High nitrate pollution of groundwater requires tightened measures in agriculture to minimize nutrient surpluses

Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst die erheblichen Belastungen des Grundwassers in Niedersachsen durch eine intensive Landwirtschaft und Tierhaltung. Ausgehend vom aktuellen Sachstand wird dann die neuerliche Verschärfung der Düngeverordnung und deren Auswirkungen insbesondere auf die Tierhaltung am Bespiel der Weser-Ems-Region skizziert. Die erheblichen Nährstoffüberschüsse in verschiedenen Regionen Niedersachsens müssen deutlich reduziert werden, um die Anforderungen der EU-Nitratrichtlinie (91/676/EWG) mittelfristig einhalten zu können. Ohne signifikante Bestandsreduktion werden neben den bisher beschlossenen Maßnahmen zur Nährstoffentlastung der betroffenen Regionen und zur Verbringung von Nährstoffkonzentraten mehrstufige und überbetrieblich arbeitende Gülleaufbereitungsverfahren erforderlich werden.The present report first describes the considerable pollution of groundwater in Lower Saxony caused by intensive agriculture and livestock. Based on current facts, the further aggravation of the fertilizer ordinance and its impacts on livestock is delineated using the Weser-Ems region as an example. The considerable nutrient surpluses in several regions of Lower Saxony must be minimized to meet the requirements of the EU Nitrate Guideline (91/676/EEC) in the medium term. Besides agreed actions to date and without a significant livestock reduction, multi-stage and interplant manure treatment operations will be required for nutrient separation in concerned regions and the export of nutrient concentrates as well

Aggravation of ammonia emission reduction demands from livestock

Der vorliegende Beitrag beschreibt die vielfältigen Herausforderungen, vor denen die Tierhaltung in Deutschland in den kommenden Jahren steht. Die Tierhaltung soll tiergerechter werden, was im Regelfall mit höherem Platzangebot und möglichem Außenklimakontakt für die Tiere verbunden ist. Der Verzicht auf die Anbindehaltung bei Milchkühen führt ohne weitere Kompensationsmaßnahmen zu einer Erhöhung der Ammoniak-Emissionen. Bei Außenklimaställen für Schweine kann eine Emissionsminderung nur erreicht werden, wenn die emissionsaktiven Flächen durch Etablierung von Funktionsbereichen reduziert und die verschmutzten Flächen regelmäßig in kurzen Intervallen gereinigt werden. Für größere Tierhaltungsanlagen, die unter die Bundes-Immissionsschutzverordnung (BImSchV) fallen, werden mit der im Entwurf vorliegenden Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) höhere Minderungsanforderungen gestellt, die im Beitrag näher beschrieben werden.The present report describes the manifold challenges German livestock is faced with in the coming years. Livestock should become more species-appropiate, which is normally connected with an increased floor space supply and feasible outdoor contact for the animals. Without other compensation measures, the abdication of tethered housing will result in higher ammonia emissons. An emission reduction in outdoor stables for pigs can be achieved only if emission relevant spaces are reduced by establishing function areas. Contaminated areas need to be cleaned regularly at frequent intervalls. For bigger livestock units, which are embraced by the Federal Immission Control Ordinance, higher emission reductions are demanded in the Technical Instructions on Air Quality Control and specified in this report

Untersuchungen zu den stofflichen Umsetzungen bei der aerob-thermophilen Belüftung und Einsatz des Verfahrens zur Nährstoffabtrennung aus Schweinegülle

In der vorliegenden Arbeit wurden stoffliche Umsetzungen bei der aerob-thermophilen Belüftung von Schweinegülle bei Belüftungsraten von 5, 10 und 20 m³/(m³h) im halbtechnischen Maßstab untersucht. Ziel der Arbeit war die gezielte Nutzung der Selbsterhitzung zur Ammoniakstrippung aus Gülle. Der maximale Abbaugrad nach 100 h Belüftungszeit betrug bei den höchsten Belüftungsraten 27,8 (TR), 42 (CSB) bzw. 90 (BSB5). Bei der Belüftung wurden Temperaturen von bis zu 70 °C erzielt. Die Elimination von Ammoniak war abhängig von der Belüftungsrate, der Temperatur, der Belüftungszeit und dem pH-Wert. Belüftungsraten von 5, 10 und 20 m³/(m³h) ergaben bei Maximaltemperaturen von 70 °C innerhalb von 100 h Belüftungszeit NH4N-Eliminationsgrade von 55, 82 bzw. 86 Angesichts eines NH4N/Nges-Verhältnisses von durchschnittlich 0,8 in separierter Schweinegülle sowie der mikrobiellen Ammonium-Assimilation bei der Belüftung betrug die maximale Gesamtstickstoff-Elimination ca. 60 Geringere Temperaturen oder kürzere Belüftungszeiten verschlechterten die Ammoniakabtrennung. Ergebnisse einer Demonstrationsanlage, bei der die aerob-thermophile Belüftung mit mechanischen Trenneinrichtungen kombiniert wurde, zeigten, dass aus Schweinerohgülle 25 der Masse, 69 der Feststoffe, 64 des Gesamtstickstoffs und 84 des Gesamtphosphates abgetrennt werden konnten.In this work, material conversions during the aerobic thermophilic aeration of pig manure were investigated in semi-technical scale under air flow rates of 5, 10 and 20 m³/(m³ h). The aim the effort was to identify the purposeful use of selfheating for ammonia stripping from manure. With the highest air flow rate, the maximum degradation levels after 100 h were 27.8 , 42 and 90 for total solids, COD and BOD5 respectively. During aeration manure temperature of up to 70 °C was achieved. The ammonia elimination was dependent on the rate of air flow, the temperature, the period of aeration and the value of pH. Air flow rates of 5, 10 and 20 m³/(m³ h) resulted in ammonia nitrogen reductions of 55, 82 and 86 respectively. These values were obtained under an aeration period of 100 h and a maximum temperature of 70 °C. The total nitrogen reduction of about 60 was found as a result of ammonia/total nitrogen ratio of 0.8 in separated pig manure and microbial ammonia assimilation. Lower temperatures or shorter aeration times cut down the ammonia reduction efficiency. Results from a demonstration plant, where the thermophilic aeration process was combined with mechanical separation units, showed that 25 of the total mass, 69 of the total solids, 64 of the total nitrogen and 84 of the total phosphorus could be separated from raw pig manure

Current developments in air pollution prevention

Mit der Novellierung der NEC-Richtlinie müssen in Deutschland bis zum Jahr 2030 die Ammoniakemissionen um 29 % auf dann 482 Kilotonnen gesenkt werden und die Feinstaubemissionen (PM 2,5) um 43 %. Für die Ammoniakemissionen ist die Landwirtschaft Hauptemittent. Hier müssen in Zukunft verstärkt emissionsvermeidende und emissionsmindernde Verfahren eingesetzt werden. Die Abluftreinigung leistet dazu einen wichtigen Beitrag, kann aber allein aus wirtschaftlichen Gründen nicht bei kleineren Stallgebäuden flächendeckend eingesetzt werden. Daher werden alternative Verfahren mit ähnlich hoher Reduktionseffizienz benötigt. Hier sind eine angepasste Abluftreinigung mit Umluftwäschern und die Güllebehandlung besonders vielversprechend. Der Fokus sollte zudem mehr auf die Rinderhaltung gelegt werden, da sie einen Großteil der gasförmigen Emissionen (auch Methan) pro-duziert und es bisher hier die wenigsten Emissionsdaten und vor allem kaum technische Lösungen zur Emissionsminderung gibt.With the amendment of the NEC Directive the ammonia emissions in Germany will have to be reduced by 29% to 482 kilotons by the year 2030, and fine particulate emissions (PM 2.5) even shall be reduced by 43%. Agriculture is the major emission source for ammonia. Here more emission-reducing and mitigating procedures have to be used in the future. The exhaust air purification makes an important contribution to this. Though, in its current form it cannot be used on large scale for smaller sheds at least because of economic reasons. Therefore, alternative methods with similarly high reduction efficiencies are required. Here, adapted exhaust air purification with recirculating air cleaners and the liquid manure treatment are particularly promising. The future focus should also be on cattle since cattle farming produces a large proportion of gaseous emissions (including methane), and so far there are very few emissions data and, above all, hardly any technical solutions for emission reduction

Increasing requirements for animal husbandry to mitigate nitrogen and phosphorus surplus

Der vorliegende Beitrag beschreibt die aktuelle Situation der Schweine- und Geflügelhaltung in Deutschland sowie die Notwendigkeit, erhebliche Nährstoffüberschüsse an Stickstoff und Phosphor verringern zu müssen, um gesetzliche Vorgaben zukünftig einhalten zu können. Zur Minderung von Stickstoffemissionen aus der Tierhaltung werden viele Maßnahmen angesprochen, die von einer Bestandsabstockung über Maßnahmen in Ställen und der Abgasreinigung bis hin zu einer emissionsarmen Güllelagerung und Ausbringung reichen. Darüber hinaus werden die zukünftigen Anforderungen einer bedarfsgerechten Phosphat-Düngung sowie Möglichkeiten zur P-Abtrennung aus Wirtschaftsdüngern skizziert.The present report describes the actual situation in the German pig and poultry keeping and the necessity for reducing considerable nitrogen and phosphorus surplus to meet further legal specifications. Many nitrogen mitigation options are illustrated ranging from animal number reduction, indoor measurements in stables and exhaust air treatment up to a low emission manure storage and application. Beyond that, future demands on phosphate fertilizing which meets legal requirements and options for P removal from manures are outlined

Ammonia emissions from livestock: range and mitigation options

Die Tierhaltung in Deutschland muss angesichts der erheblichen Überschreitung der nationalen Emissionsobergrenze für Ammoniak und als deren Hauptverursacher weitreichende Maßnahmen zur Emissionsminderung ergreifen und prüfbar umsetzen. Hierfür steht eine Fülle von Optionen in der gesamten Verfahrenskette, angefangen von der Fütterung bis hin zur Ausbringung von Wirtschaftsdüngern, zur Verfügung. Die Abluftreinigung ist eine wirksame und prüfbare Maßnahme zur Minderung von Emissionen aus zwangsbelüfteten Tierhaltungsanlagen. Zur Reduzierung der Kosten für die Abluftreinigung und zur Verbesserung des Tierwohls könnte auch eine innovative Stallluftführung beitragen, bei der nur hochbelastete Teilströme unterflur abgesaugt und gereinigt werden.In view of considerable exceeding the national emission limit for ammonia the livestock in Germany as its major source has to take extensive action for reduction and testable implementation. A package of measures is available for the whole production process, beginning with feeding up to application of manure. Exhaust air treatment is one effective and testable option for emission reduction from forced ventilated livestock housings. Innovative and intelligent stable air guidance with treatment of highly loaded, underfloor sucked branch current may contribute to both, a reduction of exhaust air treatment costs and for improving animal welfare

Demands and measures for emission reduction in animal husbandry

Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst die rechtlichen Anforderungen an die Tierhaltung in Deutschland, die insbesondere für größere gewerbliche Tierhaltungsbetriebe deutlich verschärft worden sind. Darüber hinaus werden verschiedene Maßnahmen zur Emissionsminderung vorgestellt. Für große Tierhaltungsbetriebe wird die Abluftreinigung eine steigende Bedeutung erlangen. Steigende Energiekosten für die Lüftung von Tierhaltungsanlagen erfordern neue Lüftungskonzepte sowie Maßnahmen zur Zuluftkonditionierung, die neben der Energieeinsparung auch zur Emissionsminderung beitragen.The present contribution describes at first the legal demands on livestock in Germany which have been clearly tightened for larger commercial livestock farms in particular. Beyond that different options for emission reduction are introduced. For large animal husbandries the exhaust air treatment will become important. Increasing energy costs for ventilation of animal stables require new ventilation concepts and measures of inlet air conditioning as well, which both contribute to energy saving and emission reduction

Possibilities for emission prevention and reduction

Die Tierproduktion belastet die Umwelt mit Geruch, Ammoniak, Staub, Keimen und Aerosolen. Emissionsmindernde Maßnahmen sind daher unbestreitbar erforderlich, obschon die Datenerhebung einer Aufarbeitung bedarf. Gleichwohl wird in der Geflügelproduktion durch die Genehmigungsbehörden vorrangig auf Abluftreinigung gesetzt. Die Zeitreihenmessungen in den Ställen lassen kaum kausalanalytische Zusammenhänge beim Emissionsgebaren erkennen. Mit dem Programm DEMAP lassen sich wenigstens die Größenordnungen der Einflussgrößen feststellen, was mit der bloßen Abschätzung der Emissionsfaktoren nach VDI 3894 nicht möglich ist. Hier ist die Landwirtschaft aufgerufen, mit modernen Analyseverfahren Zielfunktionen zur Emissionsminderung und den Einsatz von Filtertechniken auch in Hinblick auf die Verbesserung der Tiergesundheit zu erarbeiten.The animal production stresses the environment with odor, ammonia, particulate matter, germs and aerosols. Therefore the demand of emission reduction is incontestable, although the available data needs further recondition. Nevertheless approving authorities preferentially focus on exhaust air treatment in poultry production. Time course measurements in stables hardly reveal causally determined correlations in view of emission behavior. At least the dimensions of influences can be assessed with the software "DEMAP". This is not possible with a bare estimation of emission factors on basis of the VDI 3894. With modern analytical methods agriculture is called in this regard to develop target functions for emission reduction and the use of filter techniques, also in terms of an improvement of animal welfare

Erfassung, Bewertung und Minderung von Treibhausgasemissionen des deutschen Agrar- und Ernährungssektors: Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz

In dieser Studie werden Treibhausgasemissionen (THG) aus der deutschen Agrar- und Ernährungswirtschaft analysiert und Möglichkeiten zu ihrer Reduzierung erörtert. Darüber hinaus wird die Eignung von Ökobilanzen für die Bewertung von Produktionsverfahren und Produkten untersucht. In Kapitel 2 werden theoretische Grundlagen für die Umsetzung von Klimaschutzpolitiken erörtert. Als Bilanzierungs- und Analysemethoden werden die Emissionsberichterstattung, die umweltökonomischen Gesamtrechnungen, Ökobilanzen (Life Cycle Assessment) und Carbon Footprints vorgestellt. Es folgt in Kapitel 3 eine Analyse der THG-Emissionen des deutschen Agrar- und Ernährungssektors nach Quellgruppen der Klimaberichterstattung sowie in Bezug auf Produktionsprozesse und erzeugte Agrargüter. Anschließend wird in Kapitel 4 der Stand des Wissens zu kumulierten THG-Emissionen der Ernährungswirtschaft bis hin zum Konsum dargestellt. In Kapitel 5 wird eine Übersicht über mögliche technische und organisatorische Maßnahmen zur Verringerung von THG-Emissionen im Agrarsektor sowie Optionen für das individuelle Verbraucherverhalten gegeben. Erste Hinweise, wie die Politik die Realisierung wirksamer Klimaschutzmaßnahmen unterstützen kann, werden in Kapitel 6 vorgestellt. Als Klimaschutzmaßnahmen im Bereich Landwirtschaft und Landnutzung werden die Verbesserung der Stickstoffausnutzung, die Verwendung von Gülle in Biogasanlagen, die Beschränkung der Umwandlung von Grünland in Ackerland und die Renaturierung von Niedermooren hervorgehoben. Im Bereich Ernährung und Verbraucherverhalten sollte der Wissenstransfer im Mittelpunkt stehen. Produktspezifische Klima-Labels für Lebensmittel werden als ungeeignet angesehen. Bezüglich der Politiken zur Förderung der Bioenergie wird eine Ausrichtung auf Technologien mit den kostengünstigsten Klimaschutzbeiträgen empfohlen. Die Studie schließt mit einem kurzen Ausblick auf die zukünftige Forschungsarbeit des vTI im Bereich Klimaschutz und Ökobilanzierung. -- This study addresses the emissions of greenhouse gases (GHG) from the German agri-food sector, and options for mitigation. Further, the suitability of eco-balances for valuation of processes and products is explored. Chapter 2 refers to the theoretical basis of climate protection, and, as tools for analysis, GHG accounting, the System of Integrated Environmental and Economic Accounting (SEEA), eco-balances (Life Cycle Analysis) and carbon footprints are presented. In chapter 3, agricultural GHG emissions are analysed by GHG sources, processes and food products, and in chapter 4 the state of knowledge of emissions stemming from food processing, retail and households is portrayed. Chapter 5 introduces to technical and organisational mitigation options in agriculture and regarding consumer decisions. First hints how policy might support GHG mitigation are presented in chapter 6. The study closes with an outlook on future research activities of vTI in the area of climate protection and eco-balancing.Klimawandel,Treibhausgase,Landwirtschaft,Kohlenstoff Fußabdruck,Climate Change,Greenhouse gases,Agriculture,Carbon footprint

Reducing ammonia emissions and increasing animal welfare in pig keeping

Während bei der Fütterung, Lagerung und Ausbringung in den letzten Jahren erhebliche Emissionsminderungen erreicht worden sind, sind die Schweineställe selbst noch relevante Emissionsquellen. Der Umbau der Schweinehaltung soll zu einer tiergerechteren Haltung mit deutlich mehr Platz und Außenklimakontakt für die Tiere führen. Hierdurch wird eine Reduzierung des Tierbestandes erforderlich werden, was wiederum zur Emissionsminderung beiträgt. Viele Forschungsarbeiten konzentrieren sich daher auf stallinterne Maßnahmen zur Emissionsminderung und die Gewinnung von Emissionsfaktoren, die für die Genehmigung von Stallanlagen sehr wichtig sind. Aktuelle Forschungsarbeiten zur Abluftreinigung bestätigen neben hohen Reinigungsleistungen, dass diese Technik vor allem bei größeren, zwangsbelüfteten Tierhaltungen eine wirksame Emissionsminderung bietet.While considerable emission reductions in pig keeping have been achieved in nutrient adjusted feeding, manure storage and disposal in recent years, pig stables are still relevant emission sources. The reconstruction of pig stables should contribute to more animal welfare which provides animals with more space and outdoor climate contact. A livestock reduction is required through this which again contributes to an emission reduction. Therefore, numerous research activities concentrate on indoor stable measures to reduce ammonia emissions and to generate emission factors which are important for the approval of new livestock buildings. Besides high efficiencies actual research on exhaust air treatment systems show that this technique is well suited for bigger and forced ventilated pig stables