Ammoniak i djurstallar och gödsellager

Ammoniak i djurstallar och gödsellager Gösta Gustafsson Inst för jordbrukets biosystem och teknologi, SLU Box 86, 230 53 Alnarp tel 040-41 54 88 e-post Gosta.Gustafsson@jbt.slu.se Bakgrund Kvävenedfallet i Sverige består till cirka 40 % av ammoniakkväve som till 90 % härstammar från gödsel och urin i djurhållningen. En betydande del av emissionen kommer från djurstallar och gödsellager. I denna artikel presenteras därför resultat från JBT:s forskning om hur olika faktorer i djurstallar och gödsellager påverkar ammoniakavgivningen samt vilka åtgärder som kan minska den. Emissioner och koncentrationer Det är viktigt att särskilja begreppen koncentration och emission i djurstallar när det gäller ammoniaks miljöpåverkan. Koncentrationen av ammoniak är främst intressant med tanke på den exponering av människor och djur som sker inuti stallar. Emissionen ger däremot ett mått på mängden som avges från ett stall och är därför främst ett mått på gasens påverkan på den yttre miljön. Den kan beräknas som: Emission = Koncentration * Ventilationsflöde Faktorer som påverkar avgivningen i djurstallar Många faktorer i stallmiljön påverkar avgivningen av ammoniak i djurstallar, såsom: * Djurantal och djurvikt * Storlek på de ytor som exponeras med gödsel och urin * Lagringstid (exponering) av gödsel i stallet * Gödselns kol/kväve-förhållande (C/N) * Gödselns ph-värde * Sammansättning hos fodermedel * Temperatur i stalluft och gödsel * Stallets ventilationsflöde * Luftrörelser kring gödseln * Luftläckage genom utgödslingssystem * Ventilationsprinciper Djurantal och djurvikt JBT:s undersökningar i svinstallar har visat att avgivningen av ammoniak ökar relativt linjärt med djurantalet och djurvikten. En förklaring är en ökad mängd gödsel på stallgolvet vid ökad djurbeläggning. Storlek på de ytor som exponeras med gödsel Ammoniakavgången ökar om arean på gödselytorna i stallet ökas (Andersson, 1995a). Förhållandet är näst intill linjärt, d v s en dubbelt så stor gödselyta ger en dubbelt så hög ammoniakemission. Att begränsa gödselytorna i djurstallar kräver stort planeringsarbete för att djurtrafiken och djurens naturliga rörelsemönster och beteende inte skall förändras negativt. Begränsas de naturliga gödselytorna för mycket kommer djuren att gödsla på liggytor eller någon annan plats. I lösdriftssystem för nötkreatur är gödselytorna betydligt större än i system där djuren är uppbundna, och är ur emissionssynpunkt sämre. Här finns därför en målkonflikt mellan djurmiljö och påverkan på den yttre miljön. Teoretiska beräkningar har visat att genom att begränsa gödselytorna i lösdriftstallar med 20 % kan avgången av ammoniak reduceras med cirka 15 % (Andersson, 1995a). I svenska djurskyddslagen anges 57

minimumkrav på totalyta och liggyta i stallar, men däremot inte på gödselytan. I t.ex djupströbäddsboxar utgörs totalytan oftast av gödselytan, varför gödselytan inte kan minskas mer än vad lagen kräver. Genom att låta en skrapad yta utgöra en del av den totala ytan i djupströbäddsboxar kan dock ammoniakemissionen i vissa fall sänkas (Karlsson & Jeppsson, 1995). Lagringstid av gödsel och urin i stallet Undersökningar med olika långa utgödslingsintervall vid uppfödning av slaktsvin (Gustafsson 1996) har visat att avgivningen av ammoniak ökar först vid intervall längre än ett dygn. Utgödsling 1-2 gånger per dygn är alltså tillräckligt för att förhindra en ökning av ammoniakavgivningen på grund av gödselns lagring i svinstallar. Det har också konstaterats att gödselns lagringstid har en mycket stor inverkan på ammoniakavgivningen i stallar för värphöns (Gustafsson & von Wachenfelt 1997). Genom att gödsla ut dagligen med gödselmattor har avgivningen kunnat minska avsevärt. Våra undersökningar har påvisat en mycket hög avgivning av ammoniak från de golvytor som är täckta med urin och träck. Förbättrad dränering av urin och träck både i dränerande golv och i urinavskiljningar i gödselrännor bör därför ha goda förutsättningar att minska avgivningen av ammoniak. Avskiljningsförmågan i dränerande golv ökar med dräneringsöppningarnas storlek (Svennerstedt och Praks 1997). En målkonflikt kan dock finnas mellan stora dräneringsöppningar och en god klövhälsa hos djuren. Utomlands ägnas mycket forskning åt olika typer av skrapsystem med gummiskrapor på golv med mycket fin ytstruktur. Det är viktigt att golvet skrapas helt rent från urin om avgången av ammoniak skall kunna reduceras. Med nya typer av skrapsystem som utvecklats i Holland och Tyskland (gummiskrapor och fin struktur på golvet) kan golven hållas relativt rena, och med de bästa systemen erhålls i vissa fall en lägre totalemission. De flesta av de nämnda utgödslingsystemen är utrustade med urindränering, vilket är mycket viktigt. Ju tidigare urinen kan ledas bort från stallet desto lägre avgång av ammoniak. Försök vid JBT med gummiskrapor i en gödselkulvert under spaltgolvet i ett svinstall har dock inte givit någon effekt, troligtvis beroende på att golvet inte blev tillräckligt rengjort (Andersson 1995b). I vissa utländska försök med skrapning och olika typer av vattenspolning av gödselytor i kostallar, har emellertid kväveförlusten kunnat sänkas med 40-60 %. Problemet är att det går åt mycket vatten och det krävs därför större gödselbehållare. Gödselns kol/kväve-förhållande (C/N) C/N-kvoten är förhållandet mellan allt kol (främst i strömedlet) och kvävet i gödseln (främst i urin och fekalier). Denna parameter spelar stor roll för avgångens storlek i stallar med ströbäddar. I ströbäddar kan kvävet förutom som ammoniak även avgå som kvävemonoxid, dikväveoxid och kvävgas. Genom att välja ett strömedel med hög C/N-kvot och med både lätt- och svårtillgängligt kol kan ammoniakemissionen begränsas avsevärt under hela lagringstiden i stallet. I litteraturen finner man ofta att vattenhalten och C/N-kvoten varierar mellan 60 och 80 % respektive 13:1 och 26:1 (Karlsson & Jeppsson, 1995). Optimalt förhållanden för att ammoniakavgången skall kunna hållas låg är en vattenhalt på 40-60 % och en C/N-kvot på 26-35:1 (Karlsson & Jeppsson, 1995). I en laboratoriestudie vid JBT visade det sig att restprodukter från pappersbruk och stärkelsefabriker i kombination med halm är väl så goda strömedel som bara halm eller halm med torv (Andersson, 1995c). En kombination mellan stärkelse i vilket kolet gjorts lättillgängligt, papper med hög C/ N-kvot och halm för bärighetens skull skulle kunna vara ett effektivt strömedelsalternativ för att reducera ammoniakavgång. Valet av strömedel avgörs till stor del av den lokala tillgången av dem och priset på dem. Andra undersökningar har visat att ammoniakavgången kan reduceras med cirka 50 % med en ströbädd med 60 % torv och 40 % halm jämfört med en ströbädd med hel halm (Jeppsson, 1995). Användning av hackad halm istället för hel halm har visat sig kunna reducera ammoniakavgången med cirka 25 %. Gödselns ph-värde Gödselns ph-värde påverkar produktionen av ammoniak. Produktionen är som högst vid ph 9. Försök med syratillsats i gödsel för att minska ammoniakavgång har främst undersökts i Holland. Tekniken verkar dock inte ha haft något större genombrott. 58

Sammansättning hos fodermedel Genom att det nya nordiska proteinvärderingssystemet (AAT / PBV) för nötkreatur blev infört har det blivit enklare att hushålla med kvävet vid foderstatsplaneringen. Genom att balansera protein och energi så att proteinbalansvärdet (PBV) blir nära noll, kan ett bättre proteinutnyttjande uppnås samtidigt som utflödet av kväve i träck och urin reduceras. Ett kväveöverskott leder till förluster via urinen. Undersökningar vid JBT (Frank, Andersson och Gustafsson, 1997) har visat att en sänkning av råproteinhalten från 19 % till 14 % i fodertorrsubstansen samtidigt som PBV-nivån sänktes kraftigt minskade ammoniakavgången till 1/3. Mjölkavkastningen påverkades ej. Temperatur i gödsel och stalluft Kväveförlusterna blir lägre ju lägre temperatur gödseln har. En orienterande undersökning (Carlsson & Nilsson 1999) har visat att kylning av kulvertgolv mede hjälp av värmepump i svinstall är en möjlig åtgärd för att minska avgången av ammoniak. Ett krav för att kylning av gödselytor skall vara ett ekonomiskt alternativ är att det erhållna värmet utnyttjas, t ex för uppvärmning av liggytor (svin). Stalluftens temperatur kommer indirekt att påverka gödselns temperatur. De möjligheter som finns är att undvika onödigt höga lufttemperaturer (mer än vad djuren kräver för en effektiv produktion och ett komfortabelt klimat). Det är först och främst för nötkreatur som det finns möjlighet att sänka stalluftens temperaturnivå genom ökat ventilationsflöde under de perioder då ventilationsflödet ligger under maximiventilation (sommartid). Stallets ventilationsflöde Undersökningar (Andersson 1995a; Gustafsson 1996) har visat att avgivningen av ammoniak kan öka vid ökat ventilationsflöde. Orsakerna är: * Ökade luftrörelser gör att gasen trycks upp ur gödselkulvertar. * Ökad luftväxling innebär ofta ökade luftrörelser kring gödselns yta, vilket ökar överföringen av ammoniak från gödseln till luftten. Högst emission uppträder sommartid beroende på höga ventilationsflöden (större drivkraft för avgivningen) men också beroende på högre temperaturnivå inuti stallarna. Under de perioder då ventilationsflödet är lägre än maximiventilation är frågeställningen om stalluftens temperatur eller stallets luftväxling kommer att ha störst påverkan på avgivningen. Ett ökat ventilationsflöde kan under dessa perioder sänka temperaturnivån. Datorberäkningar (Andersson 1996) tyder på att en sänkning av temperaturen genom ökad ventilation kan ge en minskad avgång av ammoniak. Luftrörelse i stallet Luftintagens funktion och placering kan också påverka avgivningen av gödselgaser eftersom de påverkar luftrörelser kring de ytor som är täckta med urin och träck. Vid placering av luftintag bör man därför eftersträva att de ger så låga lufthastigheter som möjligt kring dessa ytor. En intressant åtgärd är att vid nybyggnad av ett stall utforma gödselkanaler djupare, och på så sätt minska lufthastigheten. Teoretiska beräkningar har visat att den totala emissionen av ammoniak från ett svinstall kan reduceras med upp till 30 % om gödselkulverten under spaltgolvet görs 1,20 m djup istället för 0,45 m (Andersson, 1995b). Luftläckage genom utgödslingssystem Lufttillförsel till stallarna genom utgödslingssystemet är tyvärr alltför vanligt. Effektiva avstängningsanordningar i gödselkanalerna är en viktig förutsättning för att överhuvudtaget uppnå acceptabla gashalter i stallar med gödselkulvertar. Om kulvertarna inte är säkert avstängningsbara mot uteluften kommer de att fungera som luftintag och luften kommer att dra upp föroreningar från gödseln. Det här kan elimineras genom täta luckor, vattenlås eller utsugningsfläktar i utgående kulvertar. I de fall det finns kanaler för urindränering krävs avstängningsanordningar även i dessa kanaler. 59

Ventilationsprinciper Utformningen av frånluftsdonen är den faktor som påverkar stallets koncentration av ammoniak mest i svinstallar. I Sverige är frånluftsfläktar normalt placerade i tak eller väggar. Om stallet är utrustat med gödselkulvertar under spaltgolvet finns goda möjligheter att uppnå en markant sänkning av stalluftens koncentration av ammoniak genom att suga ut luft genom kulvertarna. Denna typ av gödselgasventilation ökar dock luftrörelserna nere i gödselkulverten, vilket kan öka avgången till omgivningen. Emissionen av ammoniak har därför undersökts både vid väggplacerad fläkt och vid gödselgasventilation genom en gödselkulvert vid olika ventilationsflöden i ett slaktsvinstall (Gustafsson 1996). Det framgick att vid högre ventilationsflöden kommer gödselgasventilationen att öka emissionen. Däremot ligger emissionerna på samma nivå vid lägre flöden. Eftersom gödselgasventilation innebär mycket stora förbättringar för arbets- och djurmiljön i stallar genom sänkt ammoniakkoncentration bör denna ventilationsprincip rekommenderas trots viss risk för ökad emission. Ca 30-40 % av maximiventilationen i ett svinstall bör kunna evakueras genom gödselkulvertar utan att emissionen av ammoniak ökar i nämnvärd grad. Gödsellager Luftväxlingen och lufthastigheten kring gödsel och urin kommer att ha stor betydelse för emissionens storlek även under lagringen. Det är däför angeläget att begränsa luftrörelse i gödsellager. Ett sätt är att förse gödselbehållare med tak. Tätheten hos tre olika takkonstruktioner har undersökts (Gustafsson & Anderson 1998): * Trätak * Plasttält * Betongtak Lägst luftväxling i förhållande till behållarens bottenyta hade plasttältet, 0.33 m 3 /m 2, h. Luftväxlingen i behållarna med betong- respektive trätak var 0.68 och 0.86 m 3 /m 2, h. Referenser Andersson, M. 1995a. Ammonia volatilization from cow and pig manure - Results from laboratory studies with a new climate pig chamber. Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi. Rapport nr 98. Alnarp. Andersson, M. 1995b. The effect of different manuring systems on ammonia emissions in pig buildings. Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi. Rapport nr 100. Alnarp. Andersson, M. 1995c. Performance of bedding materials in reducing ammonia emissions from pig manure. Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi. Rapport nr 101. Alnarp. Andersson, M. 1996. Åtgärder för att minska ammoniakemissioner i djurstallar i Sverige. Proceedings: NJFseminarium Teknik i Århus 30-31 oktober. Nordiska Jordbruksforskares Förening. Carlsson, A. & Nilsson, O. 1999. Ammoniakemisssioner vid kylning av gödsel i gödselkulvert. Examensarbete 13 och 56. SLU, Lantmästareprogrammet, Alnarp. Frank, B., Andersson, M. & Gustafsson, G. 1997. Sänkt proteinhalt i kofodret minskade ammoniakutsläppet till en tredjedel i kortidsförsök i Alnarp. Stiftelsen Sydsvensk Jordbruksforskning. Info nr 7. Alnarp. Gustafsson, G.1996. Åtgärdsteknik mot luftföroreningar i djurstallar. Proceedings: NJF-seminarium Teknik i Århus 30-31 oktober. Nordiska Jordbruksforskares Förening. Gustafsson, G. 1997. Åtgärder mot ammoniak i svinstallar. Tidskriften Svinskötsel nr 9 sid 22-28. Gustafsson, G. & von Wachenfelt, E. 1997. Gödselgasventilation i stallar för lösgående värphöns. Sveriges Lantbruksuniversitet. Inst. för Jordbrukets biosystem och teknologi. Rapport nr 111. Alnarp. 60

Gustafsson, G. & Andersson, M.. 1998. Utveckling av en metod för bestämning av ammoniakutsläpp från täckta gödselbehållare. Sveriges Lantbruksuniversitet. Inst. för Jordbrukets biosystem och teknologi. Specialmeddelande 230. Alnarp. Jeppsson, K-H. 1995. Kväveförluster från djupströbäddar. Sveriges lantbruksuniversitet. SLU-Info. Faktablad-Teknik 6. Uppsala. Karlsson, S. & Jeppsson, K-H. 1995. Djupströbädd i stall och mellanlager. Jordbrukstekniska institutet, JTIrapport 204, 120 s. Uppsala. Svennerstedt, B. & Praks, O. 1997. Dräneringsförmåga och ammoniakemission för dränerande golvsystem. Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi. Rapport nr 112. Alnarp. 61