoll:
● Schweinehaltung Ureaseinhibitoren zur Oberflächenbehandlung Güllekühlung und Güllekanalverkleinerung (Einzelmaßnahme
und in Kombination) Kot-Harn-Trennung mit Unterflurschieber (perforierter
Auslauf), Ureaseinhibitoren (planbefestigter Auslauf) (Einzelmaßnahme und in Kombination; Entwicklung/Validierung der spez. Messmethodik
● Rinderhaltung modifizierter, emissionsarmer planbefestigter Boden im Laufbereich modifizierter, emissionsarmer perforierter Boden im Laufbereich
● Einrichtung einer Datenplattform (Forschungsdatenbank)
26
Zielsetzung EmiMin
02.05.2018
14
● Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik, Prof. Dr. habil. Eberhard Hartung
● Deutsche Zentralbibliothek für Medizin (ZB MED) – Informationszentrum Lebenswissenschaften, Köln, Birte Lindstädt
● Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. (KTBL), Darmstadt, Dr. Martin Kunisch
● Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB), Abteilung Technik in der Tierhaltung, Univ.-Prof. Dr. Thomas Amon
● Universität Bonn, Institut für Landtechnik, Prof. Dr. Wolfgang Büscher
● Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik, apl. Prof. Dr. Eva Gallmann
Verbundpartner EmiMin
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
https://www.ktbl.de/inhalte/ausgewaehlte-projekte/emidat/
Die Förderung erfolgt aus Mitteln des Zweckvermögens des Bundes bei der Landwirtschaftlichen Rentenbank