Vad påverkar ammoniakavgång åtgärder och byggnadslösningar. Knut-Håkan Jeppsson, BT, SLU i Alnarp

Transkript

1 Vad påverkar ammoniakavgång åtgärder och byggnadslösningar Knut-Håkan Jeppsson, BT, SLU i Alnarp

2 Biosystem och teknologi (BT) Forskar kring samspelet mellan mark, växter, djur, miljö, klimat och människor i system för hållbar produktion av mat och förnyelsebara råvaror. - Agrosystem - Hortikultur - Lantbrukets byggnadsteknik (LBT) Djurmiljö och byggnadsfunktion Material- och konstruktionsteknik Klimat-, Energi- och Miljöteknik Grund och forskarutbildning

3 Innehåll Faktorer som påverkar NH 3 -avgivning Utformning av golv Urindränering Kylning av gödsel Ventilation Tillsatsmedel Strömedel Djupströbäddar Rening av frånluften Brogården-mätningarna Forskning vid BT

4 Kväve i gödsel Nöt, svin, häst, får Urin: 50-80% av kvävet därav 65-90% i form av urinämne snabb Träck: Org-N, osmält protein långsam Fjäderfä Urinsyra: 60-75% av kvävet långsam Osmält protein: ca 30 % av kvävet långsam

5 Ammoniakemission från gödsel NH 3 (g) Emission Gödselytan NH 3 (g) Urinämne Hydrolys Enzym: Ureas NH 3 (aq) Kemisk jämvikt NH 4 + Mineralisering Organiskt-N Biosystem och Teknologi

6 Ammoniakemission från gödsel NH 3 (g) Emission Gödselytan NH 3 (g) Urinämne Hydrolys Enzym: Ureas NH 3 (aq) NH 4 + Kemisk jämvikt Immobilisering Mineralisering Organiskt-N Adsorbtion Frigöring Fixerad NH 4 + Biosystem och Teknologi

7 Faktorer som påverkar ammoniakemission från stallet Kväveinnehåll i gödseln Gödselbemängd area Exponeringstid Ureasaktivitet Gödseltemperatur Lufttemperatur Luftflöde Luftrörelser Lufthastighet över ytan ph-värde gödsel C/N-kvot Adsorbtion av NH 3 och NH 4 + Torrsubstanshalt (syreinnehåll)

8 Relativ ammoniakemission Gödselbemängd area 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Gödselbemängd area, m 2 Uppbundet, ca 1 m 2 /plats Inhysningssystem Planlösning Bredd på gödselgångarna Mått enl. L100 kontra LBT-mått Tvärgångar Utgödslingskulvert Lösdrift, ca 2,7 4,4 m 2 /plats

9 Rena liggbås Anpassade för djurens storlek Lutning ut mot gödselgången på ca 4% för att urin och annan vätska skall rinna av Gödselförekomsten i liggbåsen minskade med 40 % då liggbåsen var 17 cm över gödselgången jämfört med 9 cm. (Herlin, 2005) Hindrar även att gödsel hamnar i liggbåset vid utgödsling

10 Ätbås Lägre ammoniakemission?

11 Betongspalt helt betonggolv Gödselbemängda ytan ca dubbelt så stor med spaltgolv Luftväxlingen under spalt ca 1/3 jämfört med ovan spalt Ca 60 % av ammoniakemissionen kommer från spalten och ca 40 % från gödselkulverten (Kroodsma m.fl., 1993) Danmark: Helt golv utan urindränering sämre än spaltgolv Helt golv med urindränering lika med spaltgolv (Zhang et.al., 2005) Holland: Helt golv med 3% lutning mot urindränering i mitten ger 50% lägre ammoniakemission än spaltgolv (Swierstra et.al., 1995)

12 NH 3 -emission, mg/m 2 h Rengöring av gödselgångar Ammoniakemission från spaltgolvsstavar Mellangård Spaltgolv Skrapat Skrapat och spolat Skrapat och högtryckspolat Ammoniakemission efter rengöring av spaltstavar Andersson m.fl., 1994.

13 Exponeringstid Ammoniakemission efter applicering av urin på gödselbemängd yta PO Schönbeck Urin som hamnar på ett smutsigt golv med enzymet ureas ger maximal ammoniakemission redan efter ca två timmar Ammoniakemissionen från träck ökar långsamt under en period på 25 dagar (Kellems m.fl., 1979)

14 Helt golv i lösdriftsstallar Reducering NH3-avgivning Skrapning 12 ggr/dygn 0 % Skrapning 96 ggr/dygn 5 % 3% lutning mot en sida, skrapning 12 ggr/dygn 21 % 3% lutning, skrapning 96ggr/dygn 26 % 3% lutning mot mitten, skrapning 12 ggr/dygn 50 % 3% lutning mot mitten, 12 ggr/dygn, spolning 6 l/ko,dygn 65 % Gummigolv??? (Braam, m.fl., 1997a; Braam, m.fl., 1997b)

15 Drainage time, s Dränering/lutning/material (Steiner m.fl., 2010) Floor surface and gradient, %

16 Quantity r ning, g Dränering/lutning/material (Steiner m.fl., 2010) Floor surface and gradient, %

17 Spaltgolv i lösdriftsstallar Reducering NH3-avgivning Spaltgolv 0 % Spaltgolv med ytbehandling 0 % Spolning och skrapning av spaltgolv 14 % (20 l/ko,dag) Spolning av spaltgolv ( l/ko,dag) 30 % Swierstra m.fl., 1995 Skrapning av spaltgolv 25 % Teknologiblad, 2010 (Danmark)

18 Skrapa på spaltgolv Robotskrapa Även mängden gödsel i liggbåsen minskar med 45% vid skrapning var 3:e timme Malmström & Herlin, 2003

19 Comfort slat mat Plastprofilerna reducerar NH 3 - emissionen med ca 20-30% jämfört med betongspalt pga att urinen snabbt rinner av samt att ureas-koncentrationen är lägre. Ventilen hindrar luftväxlingen mellan stall och kulvert vilket ger en total reduktion av NH 3 - emissionen med ca 40-50% jämfört med betongspalt. Reducerar även CH 4 -emission från gödseln med 60-75% Van Dooren et.al.,

20 Relativ ammoniakemission Gödseltemperatur 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Gödseltemperatur, o C Kylslingor för nedgjutning i gödselkanalgolvet Kyla golvet från 9 o C till 5 o C minskar ammoniakavgivning med 45 % (gris) (Andersson, 1995) Ammoniakavgivning sjunker med 5-10% för var grad sänkning av gödseltemperaturen (gris) Kylning av gödselränna med inkommande dricksvatten sänkte golvtemperaturen med 2 o C och ammoniakemissionen med ca 20 % (mjölkko) (Gustafsson m.fl., 2005)

21 Temperaturens betydelse för CH 4 -emission från slaktgrisstall CH 4 -emission påverkas av årstid Högst CH 4 -emission under sommardagar med utetemperatur över 25 o C. (Haeussermann et al., 2006) (Ngwabie et al., 2011)

22 Relativ ammoniakemission Luftflöde - lufttemperatur 1,2 1 0,8 0,6 0,4 - Isolerat stall oisolerat stall? - Sänka luftflödet? - Kyla inkommande luft 0, Luftflöde, m 3 /m 2 h Ett ökat luftflöde genom stallet ger större ammoniakavgivning. Luftflödet över gödselytan påverkar koncentrationsskillnaden mellan ammoniak i gödseln och i omgivande luft. Lägre lufttemperatur i stallet ger lägre ammoniakavgivning om det är samma luftflöde.

23 Ammoniak emission, Lägre lufttemperatur? g ko -1 dag Utetemperatur, o C T inne 5 o C 10 o C 15 o C Mätningar i ett isolerat stall för 42 bunda mjölkkor har visat att ammoniakavgivningen ökar om lufttemperaturen sänks genom att öka luftflödet. (OBS: Resultat från endast ett stall)

24 Relativ ammoniakemission Luftrörelser - lufthastighet 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Lufthastighet, m/s Små luftrörelser och låg lufthastighet över gödselbemängda ytor Förhindra luftläckage in genom utgödslingen och urindräneringen

25 Relativ ammoniakemission ph-sänkande medel 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ph i gödseln ph-sänkande medel - syror - salter

26 Strömedel Strömedel Vattenbindande förmåga kg/kg ts Ammoniakbindande förmåga % av ts Kornhalm 3,3 0,85 Havrehalm 3,3 0,50 Hackad halm 3,6 4,0 0,70 Sågspån 1,9 0,60 Kutterspån 4,6 0,80 Torv 7,5 12,0 2,70

27 Gödselbäddar Emission av metan, lustgas och ammoniak från mjölkkor på djupströbädd och glidande ströbädd Inhysningssystem CH 4 - N 2 O- NH 3 - emission emission emission g/djur och dag g/djur och dag g/djur och dag Flytgödselsystem (LBT s mätningar) ~ Djupströbädd Glidande ströbädd Källa: Amon m.fl., 1997; Snell m.fl., 2003; Mosquera m.fl., 2005; Zhang, 2005

28 Ammoniakemission, mg/m 2 h Strömaterial i djupströbäddar A: Hel halm B: Hackad halm C: 60% torv + 40% hackad halm D: Gödselgång A B C D Mängden strömaterial (C/N-kvot, Ts-halt) Gödselgång längs foderbordet 60% torv + 40% halm ger 50% lägre ammoniakemission än långhalm Hackad halm ger ca 25% lägre ammoniakemission än långhalm

29 Rening av frånluften Biofilter, ca 75% NH3-reduktion (Gustafsson m.fl., 2005) Kemisk skrubber ca 95% NH3-reduktion ca 30% luktreduktion (Melse & Ogink, 2005) Bioskrubber ca 70% NH3-reduktion ca 45% luktreduktion (Melse & Ogink, 2005) Kombinerad skrubber

30 Uppbundna nötkreatur Brogården: Före ombyggnad: - fastgödselsystem Efter ombyggnad: - flytgödselsystem - optimerad utfodring - bra ventilation - kylning av gödseln - biofilter

31

32 Åtgärder CH 4 och N 2 O: (från gödsel i stall) Flytgödselsystem (lägre N 2 O) Frekvent utgödsling Kylning av gödseln (<10 o C) Tillsatsmedel (sänka ph) Mycket strömedel till djupströbäddar (lägre CH 4 ) (Monteny et al., 2006)

33 Mätningar på stallnivå vid LBT Kontinuerligt 12 mätpunkter CH 4 N 2 O CO 2 NH 3 Infraröd fotoakustisk metod Brüel & Kjær, (Lumasense)

34 Mätningar i mjölkkostall spaltgolv Dec Mar 2007 Maj 2007 (1 vecka) mjölkkor kg mjölk/ko,dag NH 3 -emission: 30 g/ko och dag (5,5%) CH 4 -emission: 290 g/ko och dag Fullfoder (gräs/majsensilage, halm, HP-massa, spannmål, protein)

35 Mätningar i mjölkkostall helt golv NH 3 -emission: 24 g/ko och dag (4%) CH 4 -emission: 260 g/ko och dag Feb Maj mjölkkor 31,5 kg mjölk/ko,dag Mixat grovfoder (gräs/majsensilage, halm) Kraftfoder (spannmål, protein)

36 Bioscrubber 2 slaktsvinsomgångar Reducerade NH 3 med 50% Lustgasemission från bioscrubbern, ca 0,5 g/gris och dag motsvarar ca 50 kg CO2-eq per grisplats och år + Ökad energiförbrukning

37 Bygglabb - Klimatsmart slaktgrisstall 2 st parallella stallar, 60 slaktgrisar per stall forskning kring ventilationseffektivitet, energiförbrukning, djurmiljö, boxrenhet och yttre miljö

38

39 Kostnad per kg sparat kväve Kostnadseffektivitet för åtgärder Luftrening Byggnad Lagring Foder Spridning Andel reducerad ammoniakemission

40 Minskning av kväveförlust, kg N/ko och år Värdet av minskad kväveförlust 1, kr/år Investeringskostnad, tkr/år Kapitalkostnad resp ökad spridningskostnad, tkr/år Kostnad för minskad kväveförlust, kr/kg N Stall Gödsellagrinspridning Gödsel- Totalt Biofilter Kylning 6,2 4,0 1,4 3,9 4, ,2 33,5 6,7 125,

41 Åtgärder vid lagring av flytgödsel Farmtest, Bygninger nr 1, 2001: Overdaekning av gyllebeholdere, Landbrugets rådgivningscenter, Danmark

42 Täckning av gödselbehållare

43 Lagring av nötgödsel Före: - Fastgödselplatta + Urinbrunn Efter: - Täckt flytgödselbehållare Fast Urin Täckt behållare Källa: JTI, Brogården

44 Spridning av nötgödsel Före: - bredspridning Efter: - släpslang i växande stråsäd - myllning i vall (nov)

45