Oprettet Dato Version 2 Projekt: emissionsbaseret regulering af landbrug Side 1 af 25

Transkript

1 Notat Ansvarlig PEK/TSB Oprettet Dato Version 2 Projekt: emissionsbaseret regulering af landbrug Side 1 af 25 Måleteknologi i emissionsbaseret regulering af landbrug Resume med konklusioner og anbefalinger På nuværende tidspunkt findes der ikke robuste kommercielle målesystemer til brug for måling af emissioner på det enkelte husdyrbrug. Det fremherskende måleprincip ved fastlæggelse af emissioner fra stalde er fotoakustisk spektroskopi, som udmærker sig ved være et multigasinstrument, der kan detektere de relevante gasser i de koncentrationer, som er almindeligt forekommende i staldmiljøer. I kombination med samtidig fastlæggelse af ventilationsluftskiftet i staldene, typisk ved hjælp af såkaldte målevinger, kan emissionerne bestemmes med korte tidsintervaller. Målesystemerne er dog bekostelige i anskaffelse såvel som drift og vedligeholdelse, og de kræver dertil stor faglig kompetence at benytte. Systemerne anvendes derfor forskningsmæssigt og til gennemførelse af kontrollerede undersøgelser/test. De er derimod ikke egnet til rutinemæssig brug på et landbrug. Såfremt rutinemæssige emissionsmålinger på de enkelte landbrug ønskes realiseret, vil det være nødvendigt at udvikle målesystemer til en acceptabel pris. Målesystemer skal være robuste for at kunne operere i det relativt korrosive miljø, der findes i stalde. Landmænd kan ikke forventes at besidde måleteknisk kompetence, og det vil derfor være nødvendigt, at målesystemerne har karakter af turn-key anlæg, som kræver et minimum af overvågning og vedligeholdelse. En sådan egenkontrol/dokumentation vil med fordel kunne suppleres med ekstern kontrol, i form af kontrol af egenkontrollen og/eller kontrolmålinger. For så vidt angår lugt, kan den nugældende regulering af husdyrproduktionen opfattes som en emissionsbaseret regulering, idet lugtemissionen fra et husdyrbrug fastsættes beregningsmæssigt. På nuværende tidspunkt kan det ikke anbefales, at lade lugtmålinger indgå rutinemæssigt til dokumentation af lugtemissioner på det enkelte landbrug, fordi målemetoden er forbundet med stor usikkerhed. Det er således nødvendigt at udtage mange lugtprøver for at kunne fastslå lugtkoncentrationen med rimelig præcision. I forhold til nøjagtighed er metoden problematisk. Det må anbefales, at iværksætte en undersøgelse af mulighederne for at inddrage lugtstof-baserede kriterier i reguleringen af lugt, som det eksempelvis er tilfældet i Japan, hvor virksomheder som alternativ til olfaktometriske lugtmålinger kan vælge at blive reguleret efter et antal lugtstoffer. Det har den fordel, at fastsatte kriterier for lugtstof-emissioner kan eftervises ved hjælp af en reproducerbar målemetode. Der findes i dag ikke kommercielt tilgængelige metoder, som kan estimere næringsstoftabet fra et givet dyrkningsareal (en given mark). De beskrevne metoder er derfor enten indirekte metoder eller metoder, som anvendes til forskningsformål.

2 Indhold 1. Baggrund Formål Kilder til emissioner i landbruget Ammoniak Lugt Drivhusgasser Nitrat Fosfor Bidrag fra stalde Bidrag fra gødningslagre Bidrag fra marker Måling af gasser Fotoakustisk spektroskopi (FAS) NDIR sensorer NOx-analyzer Fourier Transform Infrarød Spektroskopi (FTIR) Elektrokemiske sensorer Vådkemiske metoder Denudere Gasdetektionsrør Gaskromatografi (GC) Måling af lugt Måling af ventilationsydelse Direkte måling af ventilationsydelse Indirekte måling af ventilationsydelse Samlet oversigt over teknologier til måling af emissioner i stalde Strategier for fastlæggelse af emissioner fra stalde Det gældende normtalssystem Standardiserede emissionsfaktorer Standardiserede emissionsfaktorer med løbende overvågning Dokumentation ved måling af emissioner på ejendomsniveau Oversigt over strategier for fastlæggelse af emissioner fra stalde Teknologier til måling af næringsstoftab fra dyrkningsarealer Måling af nitrat Måling af fosfor Måling af ammoniakfordampning Måling af drivhusgasser Samlet oversigt over teknologier til måling af næringsstoftab fra dyrkningsarealer Regulering efter individuelle udledninger Vurdering af mulighederne for omgåelse ved fastlæggelse af emissioner fra husdyrbrug Vurdering af mulighederne for omgåelse ved fastlæggelse af emissioner fra dyrkningsarealer

3 1. Baggrund Sekretariatet for Natur- og Landbrugskommissionen har anmodet AgroTech om at udarbejde en vurdering af muligheder og potentiale i at basere reguleringen af landbrugsproduktionen på grundlag af de med produktionen forbundne emissioner af forureningsstoffer i form af såvel gasser og næringsstoffer - såkaldt emissionsbaseret regulering. Konkret har sekretariatet udbedt sig et notat indeholdende en kortfattet beskrivelse af potentialet i en emissionsbaseret reguleringsmodel for produktionsanlæg til husdyr samt dyrkningsarealer. Notatet skal indeholde en oversigt over teknologier til måling af emissioner fra stalde og produktionssystemer til husdyr med hovedvægten lagt på ammoniak, lugt og drivhusgasser. Det ønskes vurderet i hvilket omfang, der er tilgængelige teknologier, som vil kunne anvendes under almindelige driftsbetingelser på landbrug. Såfremt der pt. ikke er tilgængelige teknologier, skal der gives en vurdering af udviklingsbehov og -omfang. I forhold til planteproduktion ønskes en oversigt over teknologier til måling af næringsstoftab fra dyrkningsarealer med vægten lagt på nitrat og fosfor. Det ønskes vurderet i hvilket omfang, der er tilgængelige teknologier, som vil kunne anvendes under almindelige driftsbetingelser på landbrug. Såfremt der pt. ikke er tilgængelige teknologier, skal der gives en vurdering af udviklingsbehov og omfang. Der efterspørges en vurdering af omkostningerne, der er forbundet med emissionsmålinger baseret på forskellige måleteknologier samt eventuelle risici forbundet med måleteknologierne herunder måleusikkerheder, stabilitet, variationer som følge af biologisk variation, klima. Ydermere ønskes en vurdering af, hvordan omgåelse af emissionsmålinger kan undgås. Der skal henvises til relevante udenlandske erfaringer med emissionsmålinger i forhold til regulering af landbrug. Endelig efterspørges en kort vurdering af muligheden for at omsætte målte emissionsværdier til en model for regulering. 2. Formål Formålet med notatet er at bidrage til Natur- og Landbrugskommissionens statusrapport vedrørende blandt andet regulering af den fremtidige landbrugsproduktion i Danmark ved udarbejdelse af en redegørelse, der sammenfatter potentialet, mulighederne, begrænsningerne og risici i forhold til at basere reguleringen af landbruget på baggrund af målinger af udledninger fra produktionsanlæg og dyrkningsarealer. 3

4 3. Kilder til emissioner i landbruget 3.1. Ammoniak Den samlede ammoniakemission i Danmark blev i 2010 opgjort til godt tons NH 3 -N, hvoraf landbrugsproduktion var ansvarlig for ca. 96 pct. Heraf stammede ca. 85 pct. fra husdyrproduktion, mens resten primært stammede fra udbringning af handelsgødning samt emissioner fra afgrøder. Den husdyrrelaterede ammoniakemission fordelte sig på hhv. ca. 58 pct. fra stalde, 29 pct. fra udbringning af husdyrgødning, 10 pct. fra gødningslagre og 3 pct. fra græsning Lugt Husdyrproduktionen i Danmark er i dag omfattet af en regulering (en lugtvejledning) som umiddelbart kan opfattes som en emissionsbaseret model. Der er fastlagt normer for lugtemissioner for en række dyrearter og dyrekategorier samt i nogle tilfælde også staldtyper. I forlængelse heraf er der ved hjælp af en atmosfærisk spredningsmodel beregnet geneafstande som funktion af lugtemissionens størrelse og områder med forskellig følsomhed overfor lugt. Udgangspunktet er, at hvis et produktionsanlæg overholder lugtemissionen for den aktuelle dyreart eller dyrekategori, kan der principielt opnås miljøgodkendelse, hvis beregnede geneafstande til relevante områder eller boliger overholdes. Denne reguleringsform finder man også i fx Holland og Tyskland (visse delstater) Drivhusgasser Drivhusgasser omfatter i forhold til landbrugets emissioner kuldioxid (CO 2 ), metan (CH 4 ) og lattergas (N 2 O). I de fleste stalde er dyrene hovedkilde til produktion af kuldioxid, mens dybstrøelse kan bidrage i mindre omfang. Som følge heraf er koncentrationen af kuldioxid i stalde langt højere end metan og lattergas og der derfor også umiddelbart den letteste at måle. I stalde dannes kuldioxid dels ved dyrenes metaboliske omsætning samt ved nedbrydning af organisk materiale i husdyrgødning. Metan dannes ved anaerob nedbrydning af organisk tørstof og dannes i husdyrs tarmsystem i varierende mængde samt endvidere i større mængder i drøvtyggeres vom. De fleste stalde giver ikke grundlag for produktion af lattergas i større mængder, og lattergas vil i mange staldmæssige sammenhænge være til stede i så lave koncentrationer, at den kan være vanskeligt at detektere selv med følsomme instrumenter, som normalt bruges forskningsmæssigt. Drivhusgasemissioner er ikke omfattet af husdyrproduktions regulering i dag Nitrat Udvaskningen af nitrat sker fra dyrkningsarealerne, når der er nitrat til stede i jorden og der samtidig er overskudsnedbør (perioder, hvor nedbøren er større end hvad planterne kan optage og fordampe). Nitrat kan dannes i jorden ved omsætning af organisk materiale, eller det kan udbringes med gødningen. I de fleste tilfælde sker udvaskning kun i vinterhalvåret, men på sandjord (hvor risikoen for udvaskning er størst) kan det også ske om foråret efter, at gødningen er spredt ud. De seneste år er nitratudvaskningen fra dyrkningsarealerne stort set halveret bl.a. i kraft af, at der lovgivnings- og rådgivningsmæssigt har været stor fokus på at anvende husdyrgødning og handelsgødning på en hensigtsmæssig måde. Reduktion af nitratudvaskning har således været hovedfokusområdet i den nuværende regulering af dyrkningsarealerne Fosfor Fosfor tabes kun i et meget ringe omfang fra dyrkningsarealerne. Fosfor bindes kraftigt til jordkolloiderne, og kun en meget lille andel af jordens fosfor vil derfor være udsat for risiko for 4

5 udvaskning. Tab af fosfor sker hovedsagligt under hændelser, hvor jordkolloider afstrømmer fra arealet. Det kan hovedsagligt være langs overfladen i kraftig regn, men en mindre del kan også strømme via regnormegange eller gamle rodkanaler til dræn. Risikoen for tab af fosfor via overfladeafstrømning til vandløb eller søer reduceres af dyrkningsfri randzoner, som bremser vandstrømmen og får fosforholdige jordkolloider til at sedimentere, inden de når vandløbet. Regulering af fosfor har kun i meget begrænset omfang været direkte omfattet af den nuværende regulering Bidrag fra stalde Hovedparten af husdyrproduktionen finder sted i stalde, og kun en minimal del af finder sted som frilandsproduktion. Ca. 58 pct. af ammoniakemissionen fra husdyrproduktionen stammer fra stalde. Stalde til husdyr kan være enten mekanisk ventileret eller naturligt ventileret. Mekanisk ventilerede stalde er karakteriseret ved at have et eller flere veldefinerede luftafkast, hvori der sidder en ventilator som trækker luften ud af staldrummet. Der er desuden veldefinerede luftindtag, enten i form af ventiler (armaturer) eller i form af større flader i loftet (diffust luftindtag), hvor luften trækkes igennem som følge af det undertryk, som opstår ved ventilatorens drift. Langt hovedparten af svineproduktionen og fjerkræproduktionen finder sted i mekanisk ventilerede stalde. Fastlæggelsen af ventilationsydelsen (luftskiftet) kan ske vha. direkte målemetoder fx ved anvendelse af anemometer såvel som vha. af indirekte metoder vha. sporgas. En ejendom med svineproduktion omfatter typisk flere stalde/staldrum med hver sit klimaanlæg. Et typisk ventilationsafkast har en kapacitet ca m 3 pr. time svarende til luftbehovet af ca. 120 slagtesvin. For en ejendom med slagtesvineproduktion med 4000 stipladser (444 DE) vil der således være ca. 30 ventilationsafkast som kan opfattes som individuelle kilder til emission af ammoniak, lugt og drivhusgasser. Kvægproduktionen i Danmark finder primært sted i åbne, naturligt ventilerede stalde, som er karakteriserede ved ikke at have veldefinerede luftindtag og luftafkast. Typisk vil naturligt ventilerede stalde have store åbne facader samt en bred langsgående åbning i kippen. Dertil kommer store portåbninger i gavlenderne, som ofte står åbne i varmeperioder. Lysningsarealet i facaderne kan normalt reguleres ved hjælp af gardiner, som kan rulles op i periode med lave temperaturer og ved høje vindhastigheder. Dette kan gøres manuelt eller vha. automatik. Luftskiftet i naturligt ventilerede stalde drives dels af vindtrykket på bygningen, dels ved konvektion, idet dyrene opvarmer staldluften, som derved stiger til vejrs og forlader stalden gennem kippen og erstattes af kold udeluft, som trænger ind i stalden gennem lavereliggende åbninger. Luftskiftet i naturligt ventilerede stalde kan kun fastlægges ved anvendelse af indirekte målemetoder, fx ved anvendelse af en sporgasmetode. En lille del af svineproduktionen finder sted i stalde med naturlig ventilation samt som frilandsproduktion. Samme forhold gør sig gældende for fjerkræproduktionen Bidrag fra gødningslagre Overordnet set bidrager lagring af husdyrgødning kun i mindre omfang til den samlede ammoniakemission, idet kun omkring 10 pct. af den husdyrrelaterede ammoniakemission stammer fra gødningslagre. Der vil dog være individuelle forskelle på, hvor stor andel lagringen udgør på de enkelte landbrug. Dette afhænger af hvilken form gødningen befinder sig på samt under hvilke forhold den lagres og håndteres. For en slagtesvinestald med 1/3 drænet gulv og 2/3 spaltegulv i stierne udgør tabet af ammoniak under lagring af slagtesvinegyllen således kun ca. 9 % af det samlede ammoniakemission fra stald og lager. Til sammenligning udgør ammoniaktabet fra lagring af dybstrøelse ca. 36 % af den samlede ammoniakemission fra stald og lager i slagtesvineproduktion i stalde med dybstrøelse. Antallet af slagtesvin, som produceres i stalde med dybstrøelse er imidlertid meget begrænset. 5

6 Ca. 85 pct. af husdyrgødningen håndteres som gylle, som lagres i gyllebeholdere inden udbringning. Disse skal være overdækkede eller alternativt etableret med et flydelag, hvilket væsentligt reducerer fordampningen af ammoniak fra gylleoverfladen. Ammoniakemissionen for lagring af flydende husdyrgødning (beholdere med flydelag) er i Normtal for husdyrgødning er således ansat til 2-4 % af gyllens indhold af kvælstof (total-n) afhængig af dyreart og gødningstype Bidrag fra marker 29 pct. af den husdyrrelaterede ammoniakemission stammer fra udbringning af husdyrgødning. Tabet er ca. halveret siden 1990 i kraft af bl.a. forbedrede udbringningsmetoder til husdyrgødning. F.eks. er ammoniaktaget ved bredspredning af gylle, som var almindeligt i 1990, ca. 25 pct. af kvælstoffet og ved slangeudlægning, som er almindeligt i f.eks. vintersæd i dag, kan tabet reduceres til ca. 15 pct. Ved effektiv nedfældning, som i dag er almindelig på ubevokset jord om foråret, kan tabet reduceres til blot ca. 1 pct. af kvælstoffet. Hovedparten af ammoniakfordampningen sker i dag fra slangeudlagt gylle på vintersædsarealer. Nedfældning af gyllen vil kunne reducere ammoniakfordampningen, men det har vist sig, at nedfældning skader afgrøden betydeligt. I stedet er der de seneste år udviklet og introduceret nye teknologier til forsuring af gylle. Forsuring af gylle kan vil ca. halvere ammoniakfordampningen i forhold til ikke-forsuret gylle. 4. Måling af gasser I det følgende gives en oversigt over de mest relevante principper for måling af ammoniak i husdyrmiljøer, herunder en vurdering af deres egnethed i forhold til rutinemæssig anvendelse på landbrug Fotoakustisk spektroskopi (FAS) FAS er en såkaldt non-dispersiv Infrarød (NDIR) teknik, hvor en gas i et målekammer udsættes for modulerende lys. Den absorberede lysenergi afgives i overvejende grad som varme i takt med modulationsfrekvensen, hvorved der opstår trykbølger, som detekteres som lyd af en mikrofon og som efterfølgende omregnes til en koncentration. Teknikken kan benyttes til kvantificering af gasser som absorberer lys i det infrarøde område, herunder ammoniak, kuldioxid, metan og lattergas, som er de vigtigste gasser af relevans for landbrugsproduktion. Måleprincippet er forbundet med risiko for krydsfølsomhed for andre stoffer, idet absorptionen af lys ved en given bølgelængde ikke er specifik for den enkelte gas. Der kan således være flere gasser, som absorberer ved samme bølgelængde. Et eksempel på et instrument som benytter sig af FAS er Innova 1412 Photoacoustic Gas-monitor (Lumasense A/S). Denne kan semi-kontinuerligt måle i alt fem gasser. Dermed kan der måles ammoniak, kuldioxid, metan og lattergas med et og samme instrument, hvilket er en stor fordel. Måleinstrumentet kan anvendes til både kontinuerlige målinger i stalde samt før og efter luftrensere. Følgende leverandøroplyste detektionsgrænser er angivet for gas-monitoren: ammoniak: 0,2 ppm, kuldioxid: 1,5 ppm, metan: 0,2 ppm og lattergas: 0,03 ppm. Dette giver tilstrækkelig følsomhed til langt de fleste måleopgaver i forhold til emissioner forbundet med husdyrproduktion herunder også ved anvendelse af diverse miljøteknologier. Instrumentet inkl. software koster ca kr. med filtre for måling af ammoniak, kuldioxid, metan og lattergas, og kan i sig selv kun måle på én kanal (ét ventilationsafkast). Tilkøb af en multipoint sampler (Innova 1309) giver mulighed for at øge antallet af målepunkter til 12 (ventilationsafkast). En Innova 1309 multipoint sampler koster ca kr. Gas-monitoren kan styre to multipoint samplere, hvilket giver mulighed for successiv sampling fra i alt 24 ventilationsafkast. Derudover omfatter et komplet målesystem slanger, pumper, filtre, kondenssikring m.m. De kontinuerlige elektroniske målinger bør løbende kontrolleres med sporgasmålinger. Multigas monitoren skal kalibreres minimum én gang årligt hos leverandøren, hvilket koster ca kr. Dertil kommer 6

7 evt. serviceeftersyn. Instrumentet er kompetencekrævende i anvendelse og vedligeholdelse og må anses for uegnet til brug for egenkontrol på et landbrug NDIR sensorer Mange gasser, herunder drivhusgasserne absorberer energi i det infrarøde område. Absorptionen ved forskellige bølgelængder afhænger af molekylets opbygning og der vil være IR-bølgelængder, som et givent molekyle responderer særligt meget ved. Disse bruges ved NDIR, idet der foran IRlyskilden i instrumentet indsættes et filter, som kun tillader passage af den ønskede bølgelængde, som målegassen absorberer. Absorptionen afhænger af gassens koncentration og af længden af lysvejen, hvilket anvendes ved kvantificering af gassen. Metoden besidder en relativ stor grad af krydsfølsomhed, idet absorption ved en given bølgelængde ikke er begrænset til ét molekyle. Instrumenter, der anvender NDIR-måleprincippet kan i princippet anvendes til måling af gasser i ventilationsafkastene fra stalde. Dog er sensorerne typisk udviklet til brug som alarmsensorer og således ikke er tilstrækkeligt følsomme ved måling af fx lattergas i de koncentrationer, som typisk findes i staldmiljøer. Der findes dog også betydeligt mere følsomme instrumenter, som benytter sig af NDIR måleprincippet, herunder FAS (se tidligere). CARBOCAP Carbon Dioxide Transmitter Series GMT222 (Vaisala) har angivet en måleusikkerhed på ±105 ppm i måleområdet 0 til 3000 ppm kuldioxid. Prisen for denne sensormodel er ca kr. Vaisala producerer tillige dyrere og mere præcise sensorer (fx CARBOCAP 343). Sensoren kan bruges i et staldrum, indbygges i en ventilationskanal eller sammenbygges med en multiplekser og en datalogger til et målesystem, der kan monitere flere ventilationskanaler eller staldrum NOx-analyzer Dette måleprincip omfatter en indirekte måling af ammoniak og er baseret på en to-trins analyse. Først sker der en omdannelse af ammoniak til kvælstofmonooxid (NO) i en katalytisk konverter, og dernæst oxideres NO til NO 2 ved hjælp af ozon i en NOx-analyzer, som endvidere måler koncentrationen af NO 2 ved hjælp af chemiluminescent metoden, idet elektronisk exiteret NO 2 henfalder til et lavere energiniveau under samtidig udsendelse af lysenergi, som detekteres og omsættes til en koncentration. Metoden har været benyttet i forbindelse med husdyrrelateret forskning i Holland, Belgien, USA og Danmark. Metoden er meget følsom; et fabrikat har således en detektionsgrænse på ca. 1 ppb (parts per billion) og en præcision på ca. 0,5 ppb og kan operere i to valgbare områder (0-50 ppb hhv ppb), dvs. lavere koncentrationer, end der normalt findes i lukkede stalde. Til ulemperne hører, at metoden kun kan måle én gas, ammoniak (metoden måler også NOx, men dette er uden betydning i landbrugssammenhæng). Et instrument koster ca kr. Instrumentet skal suppleres med en multiplekser for automatisk og semi-kontinuerligt at kunne måle koncentrationen i flere afkast successivt. Instrumentet er kompetencekrævende i anvendelse og vedligeholdelse og må anses for uegnet til brug for egenkontrol på et landbrug Fourier Transform Infrarød Spektroskopi (FTIR) FTIR baserer sig på såkaldt optisk adsorptions-spektroskopi, idet instrumentet udnytter molekylers evne til at absorbere lys i det infrarøde område. FTIR spektrometre kan således måle alle for landbrug relevante gasser, dvs. ammoniak, metan, lattergas og kuldioxid. Den bagvedliggende teori er kompliceret og omtales ikke yderligere i nærværende notat. Måleprincippet er forbundet med risiko for krydsfølsomhed for andre stoffer, idet absorptionen af lys ved en given bølgelængde afhænger af typerne af molekylære bindinger, hvilket ikke er specifik for det enkelte molekyle. Metoden giver dog større mulighed end FAS for korrigere herfor. Måleprincippet benyttes såvel forskningsmæssigt (bl.a. emission af gasser fra vulkaner) som til rutinemæssige industrielle måleopgaver (røggasrensning og forbrændingsmotorer). Detektionsgrænse og følsomhed af FTIR spektrometre afhænger helt af det enkelte instruments specifikation, men der findes fabrikater (modeller med multipass celle) med en følsomhed, som er relevant for stalde, mens andre 7

8 konfigurationer (open-path modeller) giver mulighed for at måle gasser i det eksterne miljø. Sidstnævnte type kan potentielt finde anvendelse i store staldrum, fx naturligt ventilerede stalde og fjerkræstalde. FTIR-instrumenter er relativt dyre i indkøb (mere end kr.). Hvis der skal måles i multiple afkast skal instrumentet suppleres med en multiplekser. Instrumentet er kompetencekrævende i anvendelse og vedligeholdelse og må anses for uegnet til brug for egenkontrol på et landbrug Elektrokemiske sensorer Gassensorer der baserer sig på et elektrokemisk (EC) måleprincip har været benyttet i en del emissionsrelaterede undersøgelser indenfor landbrugsforskningen. EC-processen er forbundet med et forbrug af kemikalie, hvorfor EC-sensorer har en begrænset levetid, der afhænger af ammoniakkoncentrationen prøveluften. Sensorprincippet benyttes derfor hyppigst som alarmsensor eller lækageovervågning. Firmaet Dräger s EC-baserede NH 3 -sensor har en forventet levetid på mindst 18 måneder. Detektionsgrænsen er angivet til 5 ppm, hvilket ikke er tilstrækkeligt følsomt ved koncentrationsmålinger i forbindelse med fx luftrensningsanlæg samt i naturligt ventilerede stalde. I mange mekanisk ventilerede stalde er ammoniakniveauet ligeledes så lavt, at ECsensoren ikke kan fastlægge ammoniakkoncentrationen med tilstrækkelig sikkerhed og præcision. Sensoren kræver hyppig kalibrering. EC-sensoren er i nogen grad krydsfølsom over for andre gasser. Prisen på EC-sensorer er relativt lav og koster typisk få tusinde kroner Vådkemiske metoder De fleste vådkemiske metoder er standardiserede metoder, hvor analyten (her ammoniak) i prøveluften opsamles i en passende syreopløsning (fx borsyre eller svovlsyre) i vaskeflasker vha. en lille luftpumpe, og efterfølgende analyseres i laboratoriet. Indholdet af ammoniak i luften findes kvantitativt ved titrering eller ved kolorimetri. Der samples typisk fra én time og op til et døgn. Metoden kan således ikke bruges til kontinuerlige målinger. Analysemetoden er meget følsom (0,01-1 mg/l), men er samtidig arbejdskrævende og der er flere mulige fejlkilder forbundet med analysemetoden, hvilket kræver fornøden kompetence ligesom anvendelsen af ætsende kemikalier kræver iagttagelse af fornødne sikkerhedsforhold. Prisen per analyse er lav, men afhænger stærkt af antallet af prøver Denudere En denuder er et glasrør indvendigt er belagt med en syre, fx oxalsyre. Når der aktivt trækkes luft gennem denuderen binder luftens indhold af ammoniak sig til syrebelægningen, som efter endt sampling skylles ud ad røret med demineraliseret vand og analyseres vha. en vådkemisk metode (se 6.6). Aktive denudere bruges fortrinsvis til korttidssampling og er angiveligt nemmere at håndtere end vaskeflasker. Denudere findes også i såkaldt passive udgaver, hvor røret kun er åbent i den ene ende. Ved eksponering for prøveluften trænger ammoniakholdig luft passivt ind i den åbne ende af denuderen ved diffusion. Metoden har været anvendt i forbindelse med bl.a. atmosfæreforskning Gasdetektionsrør Gasdetektionsrør består af glasrør indeholdende et partikulært materiale, som giver en farvereaktion ved udsættelse for en specifik gas (ammoniak, kuldioxid). Metodens fortrin er den operationelle og funktionelle enkelthed. Målingen foretages meget enkelt ved at bryde glasrøret i begge ender og stikke den ene ende ind i en håndbåret pumpe, som trækker en veldefineret luftmængde gennem glasrøret. Metoden kan kun bruges til punktmålinger og tager ca. 1 minut at udtage. Litteraturen angiver forskellige værdier for præcisionen og nøjagtigheden af forskellige fabrikater (Dräger, Kitagawa, Gastec) og typer af detektionsrør. Følsomheden er passende i forhold til ammoniakkoncentrationer der normalt optræder i stalde, men typisk ikke lav nok til måling af udendørskoncentrationer. Gasdetektorrør koster kr. pr. analyse. Gasdetektionsrør kan ikke anvendes ved udførelse af såkaldte VERA-test ( Gasdetektionsrør har været benyttet forsøgsmæssigt til løbende kontrol/kalibrering af andre målesensorer fx Dräger s ECsensor. 8

9 4.9. Gaskromatografi (GC) Gaskromatografi er en meget alsidig metode til måling af gasser herunder drivhusgasserne kuldioxid, metan og lattergas, hvorimod metoden ikke benyttes til måling af ammoniak. Ved en måling injiceres en gasprøve i en GC-kolonne, som er et langt, tyndt gasrør indeholdende et porøst medie. Sidstnævnte benyttes ved analyse af metan og lattergas. Ved en analyse separeres den injicerede prøve, således at nogle gasser passerer hurtigere gennem kolonnen end andre. Ved anvendelse af en passende detektor, kan der foretages kvantitative målinger. Metoden er meget følsom og kan detektere gasser i lave ppb-område (parts per billion). Metoden anvendes typisk forskningsmæssigt på grund af dens følsomhed og alsidighed, men instrumentet er ret kostbart og kræver stor faglig kompetence at anvende og kan således ikke benyttes rutinemæssigt til egenkontrol på et landbrug. Instrumentet er heller ikke førstevalg for testinstitutter, da disse ofte foretrækker mere mobile og robuste måleinstrumenter. 5. Måling af lugt Lugt måles ved såkaldt olfaktometri, som kan gennemføres efter en standardiseret metode (EN 13725). Ved olfaktometri udtages en luftprøve ved kilden i specielle poser, der er fremstillet af TEDLAR eller Nalophan og transporteres til et lugtlaboratorium, hvor luftprøven analyseres ved hjælp af et olfaktometer, som basalt set er et instrument, der fortynder prøveluften og leverer den til et antal trænede lugtdommere. Ved en analyse fremstiller olfaktometret en fortyndingsrække med henblik på at finde den fortyndingsgrad, hvor netop halvdelen af lugtdommerne kan lugte noget, mens den anden halvdel ikke kan, dvs. ikke kan skelne den fortyndede lugtprøve fra en lugtfri luft. Denne fortyndingsgrad angiver ligeledes antallet af lugtenheder i prøveluften, idet 1000 lugtenheder svarer til at prøveluften skal fortyndes 1000 gange for at nå lugttærskelværdien. Olfaktometri er forbundet med en ganske stor måleusikkerhed som følge af variationer i parametre såsom dommernes følsomhed, olfaktometer, prøveudtagning samt lugttab i perioden mellem prøveudtagning og analyse. Som en følge heraf skal der analyseres mange lugtprøver for at opnå et resultat med en fornuftig usikkerhed. I henhold til tidligere nævnte VERA-testprotokol for staldsystemer omfattende case-control undersøgelser på to ejendomme med husdyrproduktion skal der gennemføres minimum 6 måledage fordelt over hele året samt 6 måledage ved udetemperaturer over 16 C og udtagning af minimum 3 lugtprøver pr. stald/sektion pr. måledag. De 6 måledage fordelt over året er fastlagt under hensyntagen til Tyskland og Holland, hvis lugtregulering baserer sig på gennemsnitsbetragtninger og ikke worst-case, som den danske lugtregulering baserer sig på. Forskning ved Aarhus universitet har endvidere påvist, at der sker betydeligt tab af lugtstoffer umiddelbart efter prøveudtagning, hvilket påvirker prøvens indhold af lugtstoffer på tidspunktet for lugtanalysen. Dette betyder meget for lugtprøver fra stalde, som er relativt lugtsvage sammenlignet med andre industrier. Der er endvidere betydelig variation i resultaterne opnået på forskellige lugtlaboratorier, selvom de følger den samme analyse-norm. Dette bør give anledning til overvejelser i forhold til metodens validitet på det nugældende grundlag. På nuværende tidspunkt kan det således ikke anbefales, at lade lugtmålinger indgå rutinemæssigt til dokumentation af lugtemissioner på det enkelte landbrug. En nyere metode kaldet PTR-massespektrometri (PTR-MS) kan benyttes til at identificere lugtstofferne, som giver anledning til lugt. Det er på længere sigt forhåbningen, at PTR-MS i sammenhæng med viden om lugtpåvirkningen af de enkelte lugtstoffer kan danne grundlag for en mere robust metode til at kvantificere lugt fra bl.a. husdyrproduktion. Dette kræver yderligere forskning samt ændring af den lovgivning, der regulerer husdyrproduktionens lugtemissioner. 9

10 6. Måling af ventilationsydelse 6.1. Direkte måling af ventilationsydelse Direkte beregning emissioner kræver fastlæggelse af ventilationsydelsen sideløbende med koncentrationsbestemmelserne, idet emissionen beregnes som produktet af gaskoncentrationen og ventilationsydelsen, dvs. E = K x V, hvor E er emissionen i g/time, K er gaskoncentrationen i g/m 3, og V er ventilationsydelsen i m3/time. I mekanisk ventilerede stalde med veldefinerede luftafkast kan ventilationsydelsen fastlægges med stor præcision og nøjagtighed ved anvendelse af en såkaldt målevinge, som er et vingehjulsanemometer, som er fremstillet til in-situ måling i specifikke luftkanaler. Der eksisterer kommercielle ventilationsanlæg, som har indbygget målevinger for direkte måling af det enkelte ventilationsafkasts ydelse, fx Fancom BV og Veng System. Prisen afhænger af fabrikat og model og koster typisk få tusinde kroner pr. enhed. Dertil kommer en enhed, der kan omsætte signalerne fra målevingerne til en ventilationsydelse. Målevinger er udsatte for korrosive gasser, støv samt fugt i forbindelse med fx rengøring af stald og ventilationsanlæg og kræver jævnlig kontrol og kalibrering, hvilket som udgangspunkt skal ske i en ventilationsprøvestand på et testinstitut eller hos leverandøren af ventilationsanlægget. De må derudover forventes at have en relativt kort forventet levetid med deraf følgende behov for udskiftning. Desuden giver målevinger anledning til forøget modstand i ventilationsafkastet og dermed til lavere ventilationskapacitet. Alternativt til målevingerne kan der anvendes håndbårne anemometre såsom almindelige vingehjulsanemometre og hotwire anemometre samt pitotrør, idet der foretages traverserende målinger på tværs af luftkanalens diameter i henhold til en standardmetode. Dette giver dog målinger med en ringere præcision og nøjagtighed end tidligere nævnte målevinge og kan endvidere kun benyttes til punktmålinger. På en del klimastyringskonsoller kan en nominel ventilationsydelse aflæses som %-ventilation. Dette er dog som angivet en nominel værdi, som typisk er forbundet med en varierende præcision og nøjagtighed som følge af varierende driftsbetingelser såsom stigende undertryk i stalden ved stigende ventilationsydelse og varierende tryktab over ventilationsafkastene som funktion af spjældindstilling og vindpåvirkning. Senest har SKOV ventilation A/S dog taget patent på en ny metode til fastlæggelse af ventilationsydelsen fra SKOV ventilationsafkast. Systemet hedder Dynamic Air og er en trykmåler, som måler trykforskellen mellem stald og skorsten. Klimacomputeren beregner ventilationsydelsen i afkastet baseret på denne information i kombination med oplysninger om afkastets spjældindstilling. Klimastyringen i mange stalde med multiple ventilationsafkast er indrettet således, at et ventilationsafkast kører trinløst i området 0 til 100 %, mens de øvrige er on-off regulerede, dvs. enten er de slukkede eller også kører de ved fuld kapacitet. I disse tilfælde vil det formodentlig være muligt at opnå en acceptabel måleusikkerhed, ved kun at indsætte en in-situ målevinge i det trinløse ventilationsafkast for kontinuerlig overvågning af ventilationsydelsen, mens ydelsen af de on-off regulerede ventilationsafkast fastsættes nominelt i forhold til deres on-tid Indirekte måling af ventilationsydelse I naturligt ventilerede stalde findes der ikke nogen veldefinerede luftindtag og luftafgange, hvorfor direkte måling af ventilationsydelsen ikke kan finde sted. Som alternativ kan der benyttes en indirekte målemetode ved anvendelse af en sporgas. Til dette formål kan anvendes kuldioxid (CO 2 ) der produceres af dyrene i stalden som følge af dyrenes metaboliske omsætning. Da dyrene er fordelt i hele staldarealet, kan der sikres en rimelig fordeling af sporgassen i staldrummet. Metoden regnes for at give acceptable resultater under forudsætning af, at der foretages målinger over tilstrækkelig lang tid, typisk et døgn for at udligne variationer i dyrenes udledning af kuldioxid som følge af variationer i dyrenes aktivitetsniveau og klimaforhold samt arbejde i stalden. Metoden kræver viden om dyrs udskillelse af kuldioxid og involverer korrektion for forskellige parametre såsom staldtemperatur og produktion (mælkeydelse, dage i drægtighed samt evt. 10

11 aktivitetsniveau). I stalde med dybstrøelse bidrager denne med en betydelig mængde kuldioxid, hvorfor kuldioxid ikke er velegnet i sådanne stalde. Ved indirekte måling af luftskiftet i kvægstalde ved hjælp af kuldioxid kan ikke benyttes i perioder, hvor køerne er på græs og således ikke befinder sig i stalden. Anvendelse af maskiner med forbrændingsmotor i staldrummet og deraf følgende udledning af kuldioxid-holdig udstødningsgas i staldrummet kan ligeledes give anledning til fejlmålinger. Andre sporgasser end CO 2 kan benyttes. Tidligere anvendtes svovlhexaflurid (SF 6 ) som sporgas, men det er nu forbudt i Danmark, da det er en meget kraftig drivhusgas. Ved anvendelse af sporgasser skal det sikres, at de fordeles effektivt i staldrummet, hvilket kan være en stor udfordring grundet staldes størrelse. Litteraturen beskriver eksempelvis, at sporgas kan fordeles i kvægstalde vha. siveslanger monteret i staldens længderetning ved overgangen mellem spaltegulv og sengebåse. Det har den fordel, at sporgassen frigives tæt ved kilden til ammoniak. Indirekte målinger baseret på sporgas kan også benyttes i mekanisk ventilerede staldrum og er således godkendt i forhold til VERA-testprotokollen. Direkte målinger er dog forbundet med mindre måleusikkerhed og må derfor foretrækkes, hvor det er muligt Samlet oversigt over teknologier til måling af emissioner i stalde Teknologi/meto de Hvad måles? Fordele Ulemper Usikkerhed/ stabilitet Anslået omkostningsniveau Fotoakustisk spektroskopi Koncentrationen af ammoniak kuldioxid metan lattergas. Har fornøden følsomhed til at måle de nævnte gasser. Relativt robust instrument. Dyrt instrument. Anvendelse kræver højt kompetenceniveau. Måleprincippet forbundet med krydsfølsomhed overfor andre gasser. Innova gas-monitor tager delvis højde for dette i forbindelse med kalibreringen af instrumentet. Kræver årlig service/kalibrering hos leverandør. Højt. Instrument + multipunkt sampler: ca kr. PC for logning af data: kr. Boosterpumper: 1 stk. pr. målekanal. NDIR sensorer Koncentrationen af ammoniak kuldioxid metan lattergas. Har fornøden følsomhed til at måle kuldioxid, men ikke de øvrige. Relativt billige sensortype. Måler kun én gas pr. sensor. Manglende følsomhed overfor ammoniak, metan og lattergas. Relativt robust sensortype. Måleprincippet forbundet med krydsfølsomhed overfor andre gasser. Lavt. Kuldioxid-sensor fundet til ca kr. NOx-analyzer Koncentrationen af ammoniak Meget lav detektionsgrænse. Relativt lille dynamisk område. Dyrt instrument. Måler kun én gas. Anvendelse kræver højt kompetenceniveau. Kræver hyppig kalibrering. Højt. Ca kr. pr. instrument ekskl. multiplekser mv. FTIR Koncentrationen af ammoniak kuldioxid metan lattergas. Detektionsgrænse i det lave ppmområde Dyrt instrument Anvendelse kræver højt kompetenceniveau. Kræver ikke hyppig kalibrering. > kr. pr. instrument. Ekskl. multiplekser mv. 11

12 Teknologi/meto de Hvad måles? Fordele Ulemper Usikkerhed/ stabilitet Anslået omkostningsniveau EC målecelle Koncentrationen af ammoniak Billig sensor Måler kun ammoniak. Høj detektionsgrænse. Alarmseensor : mættes ved konstant eksponering for ammoniak Kræver hyppig kalibrering som følge af drift. Billig sensor til få tusinde kr. Vådkemiske metoder Koncentrationen af ammoniak og kuldioxid Meget følsom metode. Billig. Måler kun én gas pr. vaskeflaske. Mange fejlkilder. Mange fejlkilder. Test-kit: kr. pr. analyse ekskl. arbejdsløn. Arbejdskrævende. Arbejdskrævende analyse. Arbejde med ætsende kemikalier. Denudere Koncentrationen af ammoniak Lav detektionsgrænse. Billig. Nemmere håndtering end vaskeflasker. Måler kun én gas. Kræver efterfølgende bearbejdning i form af vådkemisk analyse. Mange fejlkilder. Billig Gasdetektionsrør Koncentrationen af ammoniak og kuldioxid. Billig. Nem analyse. Ikke egnet til faslæggelse af emissioner. Robust metode kr. pr. analyse Kun til punktmålinger over kort tid. Gaskromatografi Koncentrationen af kuldioxid, metan og lattergas Lav detektionsgrænse. Dyrt instrument Anvendelse kræver højt kompetenceniveau. Kræver hyppig kalibrering. Olfaktometri Lugtkoncentration Olfaktometri kvantificerer lugt på en objektiv måde. Stor måleusikkerhed. Dyre målinger. Ikke egnet til rutinemæssig overvågning. Ringe reproducerbarhed. Ca kr. pr. lugtprøve. Der skal tages mange prøver for at få rimelig sikre resultater. 7. Strategier for fastlæggelse af emissioner fra stalde Data vedrørende emissioner fra husdyrbrug kan basalt tilvejebringes på to måder: ved direkte målinger på det enkelte landbrug, som er genstand for en miljøgodkendelse eller ved anvendelse af emissionsfaktorer. Emissionsfaktorer kan være uspecifikke og fx omfatte en dyreart (fx svin), specifikke i forhold til en dyrekategori (slagtesvin), eller specifikke i forhold til staldsystemet (fx slagtesvinstier med 2/3 spaltegulv og 1/3 fast betongulv). Valget af niveau for specificitet afhænger af formålet. 12

13 7.1. Det gældende normtalssystem Det nationale center for Fødevarer og Jordbrug under Aarhus Universitet udarbejder årligt normtal for husdyrgødning for de fleste typer af husdyr (art, kategori, opstaldningsform) til NaturErhverv/Fødevareministeriet til brug for landbrugets gødningsplanlægning. Ved udarbejdelsen af normtal indgår der en estimering af tab af kvælstof (ammoniak-n og denitrificering) i stalden og under lagring af husdyrgødningen baseret på fastsatte stald- og lagerspecifikke emissionsfaktorer, som angiver hvor stor en andel af den tilførte mængde kvælstof (total-n) eller ammoniakalsk kvælstof (TAN), som fordamper og derved tabes i hhv. stald og lager. Emissionsfaktorer for stalde er fastlagt med det formål at beregne normtal for næringsstofindholdet i husdyrgødning afhængig af dyreart, opstaldningsform og gødningshåndtering, hvilket set i forhold til en alternativ anvendelse kan være en udfordring. Emissionsfaktorerne er således ikke tilvejebragt via systematiske måleprogrammer eller ved anvendelse af standardiserede testprotokoller, men indhentet fra forskningslitteraturen i form af forsøgsresultater fra ind- og udland samt baseret på de involverede faglige personers faglige vurdering. Den enkelte emissionsfaktor må derfor forventes at være forbundet med en vis usikkerhed, hvilket er fuldt acceptabelt i forhold til det oprindelige formål. Normtal herunder emissionsfaktorer vil altid være forbundet med en vis variationsbredde forårsaget af variation i produktionen indenfor det samme produktionssystem, fx variationer i management, klimastyring og genetik mv. Et stort anlagt måleprogram vil kunne dokumentere dette, uden at variationsbredden for en emissionsfaktor nødvendigvis reduceres derved. Dette afhænger af, i hvilket omfang variationen for et givent staldsystem kan forklares ved systematiske, kvantificerbare parametre. Ved godkendelse af en given husdyrproduktion baseret på anvendelse af emissionsfaktorer ligger det derfor i sagens natur at efterfølgende kontrolmålinger af emissioner på det enkelte landbrug vil afsløre, at nogle stalde vil være forbundet med en højere emission end forventet/beregnet, mens andre stalde har en lavere emission end forventet. Overordnet set er dette ikke problematisk set i forhold til det generelle ammoniakniveau. Husdyrbrug, som systematisk udleder mere ammoniak end antaget i forhold til emissionsfaktoren, kan dog være problematisk ved lokalisering tæt ved kvælstoffølsomme naturtyper, idet kriterierne for fastlæggelsen af den ammoniakemission, som er knyttet til godkendelsen, må antages at være baseret på følsomhedsbetragtninger i forhold til den nærliggende naturtypes tålegrænse. Det eksisterende normtalssystem har været i funktion i omkring to årtier og må betegnes som et robust system, hvilket kan være en fordel, idet udvikling og implementering af nye systemer altid vil være forbundet med børnesygdomme, som kan være både omkostningstunge samt udfordre samarbejdet mellem de involverede parter. I forhold til alternativerne er det eksisterende normtalssystem uden tvivl langt det billigste, idet der ikke indgår omkostninger til systematisk fremskaffelse af empiriske data ved fx måleprogrammer. For landbruget er denne løsning ligeledes langt den billigste, idet Fødevareministeriet finansierer aktiviteterne, mens landbrugets organisationer bidrager med videnspersoner og selv finansierer disse Standardiserede emissionsfaktorer Fastlæggelse af emissionsfaktorer for staldsystemer kan finde sted på et mere systematisk grundlag end førnævnte normtalssystem ved fx at følge en veldefineret måleprotokol, som detaljeret beskriver, hvordan og i hvilket omfang der skal måles. VERA-organisationen (Verification of Environmental technologies for Agricultural Production) har således udarbejdet standardiserede testprotokoller med henblik på fastlæggelse af effekten af luftrensere, samt relative effekter af miljøteknologi i stalde, gødningslagre og fra udbringning af husdyrgødning. VERA-testprotokollerne er eksempler på testprotokoller, der er udviklet med henblik på at sammenligne (verificere) miljøteknologier med en reference og er udviklet i et samarbejde mellem Danmark, Holland og Tyskland, som gensidigt anerkender testresultater tilvejebragt i de forskellige lande. 13

14 Standardiserede test foretages af certificerede testinstitutter, og omkostningerne herfor er relativt høje grundet testomfang og høje analyseomkostninger til især lugtmålinger. En VERA-test af et staldsystem koster 1-2 mio. kr. pr. staldtype (NH 3, lugt og støv, men ikke drivhusgasser). Det er imidlertid ikke på forhånd givet, at en testprotokol med henblik på fastlæggelse af emissionsfaktorer, nødvendigvis skal have samme omfang som en VERA-protokol. Omkostningerne vil være markant højere sammenlignet med det eksisterende normtalssystem men vil alt andet lige være forbundet med en større nøjagtighed. Som nævnt ovenfor vil fastlæggelsen af normtal altid være forbundet med en vis variationsbredde som følge af naturlig variation indenfor det enkelte staldsystem. Systemverifikationen vil ikke ændre på dette forhold, men en systematisk dataindsamling vil bidrage til at der kan sættes tal på denne variation. De ensrettede måleprocedurer giver endvidere et bedre grundlag for at sammenligne måleresultater over tid og mellem staldsystemer. Som nævnt for normtalssystemet vil et mere omfattende måleprogram ikke nødvendigvis føre til bedre præcision (mindre variationsbredde). Hvem der skal finansiere udførelsen af verifikation af staldsystemer er i den sidste ende en politisk beslutning. Finansieringen kan næppe pålægges den enkelte landmand, men kan være baseret på offentlige midler, branchemidler (produktionsafgift). Verifikation af nye staldsystemer kan tillige helt eller delvis være finansieret af producenten/leverandøren af staldsystemet Standardiserede emissionsfaktorer med løbende overvågning Emissioner fra et givet staldsystem udvikler sig typisk over tid som følge af ændringer i fx dyrenes genetik, ændret fodringspraksis, management osv. Certificering af et staldsystem er som udgangspunkt statisk, med mindre der er angivet en udløbsdato, og der gennemføres en fornyet dokumentation. Der er således risiko for at fastlagte emissionsfaktorer for staldsystemer med tiden skrider i forhold til den faktiske emission. Systemcertificering kan derfor med fordel udvides med et løbende overvågningsprogram, som kan gennemføres på et mindre omfangsrigt grundlag og vil typisk gennemføres af certificerede testinstitutter, men kan formodentlig også tilrettelægges, så der i et vist omfang indgår egenkontrol-målinger på de enkelte landbrug. En dokumentationsmodel som beskrevet med løbende overvågning vil i sagens natur være dyrere end en basis systemcertificering som følge af et større løbende måleprogram. Ordningen kan finansieres som beskrevet for systemcertificering, idet producenten/leverandøren af et staldanlæg dog næppe kan belastes af omkostninger til et efterfølgende overvågningsprogram Dokumentation ved måling af emissioner på ejendomsniveau Ved individuel dokumentation af emissioner på et husdyrbrug er det den enkelte landmand, som via et veltilrettelagt egenkontrolprogram dokumenterer emissionerne fra de driftsbygninger, som er omfattet af miljøgodkendelsen. Egenkontrollen vil typisk skulle suppleres med målinger foretaget af en uafhængig instans, fx et certificeret testinstitut. Hvis man forestiller sig, at hver stald udstyres med målevinger i ventilationsafkastene, og der løbende udtages luftprøver til analyse for ammoniak, kuldioxid, metan og lattergas, vil emissionen fra staldene kunne fastlægges med meget stor nøjagtighed og præcision, idet usikkerheden ved fastlæggelsen stort set vil være begrænset til den usikkerhed, som knytter sig til målesystemet. Da emission af ammoniak typisk opgøres på årsbasis pr. stiplads jf. EU-rettens pladsbegreb (Anbefalinger fra Husdyrreguleringsudvalget, juni 2011), vil variationer i emissionen indenfor et år ikke være interessante. Der vil dog forekomme udsving i emissionen fra år til år, fx som følge af forskelle i vejrliget, fx hedebølger som erfaringsmæssigt kan give voldsomme hygiejne-problemer i visse staldtyper med fast gulv og deraf følgende forøgede emissioner. Det vil da være landmandens ansvar at foretage korrigerende handlinger herfor ved planlægning og gennemførelse af driften, fx via reduceret produktion eller via øget brug af luftrensning. Alternativt kunne man forestille sig en reguleringsmodel med løbende årlig opgørelse af ammoniakemissionen og deraf følgende justering af udledningstilladelsen for ammoniakemission det følgende produktionsår, og sådan at den kumulative målte ammoniakemission for hele godkendelsesperioden ikke overstiger 14

15 godkendelsens udledningstilladelse. Dette ville give landmanden længere frist til at foretage korrigerende handlinger uden, at det eksterne miljø derved lider skade, idet år med højere emission af ammoniak efterfølges af år med lavere emission. På nuværende tidspunkt forekommer implementering af fuldstændig dokumentation af emissionerne på et husdyrbrug ikke realistisk. Dette vil være særdeles kostbart, hvilket ikke vil stå i forhold til værdien af de mange målinger (øget nøjagtighed), som er forbundet med fremgangsmåde. Et mere realistisk måleprogram for dokumentation af emissionerne på hvert enkelt husdyrbrug kan baseres på et passende antal stikprøver af emissionen, hver typisk af en varighed på et døgn for at eliminere effekten af døgnvariationer. I VERA-protokollen for verifikation af miljøteknologier i stalde er der krav om minimum 6 døgnmålinger (stikprøver) af ammoniakemissionen fordelt over et år på hver af to besætninger i hhv. en forsøgsstald og en kontrolstald. Omfanget af stikprøver bør fagligt set fastlægges i forhold til variationerne i emissionerne i den enkelte stald. Sostalde og stalde til æglæggende høns er således typisk forbundet med relativt konstante emissioner og kræver færre stikprøver sammenlignet med stalde til fx smågrise og slagtesvin, som er forbundet med større variation, fordi emissionerne af fx ammoniak og lugt varierer som funktion af dyrenes vækst. Størst variation ses i slagtekyllingestalde, hvor der kan iagttages en eksponentiel stigning i emissionerne af ammoniak og lugt som funktion af kyllingernes vækst. Fælles for begge metoder er, at et permanent installeret in-line målesystem til dokumentation af emissioner vil være omkostningstungt og vil kræve betydelig vedligeholdelse. Staldluft er stærkt korrosiv, og pumper og lignende har erfaringsmæssig begrænset levetid ved konstant eksponering for staldluft. Filtre, som skal forhindre støv i at trænge ind i og kontaminere følsomt apparatur, kræver hyppig udskiftning, og slangeføringer for transport af prøveluft til et målecenter bliver utætte som følge af gnaverangreb eller mekaniske påvirkninger. Målevinger for fastlæggelse af ventilationsydelse er ligeledes udsatte for korrosive gasser, støv samt fugt i forbindelse med fx rengøring af stald og ventilationsanlæg og kræver jævnlig kontrol og kalibrering, hvilket som udgangspunkt skal ske i en ventilationsprøvestand på et testinstitut eller hos leverandøren af ventilationsanlægget. De må derudover forventes at have en relativt kort forventet levetid og således kræve udskiftning. Hovedparten af de eksisterende ventilationssystemer er ikke opbygget med henblik på implementering af målevinger for konstant overvågning af ventilationsydelsen. Dette betyder, at eftermontage af målevinger kan være vanskelig, hvis fx ventilationsafkastet sidder i loftet over gangarealer, idet der så ikke er tilstrækkelig frihøjde. Gennemførelse af måleprogrammer som beskrevet kræver endvidere betydelig faglig kompetence, som ikke kan forventes besiddet af en landmand. Alternativet er at målingerne foretages af testinstitutter, som besidder såvel kompetencerne og det nødvendige måleudstyr. Dette vil dog for den enkelte landmand være forbundet med store årlige omkostninger Oversigt over strategier for fastlæggelse af emissioner fra stalde Teknologi/ metode Hvad måles? Fordele Ulemper Usikkerhed/ stabilitet Anslået omkostningsniveau Emissionsfaktorer i eksisterende normtalssystem Fordampningen af ammoniak som funktion af beregnet mængde udskilt TAN ab dyr samt som funktion af beregnet mængde TAN ab stald Billigt, kendt system Fastlæggelsen af emissionsfaktorer forbundet med en vis usikkerhed især for naturligt ventilerede stalde, og stalde som ikke indgår i forskningsprojekte r mv. Emissionsfaktorer skal opdateres med års mellemrum, da grundlaget for emissionerne ændrer sig over tid. Ingen ekstra omkostninger. 15

16 Teknologi/ metode Hvad måles? Fordele Ulemper Usikkerhed/ stabilitet Anslået omkostningsniveau Emissionsfaktorer er altid forbundet med en vis variationsbredde. Emissionsfaktorer bør opdateres jævnligt da emissionerne ændrer sig over tid. Standardiserede emissionsfaktorer Emissioner af ammoniak kuldioxid metan lattergas som funktion af fx TAN ab dyr eller pr. stiplads. Giver større sikkerhed end de eksisterende emissionsfaktorer, da de er fremkommet under iagttagelse af standardiserede måleprocedurer. Standardiserede måleprocedurer giver større mulighed for at sammenligne over tid og sted. Emissionsfaktorer vil altid være forbundet med en vis variationsbredde. Relativt dyrt. Hvem skal betale, når målingerne ikke pålægges den enkelte landmand? Emissionsfaktorer skal opdateres med års mellemrum, da grundlaget for emissionerne ændrer sig over tid. Engangsbeløb på 1-2 mio. kr. pr. staldsystem. Standardiserede emissionsfaktorer med løbende overvågning. Som ovenfor Som ovenfor, idet den løbende overvågning sikrer emissionsfaktorern es validitet. Emissionsfaktorer vil altid være forbundet med en vis variationsbredde. Dyrt. Hvem skal betale? Løbende overvågning sikrer emissionsfaktorern es validitet. Engangsbeløb på 1-2 mio. kr. pr. staldsystem plus årlig omkostning til overvågning anslået 0,5 mio. kr. Dokumentation ved måling af emissioner på ejendomsniveau Den samlede emission af hhv. ammoniak, kuldioxid, metan, lattergas i kg pr. år dokumenteres på ejendomsniveau. Den målte emission kan direkte sammenlignes med udledningstilladels en. Ekstremt dyrt for landbruget som helhed. Landmanden er ikke faglig klædt på til at fungere som miljøtekniker / måletekniker. Ikke muligt at konkretisere, da prisen afhænger af bl.a. staldtypen (dyreart, antal afkast) samt typen af miljøteknologi (fx luftrensning). Flere hundrede tusinde kr. pr. bedrift pr. år. 8. Teknologier til måling af næringsstoftab fra dyrkningsarealer Kvælstof og fosfor kan tabes fra dyrkningsarealer på flere forskellige måder. Tabet er i de fleste tilfælde diffus, hvilket i denne forbindelse betyder, at kilden til tabet ikke er bestemt til et præcist sted, men sker over hele arealet. Tabet vil normalt ikke være jævnt fordelt på arealet, men variere afhængig af jordtype, topografi, afgrødedække og en række andre forhold på arealet. Det samlede tab kan således ikke måles, men det vil være muligt at udtage prøver fra repræsentative steder på arealet og ud fra resultaterne beregne et estimat for det samlede tab fra arealet. 16

17 Der findes i dag ikke kommercielt tilgængelige metoder, som kan estimere næringsstoftabet fra et givet dyrkningsareal (en given mark). De beskrevne metoder er derfor enten indirekte metoder eller metoder, som anvendes til forskningsformål. I dette afsnit er følgende metoder beskrevet: N-min-målinger foretaget efter høst Måling af nitratkoncentration i jordvæske Måling af nitratkoncentrationen i drænvand Måling af fosforkoncentrationen i drænvand Måling af fosfortal i jorden Måling af ammoniakfordampning Måling af drivhusgasser (lattergas) 8.1. Måling af nitrat Nitrat kan opløses i regnvand og siver med overskudsnedbøren gennem jorden til dræn eller mod grundvandet i perioder med overskudsnedbør (typisk kun om vinteren). Koncentrationen af nitrat kan måles i rodzonen (typisk cm dybde) eller i den jordvæske, som siver ud af rodzonen N-min-målinger N-min er en betegnelse for summen af ammonium og nitrat i jorden. Målingen foretages ved at udtage en jordprøve i cm dybde på det tidspunkt, hvor man ønsker at kende indholdet. Normalt udtages prøver på forskellige steder i marken, og disse delprøver blandes til én samlet prøve. Jordprøven sendes i nedkølet eller frossen tilstand til et laboratorium, som måler koncentrationen og kan omregne koncentrationen til et antal kg kvælstof pr. ha. Prøven skal være nedkølet eller frossen for at undgå, at prøvens kemiske sammensætning ændrer sig under forsendelsen. N-min-målingen er et øjebliksbillede af ammonium- og nitratkoncentrationen på netop det tidspunkt, hvor prøven er taget. Resultatet vil derfor ændre sig over tid og vil være påvirket af forholdene inden prøvetagningen (planteoptag, udvaskning, mineralisering af jordens organiske kvælstof, gødskning mv.). Prøven skal udtages om efteråret på det tidspunkt, hvor der ikke længere sker et væsentligt planteoptag, mineralisering af organisk kvælstof til ammoniumkvælstof er aftaget og inden, at overskudsnedbør resulterer i en afstrømning fra rodzonen. Det vil typisk i slutningen af november under danske forhold. Er dette tilfældet vil prøveresultatet være et udtryk for potentialet for kvælstofudvaskning i den kommende vinter. Resultatet er derimod ikke et udtryk for den faktiske udvaskning, idet udvaskningen gennem den kommende vinter er også afhængig af bl.a. jordtype, temperatur og nedbørsforhold. Målesikkerheden for N-min er forholdsvis høj, og det vurderes, at den største usikkerhed ligger i prøveudtagningen. Der skal udtages mindst delprøver for at sikre repræsentativitet jo flere delprøver jo præcisere bliver estimatet for marken eller delmarken. Hver prøve kan repræsentere op til ca. 5 hektar, men det maksimale areal afhænger af markens ensartethed. Selve laboratoriebestemmelsen er forholdsvis sikker. I dag kan N-min målinger anvendes i praksis i forbindelse med gødskning om foråret, idet gødskningen af et areal kan justeres i forhold til N-min indholdet. Anvendelsen til dette formål er dog ikke særlig udbredt, og N-min-målinger kan ikke bruges til at korrigere den lovbestemte kvælstofkvote på arealerne. Kvælstofprognosen, som udsendes hvert forår af NaturErhvervstyrelsen, er bl.a. udarbejdet på baggrund af ca. 150 N-min-målinger i det tidlige forår. Endelig anvendes N-min-målinger ofte i forskningsprojekter og i forbindelse med 17

18 Landsforsøgene. Videncentret for Landbrug har stor erfaring med udtagning af N-min-analyser også om efteråret. I perioden er der udtaget prøver på en række lokaliteter. På grund af de mange delprøver og den forholdsvis store prøvetagningsdybde er prøvetagningen tidskrævende og forholdsvis omkostningstung (minimum kr. pr. prøve). Prisen for en kommerciel N-min-analyse er ca. 150 kr. pr. prøve. Dertil kommer omkostninger til håndtering, pakning og forsendelse af prøven. Nitratindholdet i jorden om efteråret afhænger af en lang række faktorer, og landmanden har på kort sigt ikke indflydelse på dem alle. Udover gødsknings- og dyrkningsforhold i den forgangne vækstsæson, vil indholdet f.eks. være bestemt af jordbundsforholdene, arealets forhistorie og vejrforholdene i efteråret N-min-målinger i udlandet I visse regioner i Belgien og Tyskland er N-min-målinger i efteråret en del af miljøreguleringen i landbruget. Systemet til regulering og kontrol af gødningsanvendelsen i Flandern minder grundlæggende om det danske system, idet systemet er bygget op om kvælstofnormer, husdyrgødningsnormer, harmoniregler mv. Systemet suppleres imidlertid af et krav om, at der skal udtages jordprøver til N-min-analyse i efteråret. Hvis N-min-indholdet overstiger visse grænser, vil de miljømæssige krav øges for det pågældende areal det kommende år. Systemet, som har eksisteret siden 2000, bygger på, at 5 pct. af landbrugsarealet udvælges til kontrol hvert år. På disse arealer udtages der N-min-prøver (0-90 cm dybde), og hver prøve må maksimalt dække 2 hektar. Prøverne udtages i perioden 1. oktober til 15. november. Prøven analyseres for nitrat-n. Hvis en mark overstiger grænseværdien på kg nitrat-n pr. ha (afhængig af område og foregående afgrøde) placeres marken i én af fire grupper afhængig af overskridelsen størrelse. Landmanden straffes ikke økonomisk (med bøde), men pålægges i stedet skærpede restriktioner. Ved en lille overskridelse (overskridelse på mindre end 25 kg nitrat-n pr. ha) skal landmanden udtage nye jordprøver det følgende forår og efterår, og undtagelsesbestemmelsen om at kunne anvende mere end 170 kg N i husdyrgødning pr. ha kan ikke anvendes for arealet det følgende år. Ved en meget stor overskridelse (overskridelse på mere end 130 kg nitrat-n pr. ha) pålægges man en række restriktioner, herunder udelukkelse fra at anvende undtagelsesbestemmelsen, obligatoriske jordprøver, skærpede krav til gødningsplanlægning og 60 pct. reduktion i den tilladte mængde husdyrgødning og handelsgødning, som udbringes. Systemet er under evaluering, og én af problemstillingerne er, at de er klimabestemte årsvariationer mellem normale nitratindhold i jorden. Således var det gennemsnitlige nitratindhold i alle udtagne prøver ca. 20 kg N højere i 2011 end i For at kompensere for dette bliver der nu anlagt referenceparceller af de mest udbredte afgrøder, så de udtagne prøver kan korrigeres for årsvariationen. Den tyske delstat Baden-Württemberg har indført et lignende system. Her udtages jordprøver i 90 cm dybde i perioden 15. oktober til 15. november, og indholdet af nitrat-n skal være under 45 kg N pr. ha (dog 90 kg N pr. ha på organiske jorde). Overholdes grænseværdien ikke, kan landmanden pålægges en straf Sugeceller Sugeceller er keramiske celler, som nedgraves under rodzonen på det areal, som man vil undersøge. Sugecellerne opsamler jordvæske, og væsken suges op til jordoverfladen, hvor den opsamles i flasker. Sugecellerne opsamler kontinuerligt udsivende jordvæske i den periode, hvor 18

19 de er installeret. Typisk vil der kun opsamles jordvæske i vinterhalvåret. For at sikre en repræsentativ opsamling af jordvæske er det nødvendigt at installere flere sugeceller under det areal, hvor man vil måle. Væsken sendes til analyse for nitrat på et laboratorium. En analyse af jordvæsken vil være et udtryk for den gennemsnitlige nitratkoncentration gennem den periode, hvor væsken er opsamlet. Analysen er derimod ikke et direkte udtryk for nitratudvaskningen, fordi metoden ikke kvantificerer mængden af jordvæske, som er udsivet. Derfor er man nødt til at supplere den målte koncentration med en modelberegning af overskudsnedbøren for at få et udtryk for den reelle nitratudvaskning. Installation og drift af sugeceller er meget tidskrævende og dyrt. Dertil kommer, at cellerne i praksis kun kan monteres i kanten af marken for ikke lide overlast i forbindelse med landmandens markarbejde. I dag anvendes sugeceller derfor i praksis kun i forskningsprojekter, hvor de kan installeres under kontrollerede forsøgsparceller med flerårige dyrkningsforsøg Udtagning af prøver af drænvand En del af nitratudvaskningen sker gennem dræn, og hvor udløbet af drænet er synligt (i samlebrønde eller ved vandløb), kan man udtage prøver af drænvandet og sende dem til analyse for indholdet af nitrat eller totalkvælstof på et laboratorium. En række forhold gør, at metoden ikke er udtryk for den faktiske nitratudvaskning på et konkret dyrkningsareal: Prøven og analysen er kun et øjebliksbillede af nitratkoncentrationen i drænvandet på det tidspunkt, hvor prøven er taget. Nitratkoncentrationen ændrer sig over tid. Metoden kvantificerer ikke afstrømningen, men kun koncentrationen. Afstrømningen skal derfor modelberegnes. Ikke al vand opsamles i drænet. En betydelig (og varierende andel) løber mellem drænene mod grundvandet. Ikke al vand i drænet stammer nødvendigvis fra rodzonen. I visse tilfælde, hvor grundvandet står højt, kan drænet være grundvandsfødt. Det gælder især på lavbundsjorde. Det kan være uklart, fra hvilke arealer drænvandet stammer. Det kan skyldes, at drænvandet er samlet fra et større opland og/eller at eventuelle drænkort ikke længere er retvisende. Måling af nitrat i drænvand anvendes primært i forbindelse med monitorering i forbindelse med overvågning af effekten af indsatsen mod nitratudvaskning. Aarhus Universitet (tidligere DMU) har siden 1989 udført systematiske drænvandsmålinger i de såkaldte Landovervågningsoplande. Længere tidsserier af målinger kan anvendes til at vurdere udviklingen i nitratudvaskning. Videncentret for Landbrug har desuden gennemført en landsdækkende drænvandsmåling i vinteren 2011/12. Omkostningen til en laboratorieanalyse for nitrat i drænvand er ca kr. pr. prøve. Hertil kommer omkostninger til udtagning, håndtering og forsendelse. Prøveudtagningen er forholdsvis simpel, og der vurderes, at omkostningen dertil er beskeden. Virksomheden Sorbisense ved Viborg har udviklet en metode, hvor koncentrationen af f.eks. nitrat kan måles i f.eks. et dræn over en længere periode. Metoden er relativ simpel, idet et kort plastikrør fyldes med et materiale, som opsamler nitrat. Materialet indeholder også et sporstof, som opløses proportionalt med den mængde vand, som er strømmet igennem. Metoden kan dermed estimere vandgennemstrømningen i drænet, og dermed et mål for den samlede afstrømning af nitrat fra det pågældende dræn i den periode, hvor røret har været monteret. Efter afmontering sendes røret til analyse på et laboratorium, som analyserer for mængden af opsamlet nitrat og for restmængde af sporstof. Metoden er ikke valideret under danske forhold. 19

20 8.2. Måling af fosfor I modsætning til nitrat, så udvaskes fosfor kun i meget begrænset omfang fra landbrugsjorden. Størstedelen af jordens indhold af fosfor bindes kraftigt til bl.a. jordkolloiderne, og kun en meget begrænset andel er opløst i jordvæsken. Derfor vil fosforkoncentrationen i den jordvæske, som forlader rodzonen, være meget lav. Hovedparten af fosfor, som tabes fra dyrkningsarealet, tabes derfor ved overfladeafstrømning til vandløb, søer og lignende. I praksis er det ikke muligt at måle denne afstrømning, om end det kan gøres over korte strækninger i forskningsprojekter. Den miljømæssige betydning af overfladeafstrømning reduceres af bevoksede randzoner omkring vandløb. I disse randzoner nedbremses vandstrømningens hastighed, og hovedparten af fosfor vil sedimentere, inden vandet løber i vandløbet. I 2012 skal alle naturlige vandløb forsynes med 10 meter udyrkede bræmmer Måling af fosforindholdet i jorden En måling af jordens indhold af fosfor kan give en indikation for risikoen for fosforudvaskning. Til agronomiske formål måles jordens fosfortal, som er et udtryk for den andel af jordens fosforpulje, som er plantetilgængelig. Normalt er denne andel meget lille i forhold til det totale indhold af fosfor. Ved et lavt fosfortal (under ca. 6) antages det, at risikoen for fosforudvaskning er lav. Ved fosfortal over ca. 6 er der en stigende risiko, og jo højere fosfortal, jo større risiko. Årsagen til den stigende risiko er, at jordens bindingskapacitet gradvist mættes, og fosfor vil i sigende grad opløses i jordvæsken. Sammenhængen mellem jordens fosfortal og risikoen for udvaskning er dog meget dårligt belyst under danske klima- og jordbundsforhold. DGT (Diffusive Gradient in Thin-films) er en analyseteknik, der oprindeligt er udviklet til anvendelse i vandmiljøer og sedimenter, men metoden kan potentielt også anvendes til at forudsige tilgængeligheden af essentielle plantenæringsstoffer i landbrugsjord. Selve DGT-enheden består af to geler og et filter, som er sammensat på en måde, så den efterligner de diffusionsprocesser, der sker omkring roden. Forskningsforsøg vist sig, at metoden giver en langt bedre korrelation mellem vurderingen af jordens indhold af plantetilgængeligt fosfor og planternes optagelse af fosfor, end det er tilfældet med en traditionel måling af fosfortallet. Metoden er endnu ikke kommerciel tilgængelig Måling af fosfor i drænvand På samme måde, som man kan analysere drænvand for nitrat, kan man også analysere for fosfor. Hovedparten af fosforudvaskningen sker imidlertid i forbindelse med kraftige regnskyl, hvor partikler med bundet fosfor kan strømme med regnvandet via lodrette regnormegange eller gamle rodkanaler direkte ned til drænet. Det er derfor kendetegnende, at fosforkoncentrationen kan stige kraftigt i timerne lige efter regnskyl (peaks), hvorefter koncentrationen hurtigt falder til et lavt niveau igen. Den målte fosforkoncentration vil derfor være meget afhængig af, hvornår prøven er udtaget. Da peaks er relativt sjældne, vil man normalt ikke få sådanne peaks repræsenteret i sin prøvetagning. Sorbisense metoden kan også opsamle fosfor, hvis fyldningsmaterialet er fosforspecifikt. Denne metode kan være velegnet, idet røret opsamler al fosfor i opsætningsperioden uanset koncentration. Metoden vil derfor også opsamle fosfor i peaksene. Målingen af fosfor i drænvand har desuden de samme usikkerheder, som er nævnt under prøvetagning af nitrat i drænvand Måling af ammoniakfordampning Ammoniakfordampning fra dyrkningsarealerne skal hovedsagligt umiddelbart efter udbringning af husdyrgødning. Fordampningen er kraftigst i timerne umiddelbart efter udbringning, hvorefter fordampningsraterne hurtigt aftager. 48 timer efter udbringning er hovedparten af den totale fordampning sket. Ammoniakfordampningens størrelse er bl.a. afhængig af gødningstype, gødningsbehandling, afgrødedække, udbringningsmetode og vejrforhold. Ved måling af ammoniakfordampningen skal den fordampede ammoniak løbende opsamles og måles i en periode på 2-3 døgn efter udbringningen. 20