Im Rahmen der AG „Immissionsschutz“ der Geschäftsstelle Schwein hat ein „Immissionsschutztag“ auf dem Versuchs- und Bildungszentrum Haus Düsse stattgefunden. Dort wurden einige Möglichkeiten und Projekte zur Ammoniakreduktion in der Schweinehaltung vorgestellt. Die Ergebnisse werden nun durch die AG gebündelt in dieser Übersicht dargestellt.

Die NERC-Richtlinie (EU) 2016/2284 verpflichtet die EU-Mitgliedstaaten zur schrittweisen Senkung nationaler Emissionen der fünf wichtigsten Luftschadstoffe wie Feinstaub, Stickoxide und Ammoniak, um bis 2030 die Gesundheits- und Umweltrisiken durch Luftverschmutzung zu reduzieren. 

Das Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) bildet als übergeordnetes Rahmengesetz die rechtliche Grundlage. Die Umsetzung der NERC-Richtlinie in nationales Recht erfolgt durch die 43. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchV). Hierin werden spezifische Anforderungen an die Begrenzung von Luftschadstoffen gestellt. Die Ammoniakemissionen, die in Deutschland zu einem Großteil aus der Tierhaltung stammen, müssen demnach bis zum Jahr 2030 um 29 % gegenüber 2005 reduziert werden.

Durch die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) werden die Anforderungen des BImSchG konkretisiert. Im Anhang 11 der TA Luft sind verschiedene Minderungsmaßnahmen für die Schweinehaltung mit Reduktionspotenzialen und den zugehörigen Emissionswerten dargestellt. 

Die am Immissionsschutztag vorgestellten Möglichkeiten und Projekte beschäftigten sich unter anderem mit baulichen Maßnahmen, Fütterung, Gülleansäuerung, Güllezusatzstoffen und Emissionsmessungen mit dem Ziel Emissionsdaten aus unterschiedlichen Stallsystemen zu ermitteln und Verfahren zur Reduktion von Ammoniak zu entwickeln. Oftmals sind die Verfahren noch nicht praxisreif, legen aber möglicherweise den Grundstein für weiterführende Entwicklungen, die in den nächsten Jahren in der landwirtschaftlichen Praxis umgesetzt werden könnten.

Ammoniak entsteht in der Tierhaltung vor allem in der Gülle, wenn Harnstoff und Proteine aus Kot und Urin der Tiere durch Mikroorganismen zersetzt werden. Eine Möglichkeit, die Ammoniakemissionen zu reduzieren, ist demnach die Verringerung der Ausscheidung von Stickstoff (N), einem wesentlichen Bestandteil von Harnstoff und Proteinen. Da auch Phosphor an der Bildung von Stickstoff- und Ammoniakemissionen beteiligt ist, sollten auch die Phosphorausscheidungen reduziert werden. Die Ausscheidung von Stickstoff und Phosphor kann verringert werden, indem deren Anteile im Futter der Schweine reduziert werden. Für genehmigungsbedürftige Anlagen wurde im Rahmen der TA Luft die stark N/P reduzierte Fütterung nach DLG-Merkblatt 418 als Standard festgelegt. Darüber hinaus ist eine weitere sehr starke N/P-Reduzierung möglich.

Für jeden Produktionsabschnitt in der Schweinehaltung gibt es Höchstgehalte an Rohprotein (XP) und Phosphor (P) im Futter, die bei einer N/P reduzierten Fütterung zum Einsatz kommen dürfen. Dabei wird zwischen der stark und sehr stark N/P reduzierten Fütterung unterschieden. Zum Nachweis haben die Betriebe eine Massenbilanz zu erstellen. Für die Rationsberechnung ist es wichtig, die entsprechenden Gehalte in den einzelnen Futterkomponenten zu kennen, da diese jahresabhängig unterschiedlich ausfallen.

In der Schweinemast können bei 850g täglichen Zunahmen mit Hilfe der stark N/P reduzierten Fütterung im Vergleich zur N/P reduzierten Fütterung ca. 1 kg Stickstoffausscheidungen und 0,5 kg P₂O₂ (Phosphordioxid) pro Tierplatz und Jahr eingespart werden. Eine sehr starke Reduzierung führt zu einer weiteren Einsparung von ca. 1 kg N und 0,3 kg P₂O₂. Durch den geringeren Einsatz von Stickstoff und Phosphor im Futter sinkt auch der Bedarf an Ackerfläche für die gleiche Anzahl an Mastplätzen.

Je weiter der Stickstoffgehalt im Futter reduziert wird, desto wichtiger ist es, auch die Zusammensetzung der Aminosäuren im Futter zu kennen. Wird durch die Absenkung der Bedarf unterschritten, müssen einzelne Aminosäuren ergänzt werden. Bei einer Reduzierung des Phosphor-Gehalts im Futter sollte außerdem Phytase beigemischt werden. Die Phytase hilft, den im Futter gebundenen Phosphor für die Tiere verfügbar zu machen.

Die Vorteile der stark bis sehr stark N/P reduzierten Fütterung sollten genutzt werden, um letztlich auch den Stoffwechsel der Tiere zu entlasten und die Güllemenge zu reduzieren. Sehr wichtig sind genaue Kenntnisse über die eingesetzten Komponenten. Bei Unsicherheiten oder noch stärkeren Nährstoffreduzierungen sollte eine Beratung hinzugezogen werden.

In dem Praxisversuch des Projektes SAFT wurde die Gülle aus einem Schweinemaststall in einem Prozessbehälter außerhalb des Stalls mit Schwefelsäure angesäuert und wieder zurück in die Güllekanäle im Stall gepumpt. Dieser Prozess wurde täglich bis alle drei Tage wiederholt und automatisch mit einer Software gesteuert. Dabei wurden 9 Liter 96 %-ige Schwefelsäure (H₂SO₄₎ je Kubikmeter Gülle während des gesamten Mastdurchganges verwendet (mehrfache Ansäuerung). Die Gefahr der Freisetzung gesundheitsschädlicher Schwefelwasserstoffgase hat sich nicht bestätigt: Im Tierbereich wurde nur eine sehr geringe Schwefelwasserstoffkonzentration (H₂S) gemessen. Auch wurde bei Geruchsmessungen keine veränderte Geruchsintensität der Stallluft festgestellt. (Bild „Gülleansäuerung“)

Im Schnitt konnten die Ammoniakemissionen im Vergleich zur Kontrollgruppe um 40 % reduziert werden. Insbesondere bei Einhaltung einer guten Buchtenhygiene mit sauberen Bodenoberflächen stieg die Effizienz der Ansäuerungstechnik. Die Methanemissionen konnten um ca. 67 % gemindert werden.

Kalkuliert man das Emissionsminderungspotential für einen Betrieb mit 2.000 Mastschweinen, können jährlich 440 t CO₂- Äquivalente durch die Flüssigmistansäuerung eingespart werden – das entspricht ungefähr dem CO₂-Ausstoß von 14,5 benzinbetriebenen Autos auf 100.000 km.

Derzeit gibt es keine klare gesetzliche Regelung für Beimengungen, z. B. von Säuren zum Flüssigmist. In der „Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen“ (2017) heißt es: „Jauche-, Gülle- und Silagesickersaftanlagen (JGS-Anlagen) sind Anlagen zum Lagern oder Abfüllen ausschließlich von Wirtschaftsdünger (...), Jauche (…), tierischen Ausscheidungen nicht landwirtschaftlicher Herkunft (…), Flüssigkeiten, die während der Herstellung oder Lagerung von Gärfutter durch Zellaufschluss oder Pressdruck anfallen (...)“.

Die oben genannte Verordnung wird derzeit überarbeitet, aber noch ist unklar, ob und wann Beimengungen in JGS-Anlagen erlaubt werden.

Alternativ kann die Gülle auch im Lager, einige Tage vor der Ausbringung, oder auch während der Ausbringung mit einem Frontanbau am Schlepper mit Schwefelsäure angesäuert werden. Hier muss allerdings berücksichtigt werden, dass es insbesondere im Güllelager zu einer starken Schaumbildung kommt und weitere Auflagen wie z. B. zum Transport der Säure erfüllt werden müssen. Eine Reduktion der Ammoniakemissionen im Tierbereich wird damit jedoch nicht erreicht.

Derzeit untersucht die Universität Bonn (Institut für Landtechnik) in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern SF-Soepenberg und HAGRONIC, inwieweit die Ammoniak- und Methan-Emissionen durch die Ansäuerung von Milchviehgülle während der Lagerung reduziert werden können. Dabei wird auch der Einfluss einer vorherigen Separation der Gülle zur Verringerung der notwendigen Säuremenge betrachtet. Die Untersuchungen finden auf dem Campus Frankenforst der Universität Bonn statt.

Neben der Gülleansäuerung ist eine weitere chemische Möglichkeit zur Verringerung der NH₃-Emissionen, die Verwendung eines Ureaseinhibitors. Dieser blockiert das Enzym Urease, wodurch die Bildung von Ammoniak verhindert wird. Das Minderungspotential des Ureaseinhibitors ist abhängig von der Lüftung und dem Entmistungsverfahren (Oberflur/Unterflur). Für den Schweinebereich gibt es allerdings noch kein praxisreifes Applikationsverfahren und die Risikobewertung für die Schweine steht noch aus. (Bild „Ureaseinhibitor“)

Zur Reduzierung der Ammoniakemissionen können auch bauliche Verfahren genutzt werden. So kann die emittierende Oberfläche verringert werden, indem der Güllekanal mit Wannen mit schrägen Seitenwänden und einem getrennten Gülle- und Wasserkanal ausgestattet wird. Laut TA Luft ergibt sich so ein NH₃-Minderungspotential von 50%, in der wissenschaftlichen Literatur sind Werte von 32 – 45 % angegeben. Die Maßnahme bringt Vorteile wie eine geringere Emissionsfläche, weniger Gülle im Tierbereich und eine leichter zu reinigende Wannenoberfläche mit sich. Gleichzeitig bestehen jedoch Herausforderungen: Die Nachrüstung ist aufwändig, die klare Trennung der Funktionsbereiche mit einem separaten Kotbereich ist nicht immer gegeben, und die Gülle wird sehr trocken, wodurch sich ihre Fließfähigkeit verringert. (Bild „Wannen im Güllekanal“)

Da bei geringen Temperaturen weniger Ammoniak freigesetzt wird, kann auch eine Güllekühlung eine wirksame Maßnahme sein. Diese kann mithilfe von Kühlrippen an der Oberfläche der Gülle oder am Boden des Güllekanals erfolgen und weist laut TA Luft (2021) ein NH₃-Minderungspotential von 50 bzw. 40 % auf. Die Kühlrippen sind nachrüstbar, funktionieren mit Wasser als Kühlmittel und die Abwärme kann in anderen Ställen genutzt werden. In Versuchen im Rahmen von EmiMin zeigte sich ein NH₃-Minderungspotential von 47 %. Allerdings sind hier die Stromkosten zu beachten und auch die Einhaltung der Funktionsbereiche ist nicht immer gegeben, da die Schweine sich teilweise auf den kühlen Güllekanal legen und auf den planbefestigten Boden koten. Bei der Kühlung über den Kanalboden muss die neue (warme) Gülle immer von unten nachgekühlt werden. Diese Methode wurde in EmiMin nicht weiterverfolgt. Die Güllekühlung hat den Vorteil, dass neben den Ammoniakemissionen auch Methan reduziert wird. (Bild „Kühlrippen“)

Eine weitere bauliche Maßnahme stellt die Kot-Harn-Trennung dar. Diese kann entweder durch einen Unterflurschieber mit einer Güllekanalsohle mit 3 – 10 % Gefälle und Harnrinne oder ein Kotband mit 4 % Gefälle umgesetzt werden. Das NH₃-Minderungspotential für das Kotband wird in der TA Luft mit 60 % angegeben. Es gibt jedoch auch eine Studie, die kein Minderungspotential nachweisen konnte. Hier wurde ein Kotband mit einer sehr glatten Oberfläche verwendet. Deshalb sind Kot und Harn zusammen in die Mitte gerutscht und der gewünschte Effekt blieb aus. Für den Unterflurschieber werden Minderungswerte zwischen 40 und 54 % angegeben. Diese Techniken sind aus dem Rinder- bzw. Geflügelbereich bekannt und können teilweise nachgerüstet werden. Für eine gute Funktionalität ist die Sauberkeit der Spalten besonders wichtig. (Bild „Unterflurschieber_2“)

Bei den technischen und baulichen Maßnahmen ist zu beachten, dass diese zum Teil Eingriffe in die Bausubstanz darstellen und daher womöglich genehmigungspflichtig sind. Diese Maßnahmen müssen betriebsspezifisch betrachtet werden, da sich nicht alle Maßnahmen auf jedem Betrieb umsetzen lassen.

Es sind zahlreiche Güllezusätze verfügbar, die laut der Hersteller zu einer Minderung von Ammoniakemissionen führen sollen. 

Im Projekt EmiAdditiv wurden an der LfL in einer vollautomatischen Versuchsanlage rund 20 Güllezusätze unter standardisierten Bedingungen auf ihre Wirksamkeit geprüft. 

Wirkmechanismen der Güllezusatzstoffe:

• Chemisch: Verschiebung des Gleichgewichtes zwischen Ammoniak und Ammonium, sodass mehr Ammonium in Lösung gebunden wird und weniger Ammoniak emittiert, Bsp.: Säuren
• Biologisch: Förderung der Mikroorganismentätigkeit und/oder veränderte Zusammensetzung der Bakterienflora, beispielsweise durch die Zugabe von Präparaten auf der Basis von Mikroorganismen oder Mikrobennahrung (z. B. Zuckerrübenmelasse)
• Physikalisch: Absorption von Ammoniak und/oder Ammonium, Bsp.: Tonminerale, Gesteinsmehle, Pflanzenkohle

Im Projekt Gülleansäuerung wurden die erforderlichen Zugabemengen für eine Ansäuerung mit chemisch wirkenden Zusätzen wie Schwefelsäure, Milchsäure und Zitronensäure ermittelt. 

Um die Gülle auf einen pH-Wert von 5,5 anzusäuern, wird 3,5-mal so viel Zitronensäure und 5-mal so viel Milchsäure wie Schwefelsäure benötigt. Auch die Kosten für die organischen Säuren sind deutlich höher, sodass Schwefelsäure bislang die kostengünstigste und effektivste Säure zur Senkung des pH-Wertes ist. Zusätzlich wurde die benötigte Menge an Schwefelsäure zur Ansäuerung auf unterschiedliche pH-Werte getestet. Da es eine große Spannbreite sowohl innerhalb einer Wirtschaftsdüngerart als auch bei Wirtschaftsdüngern unterschiedlicher Herkunft (Rindergülle, Schweinegülle, Gärrest) gibt, empfiehlt sich eine Titration des Wirtschaftsdüngers im Labor. So können die erforderliche Säuremenge und damit auch die Kosten eingeschätzt werden. Auch wird bei Ansäuerung direkt bei der Ausbringung (pH-Wert von 6,4) weniger Säure benötigt als bei der Ansäuerung im Stall oder Lager (Ziel pH-Wert 5,5 bis 6).

Als biologisch wirkende Zusätze wurden verschiedene Kohlenstoffquellen u. a. Zuckerrübenmelasse untersucht, die als Mikrobennahrung dienen. Die Zugabe einer Kohlenstoffquelle führt zur Bildung flüchtiger Fettsäuren und damit zu einer pH-Wert-Absenkung. Folglich werden die Ammoniakemissionen reduziert. Dabei konnten jedoch auch Zielkonflikte beobachtet werden. So führte die Zugabe der Kohlenstoffquellen teilweise zu einer starken Schaumbildung sowie Geruchsbelastung. Auch die benötigte Menge von 50 kg Zuckerrübenmelasse pro Kubikmeter Gülle ist in der landwirtschaftlichen Praxis ökonomisch nicht tragbar. 

Als physikalische Wirkstoffe wurden Calciumcarbonat, Leonardit (ein Abbauprodukt von Braunkohle), Zeolith (ein Vulkanmineral) und Pflanzenkohle getestet. Eine Ammoniakreduktion konnte bei Calciumcarbonat, Leonardit und Zeolith nachgewiesen werden, Die Effektivität war bei diesen Zusätzen teils stark von der eingesetzten Menge abhängig. Bei der getesteten Pflanzenkohle hingegen gab es keine signifikante Ammoniakminderung.

Auch sogenannte „kosmisch wirkende Zusätze“ mit Calciumcarbonat als Trägermaterial wurden untersucht. Gegenüber herkömmlichem Calciumcarbonat konnte allerdings keine signifikant geringere Ammoniakemission nachgewiesen werden.

Im Nachfolgeprojekt EmiAdditiv II werden aktuell verschiedene Einflussfaktoren auf die Wirkungsweise von Zusatzstoffen untersucht. Hierbei werden u. a. Versuche zur Dosis-Wirk-Beziehung sowie zum Temperatureinfluss durchgeführt. Das Ziel ist es, am Ende des Projektes Empfehlungen für eine emissionsarme Güllebehandlung aussprechen zu können. 

Im Projekt EmiMod werden nicht nur die Ammoniakemissionen gemessen; das Projekt beschäftigt sich auch mit Bioaerosolen in Schweineställen mit Auslauf. Bioaerosole sind luftgetragene Partikel biologischen Ursprungs, darunter Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Pilzsporen, sowie biologisches Material wie Pollen oder Hautschuppen. Sie können infektiöse Erkrankungen übertragen oder allergische Reaktionen auslösen. Für die Messung von Bioaerosolen werden Luftproben mittels automatisierter Systeme genommen, indem Luft eingesaugt wird und die Partikel mit Flüssigkeit ausgewaschen und in Proberöhrchen gesammelt werden. Diese werden anschließend im Labor mikrobiologisch aufbereitet, sodass die enthaltenen Bioaerosole sichtbar gemacht werden. In dem Projekt konnten bereits Tagesprofile für freibelüftete Ställe aufgenommen werden. In weiteren Versuchen soll untersucht werden, welche Auswirkungen Bioaerosole aus freibelüfteten Ställen auf die menschliche Gesundheit haben. (Bild „Bioaerosolmessung“)

InKalkTier ist ein interaktives Kalkulations- und Informationssystem zu Tierwohl, Umweltwirkung und Ökonomie von zukunftsfähigen Tierhaltungsverfahren. Die Web-Anwendung bietet Hilfestellung bei der Planung und Beurteilung von Ställen für Schweine, Rinder, Hühner und Puten und kann von Behörden, Landwirt:innen, Berater:innen, Schüler:innen und Studierenden sowie Wissenschaftler:innen verwendet werden. InKalkTier bewertet die Tiergerechtheit, die Emissionspotenziale von Ammoniak und Geruch sowie die Investitionskosten von Haltungsverfahren. Nutzer:innen können zwischen verschiedenen Haltungsverfahren wählen und diese an ausgewählten Stellen anpassen, sodass beispielsweise der Effekt emissionsmindernder Maßnahmen auf die Emissionspotenziale nachvollzogen werden kann. Die zugrundeliegenden Werte für die Bewertung der Ammoniak-Emissionspotenziale wurden in Praxisversuchen im Rahmen der Projekte EmiDaT und EmiMin ermittelt und durch eine umfangreiche Literaturrecherche ergänzt. Die in InKalkTier ausgewiesenen Emissionspotenziale können als Orientierung für die eigene Stallplanung dienen. 

Weitere Informationen 

Nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) sind Tierhaltungsanlagen ab einer bestimmten Größe immissionsschutzrechtlich genehmigungspflichtig. Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) gibt für diese Anlagen eine stark N/P-reduzierte Fütterung sowie eine Minderung der Ammoniakemissionen um 70 % gegenüber dem Referenzwert durch den Einsatz einer Abluftreinigungsanlage vor. Sollte die Nachrüstung einer Abluftreinigungsanlage nicht verhältnismäßig sein, ist eine Minderung um 40 % durch den Einsatz anderer Maßnahmen nachzuweisen. Für tiergerechte Außenklimaställe ist eine Minderung um 33 % ausreichend. 

Wie und unter welchen Bedingungen die vorgestellten Maßnahmen zur Ammoniakreduktion eingesetzt werde können, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Kosten und Praxistauglichkeit spielen eine große Rolle, aber auch die Frage, ob eine Maßnahme genehmigungsfähig ist. Am einfachsten umzusetzen ist die stark bis sehr stark N/P-reduzierte Fütterung. Wichtig ist hierbei eine gute Beratung, welche Rohstoffe in welcher Rezeptur gut einsetzbar und welche Ergänzungen (z.B. Phytase, freie Aminosäuren) notwendig sind. 

Emissionsmindernde Maßnahmen müssen immer betriebsindividuell betrachtet werden – es gibt keine Lösung, die gleichermaßen für alle Betriebe passt. Daher ist eine Beratung zur baulichen Umsetzung, zur Funktionalität in der Praxis und zu den Fördermöglichkeit von Minderungsmaßnahmen dringend zu empfehlen.