AMMONIAKEMISSION FRA NATURLIGT VENTILEREDE KVÆGSTALDE MILJØEFFEKT VED SKRABNING AF SPALTEGULVE OG KANALBUND

Transkript

1 AMMONIAKEMISSION FRA NATURLIGT VENTILEREDE KVÆGSTALDE MILJØEFFEKT VED SKRABNING AF SPALTEGULVE OG KANALBUND AF MARTIN NØRREGAARD HANSEN, PETER KAI, BO ESKEROD MADSEN OG PETER HANSEN, AGROTECH, SAMT GUO QIANG ZHANG OG JAN OVE JOHNSEN, AARHUS UNIVERSITET. JANUAR 2012

2 Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde miljøeffekt ved skrabning af spaltegulve og kanalbund Af Martin Nørregaard Hansen, Peter Kai, Bo Eskerod Madsen og Peter Hansen, AgroTech, samt Guo-Qiang Zhang og Jan Ove Johnsen, Aarhus Universitet.

3 INDHOLD SAMMENDRAG... 4 BAGGRUND... 6 METODE... 8 Beregning af ventilation og emissionsniveau... 8 Beregning af emissionen af sporgas (Es)... 9 Baggrundskoncentrationer Beregning af kvælstofudskillelse og ammoniakfordampning RESULTATER OG DISKUSSION Emissionsniveauer ved skrabning af spaltegulve Sammenhæng mellem temperatur og emissionsniveau Sammenhæng mellem ventilation og emissionsniveau Ammoniakemissionen fra naturligt ventilerede kvægstalde uden skrab af gangarealer (referencesystem) Ammoniakemissionsniveauet fra naturligt ventilerede stalde med skrab af gangarealer Ammoniakemissioner fra åbne naturligt ventilerede stalde med skrab af spaltegulvet i gangarealer og linespilsanlæg til fjernelse af gødning fra gyllekanaler Ammoniakfordampning fra bedrifter med ammoniakreducerende teknologier sammenlignet med reference emissionsniveauet fra bedrifter uden ammoniakreducerende teknologi ANERKENDELSE REFERENCER BILAG BILAG Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

4 SAMMENDRAG Skærpede miljøkrav i forhold til udledningen af ammoniak (NH 3 ) fra husdyrproduktionen øger behovet for udvikling og dokumentation af ammoniakreducerende teknologier for at opnå den nødvendige miljøgodkendelse i forbindelse med udvidelser eller ændringer af produktionen. Denne rapport beskriver resultaterne af en undersøgelse af ammoniakemissionen fra naturligt ventilerede kvægstalde, indrettet med linespilsanlæg i kanalbunden og skrabning af spaltegulvene med henblik på at reducere ammoniakfordampningen samt forbedre køernes klovsundhed. Hyppig skrabning af spaltegulve er en af de miljøteknologier, som er godkendt af Miljøstyrelsen til at begrænse udledningen af ammoniak fra kvægstalde. Teknologien indebærer, at spaltegulve og gangarealer løbende skrabes rene for gødning og urin. Skrabningen sker typisk med stationære skrabere eller med robotskrabere. Fjernelsen af gødning på spalternes overflader reducerer mængden af gødning på spaltegulvet, hvilket potentielt begrænser ammoniakfordampningen. Undersøgelsen blev gennemført i fem malkekvægsbesætninger, hvor køerne var opstaldet i åbne, naturligt ventilerede sengebåsestalde. Tre af staldene var indrettet med ringkanalsystem under spaltegulvet, og de resterende to stalde var indrettet med gødningskanal og mekanisk udmugning (linespilsanlæg) under spaltegulvet. Systemerne for skrabning af spaltegulvene i staldene omfattede såvel stationære skrabere som såkaldt robotskrabere. På hver af de fem bedrifter blev der gennemført tre gentagne målekampagner af 14 dages varighed, og som så vidt muligt var jævnt fordelt over året. Ved hver kampagne blev ammoniakemissionen fra staldene løbende bestemt ved hjælp af et opsat målesystem, som kontinuerligt udtog repræsentative luftprøver fra områder inde og uden for staldene og analyserede indholdet af gasser i luftprøverne. Som grundlag for ventilationsmålingerne blev der anvendt et indirekte måleprincip baseret på køernes udskillelse af kuldioxid (CO2). Desuden var der opsat vejrstationer for monitering af staldklima, udetemperaturer og vejrforhold. Ved hver målekampagne blev driften af besætningerne beskrevet i forhold til antal og kategori af dyr, mælkeydelse, foderforbrug og fodersammensætning. Disse informationer blev anvendt til fastlæggelse af dyrenes varmeproduktion og udskillelse af kuldioxid til brug ved fastlæggelse af ventilationsydelser og som grundlag for beregning af dyrenes udskillelse af kvælstof med gødningen. De målte ammoniakemissionsniveauer i de fem besætninger lå mellem 20 og 56 g NH3-N pr. ko pr. dag og med et overordnet gennemsnit på 34 g NH3-N pr. ko pr. dag. Ammoniakemissionen for de tre besætninger med ringkanalsystem blev opgjort til 37 g NH3-N pr. ko pr. dag. Tilsvarende blev der fundet en gennemsnitlig ammoniakemission på 30 g NH3-N pr. ko pr. dag fra de to besætninger med gødningskanal med linespilsanlæg. De målte emissionsniveauer var påvirket af en række faktorer såsom staldtemperatur, vindhastighed, driftspraksis og luftfugtighed. Ammoniakemissionen fra malkekøer i naturligt ventilerede sengebåsestalde med ringkanalsystem er fastsat af et udvalg for fastlæggelse af normtal for husdyrgødning under Natur og Erhvervsstyrelsen til 16 % af den mængde ammonium-kvælstof (TAN), som køerne udskiller i løbet af et år. Sammenlignet med referenceniveauerne kunne der ikke konstateres lavere ammoniakemission ved brug af hverken spaltegulvsskrabning i ringkanalstalde eller ved indretning af stalde med gødningskanal med linespils- Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

5 anlæg. Det kan dog ikke på det forhåndenværende grundlag afgøres, hvorvidt fraværet af en ammoniakreducerende effekt af spaltegulvsskrabning skyldes manglende effekt af spaltegulvsskrabning, eller om de beregnede referenceværdier for naturligt ventilerede kvægstalde med ringkanalsystem underestimerer ammoniakemissionen. Undersøgelsen viser imidlertid et lavere emissionsniveau fra stalde med gødningskanal og linespilsanlæg end fra stalde med ringkanaler. Det vil dog kræve et større datagrundlag, dvs. flere besætninger, samt flere målekampagner end indeholdt i nærværende undersøgelse at afgøre, om emissionen fra de to gødningssystemer er statistisk signifikant forskellige. Ifølge normtalsudvalget burde stalde med gødningskanal med linespilsanlæg give anledning til 25 % lavere ammoniakemission sammenlignet med ringkanalstalde. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

6 BAGGRUND Dansk kvægproduktion har oplevet en stærk strukturudvikling i retning af færre og stigende besætningsstørrelser. Sammenholdt med stigende miljøkrav betyder dette, at stadig flere mælkeproducenter har behov for at benytte miljøreducerende teknologier for at imødekomme nuværende og kommende miljøkrav, ikke mindst med henblik på at opnå den nødvendige miljøgodkendelse ved etablering, renovering og produktionsudvidelse. I den forbindelse har såvel landmænd som miljømyndigheder stigende behov for, at der udvikles nye miljøteknologier, og at disse teknologiers miljøeffektivitet dokumenteres. I 2007 blev der indført nye krav om reduktion af ammoniak fra stalde og husdyrgødningslagre i forbindelse med etablering, renovering og produktionsudvidelse af kvægstalde også kendt som det generelle ammoniakreduktionskrav. Som udgangspunkt skulle udledningen af ammoniak fra stald og gødningslager reduceres med hhv. 15 % ved ansøgning i 2007, 20 % i 2008 og mindst 25 % efter Reduktionskravet beregnes i forhold til det bedste referencestaldsystem og dertil hørende gødningsopbevaring for hver husdyrart og -kategori. For malkekøer udpegede Miljøstyrelsen sengebåsestalde med spaltegulv og linespilsanlæg under spaltegulvet samt opbevaring af husdyrgødningen i gyllebeholder som referencestaldsystem. Som grundlag for beregning af ammoniakemissionen benyttedes normtal for husdyrgødning 2005/2006. I 2011 blev der gennemført en revision af bekendtgørelsen om miljøgodkendelse mv. af husdyrbrug, i hvilken forbindelse reduktionskravet som udgangspunkt blev øget til 30 % 1 ved ansøgning om miljøgodkendelse efter 10. april Reduktionskravet beregnes fortsat i forhold til samme referencestaldsystem som tidligere. Som grundlag for beregning af ammoniakemissionen fra referencestaldsystemet benyttes fortsat normtal for husdyrgødning 2005/2006, idet disse dog er korrigeret med hensyn til ny viden. Beregningsgrundlaget for ammoniakfordampning er således ændret, idet kvælstofudskillelsen pr. årsko uden opdræt (stor race) i normtal for husdyrgødning 2005/2006 er ændret fra 134,5 kg til 136,9 kg. En anden ændring i forhold til tidligere er, at ammoniakemissionen for den ansøgte produktion fremadrettet beregnes med udgangspunkt i gældende husdyrgødningsnormer på ansøgningstidspunktet, hvor den tidligere var låst fast til normtal for husdyrgødning 2005/2006 uanset ansøgningstidspunkt. For nærværende fastlægges det absolutte reduktionskrav på baggrund af normtal for husdyrgødning Referencestaldsystemet sengebåsestald med spaltegulv og linespilsanlæg er ikke særlig udbredt i dansk landbrug. I teknologibladet Skrabere af gyllekanaler i stalde med malkekvæg skønnes udbredelsen (Miljøstyrelsen, 2010) at være i ca. 5 % af de danske malkestalde. Andre gulvsystemer er mere udbredte, men flere af disse er forbundet med en højere ammoniakemission end referencesystemet, hvilket medfører, at disse systemer pålægges et højere ammoniakreduktionsniveau end referencesystemet (Tabel 1). Sengebåsestalde med spaltegulv og gyllekanaler med bagskyl eller ringkanal vurderes at være det mest udbredte gulvsystem i danske malkekvægsstalde (Miljøstyrelsen, 2010). Ved dette gulvsystem opbevares den afsatte husdyrgødning i gyllekanaler i 1 For kvægproduktion baseret på græsfodring, hvor der er over 25 % græsmarksafgrøder i totalrationen, er der fastsat et krav på 15 %. Samme krav stilles til hold af ammekøer og ungtyre i staldsystemer baseret på flydende husdyrgødning. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

7 længere tid end systemer med mekanisk udmugning (linespilsanlæg) og er som følge heraf forbundet med et potentielt højere ammoniaktab fra stalden, hvilket udløser et større ammoniakreduktionskrav end referencesystemet (Tabel 1). Tabel 1. Ammoniakreduktionskrav ved etablering, renovering eller udvidelse af sengebåsestalde til malkekøer efter 10. april Reduktionskravet afhænger af staldtypen i forhold til staldtypens emissionsniveau beregnet med udgangspunkt i normtal for husdyrgødning 2005/2006 korrigeret for ny viden. Stald og gulvtype Samlet nødvendig reduktion for stald og lager, % Spaltegulv (0,4 m kanal og linespil) = reference 29 Spaltegulv (gyllekanaler m. bagskyl eller ringkanal) 43 Fast drænet gulv med skraber og ajleafløb 2 4 Landmænd, der har eller ønsker at etablere en stald med spaltegulv og ringkanal eller bagskylsanlæg, har således behov for at benytte miljøteknologier med en betydelig ammoniakreducerende effekt i forbindelse med ansøgning om miljøgodkendelser ved eksempelvis produktionsudvidelser. Skrabning af spaltegulve er en af de miljøteknologier, som er godkendt til at begrænse udledningen af ammoniak fra kvægstalde. Teknologien indebærer, at spaltegulve og gangarealer løbende skrabes rene for gødning og urin. Skrabningen sker typisk med stationære skrabere eller med robotskrabere. Fjernelsen af gødning på spalternes overflader reducerer mængden af gødning og urin på spaltegulvet, hvilket potentielt begrænser ammoniakfordampningen. Tilsvarende vil en løbende fjernelse af husdyrgødningen under spalterne reducere potentialet for ammoniaktab fra stalden. Dette sker typisk ved brug af et linespilsanlæg, som flere gange dagligt transporterer gødning opsamlet i gødningskanalen under spaltearealet ud af stalden. Begge teknologier begrænser potentialet for ammoniaktab fra kvægstalde, men miljøeffekten af de to teknologer er mangelfuldt dokumenteret. Formålet med denne undersøgelse er derfor at fastlægge ammoniakemissionen fra malkekvægsstalde, som benytter skrabning af spaltegulve og hyppig fjernelse af gødning i gødningskanaler med linespilsanlæg. 2 Faste drænede gulve med 2 % fald mod langsgående dræn. Gulvet/gangarealet rengøres mekanisk med et skraberanlæg hver anden time. Skraberen afleverer gødningen i en eller flere tværkanaler eller i en langsgående skrabekanal i midten af gangen. Gulvets samlede lysåbningsareal (spalteåbning) må maksimalt udgøre 5 % af gangarealet. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

8 METODE I forbindelse med undersøgelsen blev der udvalgt i alt fem kvægbedrifter, som havde malkekøer i åbne naturligt ventilerede sengebåsestalde. Bedrifterne benyttede alle skrabning af spalteoverflader med henblik på at reducere ammoniaktabet og forbedre klovsundheden. De udvalgte bedrifter vurderes at være repræsentative for malkekvægsstalde i Danmark. De nærmere detaljer af de udvalgte bedrifter kan ses i Tabel 5. På hver af de udvalgte bedrifter blev der gennemført tre gentagne måleperioder af ammoniakemissionen fra malkekvægsstalden. Målingerne blev så vidt muligt gennemført således, at ammoniakemissionen blev bestemt jævnt fordelt over året. Hver af måleperioderne forløb over en periode på over 14 dage. Forud for målekampagnernes start blev der opsat et målesystem til bestemmelse af gaskoncentrationer i henholdsvis indgangs- og afgangsluften fra stalden. Med henblik på at opnå en gennemsnitlig bestemmelse af staldens ammoniakemission blev luft løbende udtaget i et 20 m bredt område på langs af staldene i henholdsvis staldenes sider og kip samt i luften udenfor staldene (Figur 1). A B Figur 1. Placering af udsugningsslanger i og udenfor stalden. Til venstre ses et horisontalt snit af stalden (a), til højre ses et vertikalt snit af placeringerne (b). Luftindsamlingen i stalden fandt sted i et 20 m bredt bælte på langs af stalden ved hjælp af luftindsug gennem perforerede Teflon FEP luftslanger. Gaskoncentrationerne i den udtrukne luft blev automatisk bestemt en gang i timen i hele måleperioden ved hjælp af en infrarød photoacoustic multigas-analyzer (Model 1312, INNOVA, Copenhagen, Denmark). Forskelle mellem inde- og udekoncentrationen af CO 2 på under 200 mg/m 3 viste sig at være forbundet med stor måleusikkerhed og blev således betragtet som ugyldige og i overensstemmelse hermed udeladt fra emissionsberegningerne. Udeladelse af data af denne grund fandt primært sted i perioder med høje vindhastigheder og dermed meget store luftskift i staldene. Beregning af ventilation og emissionsniveau Emissionen fra en stald af en givet gas (E g ) blev beregnet på grundlag af de målte gaskoncentrationer (C g ) og ventilationsydelsen (V). Ventilationsydelsen kan ikke måles direkte i åbne, naturligt ventilerede stalde, da der ikke findes nogen veldefinerede luftindtag og luftafgange. Ventilationsydelsen blev i stedet målt indirekte ved at benytte en såkaldt sporgasmetode. I forbindelse med nærværende undersøgelse blev ventilationsydelsen bestemt ved hjælp af sporgassen CO 2. CO 2 produceres løbende af dyre- Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

9 ne i stalden som følge af dyrenes metaboliske omsætning, og da dyrene er fordelt i hele staldarealet, sikres en god fordeling af sporgassen i staldrummet. Emissionen af CO 2 fra dyrene estimeres jf. (CIGR, 2002; Zhang, 2005) til 0,185 m 3 h -1 VPE -1 svarende til 0,366 kg h -1 VPE -1 ved 20 C i gennemsnit over et døgn. Ventilationsydelsen (V) blev beregnet ved: 10 hvor V er ventilationsydelsen i m 3 /time, E s er emissionen af sporgas i kg/time, s (t) er densiteten af sporgas i kg/m 3 til en given temperatur t, og C si og C su er de målte koncentrationer af sporgas i ppm (ml/m 3 ), henholdsvis inde og ude. Emissionen E g af en given gas g beregnes som: hvor alle parametre defineres som ovenfor. Da densiteterne jf. idealgasligningen er lineært afhængig af temperaturen, bliver beregningen af E g uafhængig af temperaturen. Beregning af emissionen af sporgas (Es) I beregningen af emissionen fra en given stald blev det forudsat, at dyrene i gennemsnit udgjorde et fast antal varmeproducerende enheder (VPE), som angivet i Tabel 2. Tabel 2. Den gennemsnitlige varmproduktion pr. dyr udtrykt ved varme producerende enhed (VPE). I alle beregninger er det forudsat, at dyrene i de respektive grupper i gennemsnit udgør det angivne antal VPE pr. dyr. Gruppe af dyr VPE pr. dyr 3 Malkekøer (stor race) 1,34 a Goldkøer (stor race) 0,88 Kvier (stor race) 0,58 Kalve 0,12 a Varmeproduktionen afhænger af dyrestørrelse, mælkeproduktion og fosterudvikling. Værdien beregnes derfor specifikt ved følgende formel: VPE/malkeko, W = 5,6 x m 0, Y 1 + 1,6 x 10-5 x p 3, hvor m=masse af ko i kg, Y1 = mælkeproduktion, kg/ko/dag, og p = tiden efter insemination i dage (CIGR, 1984). I de tilfælde, hvor nogle dyr forlod stalden i dagtimerne, blev disse dyr kun medregnet, når de var i stalden, og perioderne, hvor dyrene lukkedes ind og ud, blev udeladt af måleserierne. Antallet af VPE blev ikke korrigeret for ændringer i staldtemperaturen, og der blev ikke korrigeret for variation i CO 2 emissionen pr. VPE hen over døgnet. 3 1 VPE (en varmeproducerende enhed) er defineret som en total varmeproduktion på 1000 W ved 20 C. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

10 Baggrundskoncentrationer Baggrundskoncentrationerne af hhv. CO 2 og NH 3 blev beregnet som et vægtet gennemsnit af de to ude-kanaler på Innovaen. Vægtningen blev beregnet ud fra vindretningen 0; 180 relativt til placeringen af sugeslangen til kanal 1 (Figur 1), som 180 /180 hvor C xuy er koncentrationsmålingen af gas x for kanal y. Vindhastighed og vindretning blev fastlagt som et gennemsnit af de respektive målinger inden for 10 minutter af den relevante koncentrationsmåling. Hvis vindhastigheden blev målt til under 1 m/s, vægtedes de to følere ens ( 90). Tabel 3. Staldvinkler. Vindretningen det skulle blæse fra, for at vinklen v =0, dvs. det blæste direkte fra ude-kanal 1 og ind i stalden. Stald Vindretning (i grader) Løsning 90 Hobro 180 Arden 0 Ribe 180 Foulum 40 Beregning af kvælstofudskillelse og ammoniakfordampning De fastlagte ammoniakemissioner fra hver stald blev sat i forhold til dyrenes totale udskillelse af kvælstof (total N) og i forhold til deres udskilte mængde ammoniakalsk kvælstof (TAN) beregnet i henhold til det danske system for fastlæggelse af normtal for husdyrgødning (Poulsen et al., 2001). Efter udskillelsen af urin og fæces vil en andel af den udskilte kvælstofmængde fordampe i form af ammoniak. Fordampningen afhænger af emissionsfaktoren for den aktuelle stald og gødningssystem, samt af hvor stor en andel af den udskilte kvælstof der udskilles i form af total ammoniakalsk kvælstof (TAN) eller som organisk bundet kvælstof. I henhold til Poulsen (2008) er ammoniaktabet fra naturligt ventilerede kvægstalde med spaltegulv og ringkanalsystem eller bagskylsanlæg fastsat til 16 % af den udskilte mængde TAN pr. år, hvilket i henhold til gældende normtalsberegninger svarede til 10,5 kg NH 3 -N/ko/år (stor race) svarende til 28,8 g NH 3 /ko/dag (Poulsen et al., 2011). Den eksakte emission afhænger dog af dyrerace, fodrings-sammensætning og -forbrug samt mælkeydelse. Den udskilte mængde TAN beregnes som differencen mellem den samlede mængde udskilt kvælstof og kvælstof udskilt med fæces. Ved beregningen af dyrenes udskilte kvælstofmængde indgik det registrerede foderforbrug, foderets kvælstofindhold, samt mælkeydelsen og proteinindholdet i mælken jævnfør nedenstående ligning samt andelen af dyrenes kvælstofudskillelse, der blev udskilt som ammoniumkvælstof: Hvor N udskilt er den daglige udskilte kvælstofmængde i kg pr. ko F er den gennemsnitlige optagne fodermængde i kg per ko pr. dag P F er det gennemsnitlige proteinindhold pr. kg foder N P er kvælstofomregningsfaktoren for kvælstofindholdet i protein Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

11 M er den daglige gennemsnitlige energikorrigerede mælkeproduktion, kg EKMmælk/ko P M er det gennemsnitlige proteinindhold pr. kg mælk. Efterfølgende blev udskillelsen af TAN beregnet ved følgende ligning jævnfør Poulsen et al. (2001): æ Hvor g N i fæces blev beregnet ved følgende ligning (Poulsen et al, 2001): æ 0,04 Hvor TS = tørstofoptagelse pr. ko, kg/ko pr. dag N = kvælstofoptagelse pr. ko, g/ko pr. dag. 1,8 20 6,25 6,25 Den bedriftsspecifikke fordampning af ammoniak blev beregnet ved følgende ligning: 17/14 Hvor E NH3 = den daglige emission af ammoniak pr. bedrift N i = antallet af henholdsvis malkekøer, goldkøer og ungdyr i stalden i = (malkekøer, goldkøer, ungdyr) U TAN = den gennemsnitlige daglige udskillelse af TAN per dyr per år E TAN = emissionsfaktoren for udskilt TAN kvælstof. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

12 RESULTATER OG DISKUSSION Emissionsniveauer ved skrabning af spaltegulve Den målte gennemsnitlige ammoniakemission er præsenteret for hver bedrift og målekampagne (Figur 2). De viste forskelle er primært begrundet i forskelle i staldtemperaturerne. Der blev derimod ikke fundet markante forskelle mellem de enkelte bedrifter. I gennemsnit blev der udledt 37 g NH 3 -N/ko pr. dag eller 18 % af den udskilte mængde TAN fra de tre stalde med ringkanalsystem. De to stalde med gødningskanal og linespilsanlæg udledte i gennemsnit 30 g NH 3 -N/dag pr. ko svarende til 16 % af den udskilte mængde TAN. Figur 2. Overordnet sammenligning af ammoniakfordampningen fra de fem kvægbedrifter med skrabning af spaltegulve i sengestalde. Emissionerne er vist for hver af de tre målekampagner gennemført jævnt fordelt over året. Bedrift 1, 2, 3 = Stalde med ringkanalsystem; Bedrift 4 og 5 = gødningskanal med linespilsanlæg. Sammenhæng mellem temperatur og emissionsniveau Ved alle bedrifter blev der fundet en sammenhæng mellem emissionen af ammoniak og staldtemperaturen. Sammenhængen er vist for bedrifterne i Figur. Fordampningen af ammoniak var lavest ved lave staldtemperaturer og steg eksponentielt med staldtemperaturen. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

13 Figur 3. Sammenhængen mellem ammoniakemission og staldtemperaturen i fire af de målte kvægstalde. Den lavere ammoniakfordampning ved lave temperaturer skyldes, at en mindre andel af gyllens kvælstofindhold er på flygtig ammoniakform NH 3 (gas) ved lave temperaturer (Monteny & Erisman, 1998). Ved lave temperaturer forskydes ligevægtskoncentrationen derfor mod venstre i følgende ligning: æ Forskydningen betyder, at ligevægtskoncentrationen af ammoniak stiger ved stigende temperaturer, hvilket kan ses i Figur 4. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

14 Figur 4. Ligevægtskoncentrationen af ammoniak (ammonia) som funktion af temperatur ved forskellige ph værdier i husdyrgødning (manure). Øverste linje ved ph = 8,0, mellemste linje ved ph = 7,5 og nederste linje ved ph=7,0 (Svensson 1995). Som det fremgår af Figur 4 stiger potentialet for ammoniakfordampning fra husdyrgødning ved stigende temperaturer i husdyrgødningen. Dette skyldes som nævnt, at en større andel af gyllens kvælstofindhold overgår fra ikke-flygtig ammoniakform (NH 3 (væske)) til den flygtige ammoniakform (NH 3 (gas)) (Monteny & Erisman, 1998). Sammenhængen mellem staldtemperaturen og ammoniakfordampningen kan også ses i Figur 5. De højere temperaturer midt på dagen sammenholdt med køernes højere aktivitet i forbindelse med fodringstidspunkt og malkning, førte ofte til højere udledning af ammoniak, mens udledningen af ammoniak generelt var lavest om natten. Figur 5. Sammenhæng mellem staldtemperatur (øverst) og ammoniakfordampning (nederst) i en af de undersøgte stalde. Højere temperatur og køernes højere aktivitet i dagtimerne øgede generelt ammoniakfordampningen. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

15 Sammenhæng mellem ventilation og emissionsniveau Da der er en sammenhæng mellem gyllens og staldluftens temperaturer vil ammoniakemissionen fra stalden øges ved en højere staldtemperatur (Figur 3). Højere staldtemperaturer skaber samtidig et større drivtryk, hvilket øger staldens konvektionsdrevne ventilation og dermed luftskiftet, hvorved potentialet for ammoniakfordampning ligeledes øges. Sammenhængen mellem ventilering af staldene og ammoniakemissionen per varmeproducerende enhed kan ses i Figur 6. En forøgelse af ventilationsydelsen, enten begrundet i vindpåvirkning eller konvektionsventilering, øgede ammoniaktabet fra stalden, men forøgelsen var for alle de undersøgte stalde forholdsvis begrænset. (Figur 6). Figur 6. Sammenhæng mellem den estimerede ventilationsrate og den målte ammoniakemission for fire af de stalde, der indgik i undersøgelsen. Fordampning af ammoniak per dyr stiger ved højere ventilationsrater. Ammoniakemissionen fra naturligt ventilerede kvægstalde uden skrab af gangarealer (referencesystem) Der findes kun få undersøgelser af ammoniaktabet fra åbne, naturligt ventilerede kvægstalde. I Danmark blev der i perioden 2002 og 2003 gennemført en undersøgelse af emission af ammoniak og drivhusgasser fra naturligt ventilerede kvægstalde (Zhang et al., 2004). I undersøgelsen blev ammoniakfordampningen bestemt fra ni naturligt Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

16 ventilerede løsdriftsstalde med forskellig indretning og gødningshåndtering, hvoraf én stald var en ringkanalsstald uden ammoniakreducerende teknologi. Ammoniakemissionen fra denne staldtype blev bestemt til at udgøre mellem 10 og 48 gram ammoniak per ko per dag (Zhang et al, 2004). Tilsvarende er der gennemført en række hollandske undersøgelser af ammoniaktabet fra naturligt ventilerede kvægstalde, hvor den daglige ammoniakfordampning er bestemt til at udgøre mellem 20 og 42 gram ammoniak per ko (Monteny & Erisman, 1998). Resultatet af disse undersøgelser kan ses i Tabel 4.Tabel 4. Oversigt over tidligere undersøgelser af ammoniaktabet fra køer i naturligt ventilerede kvægstalde uden ammoniakbegrænsende teknologier. Resultaterne af de hollandske undersøgelser har dannet grundlag for etableringen af en hollandsk emissionsfaktor for malkekøer i ringkanalstalde med permanent opstaldning på 11 kg NH 3 /ko pr. år svarende til 30 g NH 3 /ko pr. dag. Tabel 4. Oversigt over tidligere undersøgelser af ammoniaktabet fra køer i naturligt ventilerede kvægstalde uden ammoniakbegrænsende teknologier. Staldsystem Gulvtype Emissionsbegrænsende tiltag Ammoniakfordampning, g NH 3 /ko/dag Kilde Naturligt ventileret kvægstald Naturligt ventileret kvægstald Naturligt ventileret kvægstald Naturligt ventileret kvægstald Spalter Ingen Chang et al, 2004; 2005 Spalter Ingen Groot Koerkamp et al., 1997 Spalter Ingen 40 Van t Ooster, 1994 Spalter Ingen 26 Pfeiffer et al., 1994 De tidligere gennemførte undersøgelser viser, at ammoniakemissionen pr. ko varierer betydeligt, både i den enkelte undersøgelse og mellem undersøgelserne. Variationerne skyldes formentligt betydelige forskelle mellem bedrifter, staldindretning, driftspraksis og målemetodik samt klimatiske forskelle. Ammoniakemissionsniveauet fra naturligt ventilerede stalde med skrab af gangarealer Tre af de deltagende bedrifter havde installeret teknologi, der sikrede fjernelse af gødning og urin på gangarealernes spalteoverflader. Hyppigheden af fjernelsen afhang af bedrift og teknologi, men fandt sted mindst seks gange dagligt. Skrabningen af spaltegulvet blev enten foretaget ved brug af såkaldte robotskabere (Figur 7A) eller stationære skrabeanlæg (Figur 7B). Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

17 A B Figur 7. Skrab af gangarealer med spaltegulv ved hjælp af enten robotskraber (A) eller et stationært skrabeanlæg (B). Skrabning af spaltegulves overflader reducerer mængden af gødning og urin på betonbjælkerne, hvilket potentielt reducerer potentialet for ammoniaktab. Skrabning af spaltegulve er derfor vurderet til at kunne reducere ammoniaktabet fra kvægstalde med op til 25 % (Miljøstyrelsens teknologiblad, 2010a). Det målte ammoniakemissionsniveau i de tre undersøgte kvægbedrifter med skrabning af spaltegulvsoverflader er vist i Figur 8. Resultaterne viser, at staldtemperaturen påvirker emissionsniveauet, men sammenhængen er ikke entydig, hvilket viser, at også andre forhold som vind, driftspraksis, luftfugtighed etc. påvirker emissionsniveauet. Ammoniakemission, g NH 3 N ko 1 dag ,2 17,8 4,2 14,8 13,1 21,2 17, , Staldtemperatur bedrift nummer Figur 8. Den gennemsnitlige målte ammoniakemission fra malkekøer i tre bedrifter, hvor ammoniakemissionen er søgt begrænset ved brug af skrab af spalteoverflader. I alle bedrifter er der gennemført tre målekampagner. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

18 Ammoniakemissioner fra åbne naturligt ventilerede stalde med skrab af spaltegulvet i gangarealer og linespilsanlæg til fjernelse af gødning fra gyllekanaler To af de undersøgte bedrifter havde installeret teknologi, der sikrede fjernelse af gødning og urin på gangarealernes spaltegulvsoverflade samt fjernelse af gødning i kanaler under spaltearealet ved brug af linespilsanlæg. Skrabningen af spaltegulvene blev udført enten ved brug af robotskabning (Figur 7A) eller ved stationære spalteskrabeanlæg (Figur 7B). Skrab af spalteoverflader fandt sted mindst seks gange dagligt. Gødning opsamlet i kanalen under spalterne blev fjernet med et linespilsanlæg. Linespilsanlæg består af en slæbeskovl (sluffe), der via en line bliver trukket hen over bunden af gyllekanalerne (Figur 9). Ved brug af linespilsanlæg kan den producerede gødning fjernes hyppigere end i gyllesystemer, hvilket begrænser potentialet for staldens ammoniaktab. Ammoniakfordampningen fra sengebåsestalde med skrabning af gyllekanaler er derfor vurderet at være 25 % lavere sammenlignet med sengebåsestalde med ringkanaler eller bagskyl (Miljøstyrelsen, 2010b). Figur 9. Linespilsanlæg til fjernelse af gødning i gyllekanaler. Linespilsanlægget består af en slæbeskovl (sluffe), der via en line trækkes hen over gyllekanalens bund. Tv. ses en skematisk fremstilling af linespilssystemet. Th. ses et billede af sluffen og linetrækket i kanalen under spalterne. Det målte ammoniakemissionsniveau i de to kvægbedrifter med skrab af spalteoverflader og linespilsanlæg er vist i Figur 10. Resultaterne viser, at staldtemperaturen påvirkede emissionsniveauet, men at sammenhængen ikke er entydig, hvilket viser, at også andre forhold som vind, driftspraksis, stalddesign, luftfugtighed etc. påvirker emissionsniveauet. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

19 Ammoniakemission, g NH 3 N ko 1 dag ,9 1,2 4,8 8,4 1,2 17, Staldtemperatur Bedriftnummer Figur 10. Den gennemsnitlige målte ammoniakemission fra malkekøer i to kvægbedrifter, hvor ammoniakemissionen er søgt begrænset ved brug af skrab af spalteoverflader og skrab i kanal ved linespil. Ved begge bedrifter blev der gennemført tre målekampagner. Ammoniakfordampning fra bedrifter med ammoniakreducerende teknologier sammenlignet med reference emissionsniveauet fra bedrifter uden ammoniakreducerende teknologi. Fordampningen af ammoniak fra de bedrifter, der havde installeret ammoniakreducerende teknologier, blev sammenlignet med det ammoniakfordampningsniveau, der ville have været ved et tilsvarende produktionsniveau i de samme bedrifter, hvis ikke der var installeret ammoniakbegrænsende teknologier (Figur 11). Der blev fundet et lidt højere tab af ammoniakkvælstof fra bedrifter, hvor der blev gennemført skrab af spalter end fra et tilsvarende referenceniveau uden brug af skrab af spalter. Det målte ammoniaktab fra køer i bedrifter med både skrab af spalteoverflader og linespilsanlæg lå på niveau med det beregnede niveau for en tilsvarenden produktionsform i et referencesystem uden linespil og skrab af spalteoverflader (Figur 11a). Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

20 A B Ammoniakemission g NH 3 N ko 1 dag Referenceemission Målt emission Ammoniakemission % af udskilldt TAN Referenceemission Målt emission 5 0 Skrab af spalter Linespil og skrab af spalter teknologitype 0 Skrab af spalter Linespil og skrab af spalter teknologitype Figur 11. Målt fordampning af ammoniakkvælstof fra malkekøer i naturligt ventilerede kvægstalde med ammoniakbegrænsende teknologier sammenlignet med beregnet ammoniakfordampning fra tilsvarende bedrifter uden ammoniakbegrænsende teknologier (referenceemission). Diagrammet tv. viser ammoniakemissionen per ko per døgn (A). Diagrammet th. viser, hvor stor en andel af den mængde TAN kvælstof køerne udskiller, der tabes som ammoniak (B). I referenceemission er det antaget, at 16 % af den TAN kvælstofmængde, som dyrene udskiller, tabes som ammoniakkvælstof. Forskellene mellem niveauerne for referenceemissionen skyldes forskelle i udskillelsen af TAN fra køerne opstaldet i stalde med de to teknologityper. Ammoniakfordampningen fra malkekøer i åbne ventilerede kvægstalde med ringkanaler eller bagskyld er vurderet til at udgøre 16 % af den mængde TAN kvælstof køerne udskiller (Poulsen et al, 2001). Sammenlignes de målte resultater med dette referenceemissionsniveau, blev der ikke observeret lavere emission ved brug af hverken skrab af spalteoverflader eller ved brug af kombinationen af skrab af spalteoverflader og fjernelse af gødning i gyllekanaler med linespilsanlæg (Figur 11b). Dette kan skyldes, at der ikke er den forventede effekt af de to ammoniakbegrænsende teknologityper, men forklaringen er mere sandsynligt, at niveauet for referenceemissionen fra naturligt ventilerede kvægstalde, hvor gødningen håndteres i ringkanaler eller i bagskylsanlæg, er højere end vurdereret (Poulsen et al, 2001). ANERKENDELSE Forsøget er en del af projektet Lavemissions kvægstalde udvikling af tre løsningsmodeller, som blev støttet af Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri under Innovationsloven samt af Mælkeafgiftsfonden og Kvægafgiftsfonden. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

21 REFERENCER CIGR (2002). Climatization of Animal Houses Heat and Moisture Production at Animal and House Level. 4Th Report of CIGR Working Group. Horsens, Denmark Kai P Ammoniakreducerende teknologier i kvægbruget. Danske mælkeproducenter, februar pp 6. Miljøstyrelsens teknologiblad 2010a. Skrabere i gangarealer i stalde med malkekvæg. Miljøministeriet. 14 pp. Miljøstyrelsens teknologiblad 2010b. Skrabere i gyllekanaler i stalde med malkekvæg. Miljøministeriet. 13 pp. Monteny G.J. and Erisman J.W Ammonia emission from dairy cow buildings: a review of measurement techniques, influencing factors and possibilities for reduction. Netherlands Journal of Agricultural Sciences 46: Poulsen H. D, Børsting C.F., Rom H.B, Sommer S.G DJF RAPPORT NR. 36 HUS- DYRBRUG. Kvælstof, fosfor og kalium i husdyrgødning normtal 2000 (side 49) Poulsen, H.D Normtal for husdyrgødning. Institut for Husdyrvidenskab, Aarhus Universitet, Zhang, G.Q., J.S. Strøm, A.G. Hansen, A.J. Freudendal og J. Brøgger Emission af ammoniak og drivhusgasser fra naturligt ventilerede kvægstalde måling af emission fra stalde med forskellige gulv- og gødningssystmer. FarmTest Kvæg nr. 21, 56 pp. Videnscenter for landbrug. Zhang G; Strom J S; Li B; Rom H B; Morsing S; Dahl P; Wang C (2005). Emission of Ammonia and Other Contaminant Gases from Naturally Ventilated Dairy Cattle Buildings. Biosystems Engineering, 92(3), Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

22 BILAG 1. Tabel 5. Oplysninger om staldtype, antal dyr, fodring og mælkeydelse i de gennemførte måleperioder. Bedrift (id) Staldtype Teknologi Målekampagne Løsning, (1) Arden, (2) Hobro,(3) Ribe, (4) Foulum, (5) Sengebåsestald Ringkanal Skrabning af spaltegulv, stationært anlæg Sengebåsestald Ringkanal Skrabning af spaltegulv, stationært anlæg Sengebåsestald Ringkanal Skrabning af spaltegulv, robot Sengebåsestald Mekanisk udmugn. Skrabning af spaltegulv, stationært anlæg, og linespilsanlæg Sengebåsestald Mekanisk udmugn. Kvæg race Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Skrabning af spaltegulv, robot, og linespilsanlæg Observationsperiode, fra til Antal køer på stald (incl. goldkøer) Antal kvier i målestald Mælkeydelse, kg EKM ko -1 dag -1 Protein i mælk, % Antal foderenheder. FE ko -1 dag -1 Protein per FE, g FE ,8 30,5 32,4 29,9 28,3 2 28,8 a 32,5 37,0 30, ,8 a) 33,4 34,3 29,8 32,6 1 3,14 3,52 3,42 3,37 3,70 2 3,14 a 3,25 3,32 3,36 3,83 3 3,14 a 3,21 3,13 3,34 3, ,6 22,1 21,9 21,5 2 20,6 a 21,7 23,4 20,7 3 20,6 a 22,4 22,7 21, a a ,54 Råprotein i alt, kg ko -1 dag ,59 3 3,66 a) Da det ikke var muligt at få endagsfoderkontrol værdier for fodring og mælkeydelse for disse måleperioder, er værdier for den forudgående målekampagne benyttet til beregning af den udskilte kvælstofmængde. Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde

23 BILAG 2 Tabel 6. Bedriftsspecifikke udskillelser af total-kvælstof og TAN samt ammoniaktab. Bedrift, (id) Hobro, (3) Arden,(2) Løsning,(1) Ribe,(4) Foulum, (5) Staldtype Sengebåsestald Sengebåsestald Sengebåsestald Sengebåsestald Sengebåsestald Teknologi Skrab af spalteoverflader, ved robot Skrab af spalteoverflader, stationært anlæg Skrab af spalteoverflader, stationært anlæg Skrab af spalteoverflader, stationært anlæg, og linespilanlæg Skrab af spalteoverflader, stationært anlæg, og linespilanlæg Kvæg race Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Stor race (SDM) Måleperiode, måned Aug Apr. Jun. Sep. Maj. Juli Jun Aug. jan Nov. Dec. Jan. Sep. Dec. Jul. VPE total VPE pr. malkeko 1,42 1,52 1,46 1,38 1,42 1,44 1,34 1,34 1,34 1,36 1,37 1,36 Udskilt N, g N/ko/d TAN Total N Målt NH 3 fordampning, g NH 3 /h/vpe Målt NH 3 -N fordampning, g N/dag/ko 0,99 1,10 1,33 1,86 1,21 1,36 1,96 2,12 0,78 1,35 1,16 1,36 0,80 0,77 1,25 26,2 29,2 35,3 49,2 32,1 35,9 51,8 56,1 20,6 35,9 30,8 36,0 21,9 20,9 34,2 NH 3 -N tab i procent af udskilt N % af TAN % af total N 16,2 13,2 12,1 25,0 15,6 16,0 26,9 29,2 10,7 18,1 18,5 21,0 10,8 10,2 16,7 6,6 6,3 7,6 12,0 7,3 7,8 12,4 13,5 4,9 8,6 8,2 9,3 5,5 5,2 8,6 Ammoniakemission fra naturligt ventilerede kvægstalde