Minderung der Methan-, Ammoniak- und Lachgasemissionen aus Schweinemastställen durch Flüssigmistbelüftung

Abstract

Ziel der Arbeit war es, ein Verfahren zu entwickeln, das durch Belüftung von Schweine-Flüssigmist (FM) die Ammoniak-, Lachgas- und Methanemissionen deutlich mindert. Eine Unterflurabsaugung sollte die Bedingungen für Mensch und Tier im Stall verbessern, und die mit Ammoniak angereicherte Abluft sollte durch einen sauren Abluftwäscher gereinigt werden. Weiterhin sollte das Konzept in anderen FM-basierten Tierhaltungsanlagen kostengünstig nachrüstbar sein. <br /> Danach wurde zunächst eine Pilotanlage entwickelt, die sich zur Simulation der Betriebsverhältnisse eignete. Der Vorteil der Belüftung wurde nachgewiesen, indem die Emissionen unter anaeroben und aeroben Bedingungen analysiert und miteinander verglichen wurden. Zur Minimierung der Methan- und Lachgasemissionen war ein möglichst geringer Volumenstrom zu wählen, um eindeutig aerobe Bedingungen und keine Mischverhältnisse zu schaffen. <br /> Für den Betrieb wurden Anlagen zur Belüftung, Absaugung, Abluftreinigung und Analyse der Gaszusammensetzungen in modularer Bauweise entwickelt. Das Design der Module bewährte sich in einem Langzeitversuch. Bei intermittierender Belüftung im Betrieb mit 7,2 m3 Luft pro m3 FM und Tag im 1 h -Intervall bestand ein Minderungspotential von 14 % für Lachgas und von 56 % für Methan. Das Treibhauspotential für die FM-Lagerung in Deutschland würde von 10,592 auf 5,728 106 t CO2-Äquivalente und somit um 46 % gesenkt.<br /> Die Anwendung des Kreuzstromverfahrens mit Schwefelsäure in sehr geringer Konzentration bei pH 3,0 und der Einsatz von Füllkörperelementen führten zu Reinigungs-leistungen für Ammoniak von durchschnittlich 80 bis 87 % im Abluftwäscher. Wird die gesamte Abluft zentral über eine Unterflurabsaugung abgeführt, sind durch die Minderung der Schadstoffe auch verbesserte Bedingungen für Mensch und Tier im Stall zu erwarten. Weiterhin wird so die gesamte Abluft im sauren Wäscher behandelt und die Ammoniak-emissionen sinken weiter. <br /> Die einzelnen Bauelemente können auf andere Ställe mit FM übertragen werden, wobei sie vorher an die spezifischen Situationen des neuen Betriebes anzupassen sind.<br /> Die Energiekosten einer intermittierenden Belüftung und Abluftwäsche lagen bei 54 € pro Mastschwein, wobei ein aktueller Strompreis von 19,58 ct (kWh)-1 angenommen wurde. <br /> Das entwickelte Verfahren ist funktionsfähig. Ein Interesse in der Praxis dürfte allerdings wegen der hohen Kosten erst bei stark veränderten Rahmenbedingungen zu erwarten sein, für die Entscheidungen in der Umweltpolitik erforderlich sind.

<strong>Decrease of methane, ammonia, dinitrous oxide emissions from pig barns by slurry aeration</strong><br /> The aim of this work was to develop a process with which the emission of ammonia, dinitrous oxide and methane from pig slurry can be decreased by slurry aeration, significantly. An exhaust system under the floor should improve the air for workers and animals. The ammonia in the exhaust air will be removed by an acidic washer. Furtheron, it should be possible to retrofit costeffectively barns for other animals with liquid manure by systems of this process.<br /> Firstly, a pilot plant has been developed that could simulate the conditions in the slurry of animal barns. The advantage of the aeration was proved by analyzing and comparing the emissions under aerobic and anaerobic conditions. In order to minimize the emissions of methane and dinitrous oxide an air volume as low as possible had to be chosen, that was sufficient to produce clear aerobic conditions in the liquid manure. Conditions between aerobic and anaerobic vary the emissions within wide limits. The higher the airflow through the liquid manure was the stronger was the production of ammonia and the emission of all gases.<br /> Moduls for aeration, exhaustion, air cleaning and analysis of the gas mixtures has been developed for the animal plant. The design of these modules has been proven in a long term trial. Using intermittent aeration in the barn with 7,2 m3 air per m3 slurry and day in 1 h-Interval the decreasing potential for dinitrous oxide was 14 % and for methane 56 %. Thus the greenhouse potential for the manure storage in Germany could be cut down from 10,592 auf 5,728 106 t CO2-equivalents which means 46 %. <br /> Using the cross stream system with sulphuric acid in a very low concentration at pH 3,0 and using tower packing an efficiency for the ammonia absorption of some 80 % to 87 % was achieved. If the total exhaust air is collected via the exhaust system under the floor better conditions for workers and animals in the barn can be achieved besides the decrease of the greenhouse gases. Since the total exhaust air is treated in the acidic washer the ammonia emission is decreased further on. <br /> The energy cost of an intermittent aeration and air cleaning in the acidic washer amounted to some 54 € per fattening pig assuming actual price of 19,58 ct (kWh)-1. <br /> The single modules can be used for other animal barns with liquid manure after having adjusted them to the barn in question. The developed process is ready to go into the market. But for the necessary investment the frame conditions need to be strongly changed by the ecological policy.