Ammoniak en Methaan - ILVO

4/10/2015
Ammoniak en methaan
vergeleken: oorsprong en
reductiemogelijkheden
ILVO DIER
OG Rundveehouderij:
Leen Vandaele / Sam De Campeneere
Sam De Campeneere
Leen Vandaele
Nico Peiren
Karen Goossens
Ammoniak
Methaan
NH3
CH4
Wat is ammoniak?
Wat?
Wat?
Stikstof en 3 waterstof atomen
Problematiek
Problematiek
Oorsprong
Oorsprong
Reductiemogelijkheden
Reductiemogelijkheden
Meettechniek
Meettechniek
NH3
Ammoniak is bij kamertemperatuur een
kleurloos, giftig en brandbaar gas met
een karakteristieke, sterk prikkelende
geur.
Gebruik:
Schoonmaakmiddel
Verfverwijderaar
Koelmiddel in koelinstallaties
NH3
CH4
Wat is methaan?
Koolstof en 4 waterstof atomen
Methaan is bij kamertemperatuur en bij
atmosferische druk een gas.
NOx
Problematiek:
Vermesting en verzuring
N (lucht)
emissie
immissie
NH3
Methaan is het voornaamste
bestanddeel van aardgas. Aardgas wordt
in de natuur aangetroffen in samenhang
met aardolie en andere fossiele
brandstoffen en heeft een vergelijkbare
geologische oorsprong, ontstaan uit
vergane resten organisch materiaal.
SBZ
Depositie
IHD
Is een
lokaal probleem
Naar Van Den Bossche, 2014
1
4/10/2015
Problematiek:
NH3
CH4
Bronnen Ammoniakemissie Veeteelt
Pluimvee
Varkens
Runderen
Problematiek:
Broeikaseffect / opwarming van de aarde
Andere
2%
Runderen
9%
Weide
11%
34%
55%
Land
28%
Stal
61%
Opslag
0%
Is een
Bron: VMM persoonlijke communicatie
Problematiek:
Broeikaseffect / opwarming van de aarde
Vlaamse emissies / BKG (CO2 eq.)
CH4
•
De voornaamste bronnen van de CH4-productie in de landbouw zijn
fermentatie in de pensmaag bij herkauwers (49%) en dierlijke mest
(44%) (varkens (38%)-rund (6%))
•
Een melkkoe produceert 200 tot 500 g methaan per dag. Dit komt
overeen met 6-10% van de bruto energie inname.
•
Niet de koe maar micro-organismen vormen methaan uit H2 en CO2,
deze moleculen ontstaan tijdens de anaerobe afbraak van het voeder.
•
90% CH4 vorming in de pensmaag en 10% in de dikke darm. Het
methaan wordt daarna uitgescheiden via oprispingen (eten,
herkauwen), ademhalen en (zeer beperkt) via winden
Landbouwemissies per BKG (CO2 eq.)
1%
5%
6%
23%
koolstofdioxide
koolstofdioxide
40%
methaan
methaan
lachgas
lachgas
HFK's
88%
37%
Bron: MIRA-T 2010
Landbouw 11% van alle BKG-emissies in Vlaanderen
Maatschappelijke plicht voor iedere sector de uitstoot te verminderen
Ammoniak
Methaan
NH3
CH4
Stikstof
Koolstof
Lokaal probleem verzuring en vermesting
Mondiaal probleem opwarming aarde
CH4
Oorsprong: koolhydraten!
suiker
CH4
zetmeel
LONGEN
DUNNE
DARM
pensbestendig zetmeel
Voeder (KH en RC)Figuur van de koe
1
RC
BZ
PZ
CO2
CH4
CH4
feces
AZ
CH4
bloedbaan
DIKKE DARM
onverteerde
KH en RC
H2
•
•
Klimaatwebsite.be
pyruvaat
CH4
mondiaal probleem
glucose
CH4
CH4
Energie
UIER
melkvet
lactose
2
4/10/2015
NH3
CH4
Oorsprong: eiwit!
- Opeenvolging van processen in de koe
Eiwit -> NH3 –> ureum (urine)
- In stal:
Faeces (incl urease) en urine (ureum) komen
samen

Afbraak naar NH3
 Snelle reactie
 Ook bij kleine conc
- Invloed van conc ureum, temp, pH, …
Oorsprong: eiwit !
IN HET DIER
NH3
DUNNE
DARM
PENS
voedereiwit
speeksel
1
pens bestendig eiwit
onbestendig eiwit
niet-eiwit stikstof
ureum recyclage
bloedbaan
AZ
NH3
DIKKE
DARM
NH3
Oorsprong:
NH3
Oorsprong:
IN DE STAL/OMGEVING
feces
urine
microbieel
eiwit
AZ
NH3
NIER
NH3
LEVER
NH3 
ureum
UIER
melkeiwit
melkureum
Oorsprong:
NH3
LUCHT
5
5
NH3 (g) verlaat stal naar omgeving
4
NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)
60-70% vd stalemissies
GRENSLAAG
roostervloer
1
lucht
NH3 (g)
30-40% vd stalemissies
NH3 (g)
NH3 (l)
Bron: Sommer et al. (2006b; 2013) en Philippe et al. (2011a)
mest
grenslaag
3
2
NH4+
1
Organisch N
NH3 (vl) <-> NH3 (g)
2
NH4+ (vl) <-> NH3 (vl) + H+
MEST
4
mestkelder
3
urease
1
Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3- + OH-
3
4/10/2015
NH3
CH4
Stikstof
Koolstof
Lokaal probleem verzuring en vermesting
Mondiaal probleem opwarming aarde
Stalemissie vanuit gemengde mest
Dier (vooral muil) + stalemissie mest
CH4
Reductiemogelijkheden:
1. Manipulatie van de pensflora/pensfermentatie
CH4
Reductiemogelijkheden
1. Manipulatie van de pensflora/pensfermentatie
• Incl. aanpassingen van het rantsoen
2. Fokkerij/selectie/management
Reductiemogelijkheden:
CH4
1. Minder H2 vorming
Azijnzuur
1. Minder H2 vorming
2. H2 captatie op een andere manier
3. Methaanvormers uitschakelen
CH4
Reductiemogelijkheden:
2. H2 captatie op een andere manier
Propionzuur
Boterzuur
andere
Suiker
53
16
26
6
Zetmeel
49
31
15
5
Hemicellulose
51
12
32
5
Cellulose
68
12
20
0
Eiwit
44
18
17
21
CH4
Reductiemogelijkheden:
3. Methaanvormers uitschakelen
Enkele voorbeelden:
Enkele voorbeelden:
Onverzadigde vetzuren
Fumaraat
Nitraten
Sulfaten
Antibiotica (bv. Monensin)
Saponines (natuurlijke zepen)
Tannines (vormen eiwit complexen)
Plant extracten (thijm, look, ….)
Effecten in werkelijkheid meestal duidelijk minder groot dan theoretisch verwacht
In praktijk 3 grote moeilijkheden:
effect aanhouden in de tijd (aanpassing van flora)
productie op niveau houden
(kostprijs)
4
4/10/2015
Reductiemogelijkheden:
CH4
CH4
2. Fokkerij/selectie/management:
Ingrijpen op dier of kuddeniveau
Methaan per liter melk
CH4 per liter melk
• Genetische selectie
voederefficiëntie
lage methaanproductie
• Immunisatie
• Verbeteren efficiëntie van productiesystemen (verbeterde
vruchtbaarheid, minder ziekte)
• Hoog-productieve dieren gebruiken
relatief kleinere (CH4-productie door) onderhoudsbehoefte/L
lager vezelaandeel
Melkproductie (l/dag)
Reductiemogelijkheden:
NH3
NH3
Reductiemogelijkheden:
STAL
5 NH3 (g) verlaat stal naar omgeving
(5)
5 NH3 (g) verlaat stal naar omgeving
(5)
4 NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)
4 NH3 (g, grenslaag) <-> NH3 (g, lucht)
Staltechnieken
Reinigen lucht bij verlaten stal
STAL
MESTOPSLAG
Staltechnieken
Verlagen temperatuur in mest
Verminderen luchtsnelheid aan de grenslaag
Reductie emissie oppervlakte (rooster + put)
Inspelen op de verschillende
processen die aan de
oorsprong liggen van de NH3emissie
3 NH (l) <-> NH (g)
(3)
3
3
2
Staltechnieken
Verlagen temperatuur (in mest)
2
NH4+ (l) <-> NH3 (l) + H+
STAL
3 NH (l) <-> NH (g)
(3)
3
3
DIER
NH4+ (l) <-> NH3 (l) + H+
Staltechnieken
Verzuren van mest
Verlagen temperatuur (in mest)
DIER
urease
urease
1 Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3- + OH(1)
1 Ureum + 3H2O <-> 2NH4+ + HCO3- + OH(1)
Reductiemogelijkheden:
NH3
NH3
1. Voeding
STAL
Voeding
Verzuren urine (nietherkauwers)
KUDDE
Voeding
Management
Minder ureum in urine
Weidegang: scheiding
faeces en urine
STAL
Staltechnieken
Scheiding faeces en
urine
Remmen urease
activiteit
Reductiemogelijkheden:
1. Voeding
NH3
- Verfijnen van de eiwitvoorziening => efficiënter omgaan met Stikstof
1. Voeding
PENS
voedereiwit
speeksel
pens bestendig eiwit
onbestendig eiwit
AZ
microbieel
niet-eiwit stikstof
NH3
eiwit
ureum recyclage
bloedbaan
NH3
DUNNE
DARM
DIKKE
DARM
feces
 Minder NH3 overschot in de pens
 Lagere urinaire stikstof (ureum) verliezen
urine
AZ
NH3
NIER
Stikstofuitscheiding Melk
LEVER
NH3 
ureum
UIER
melkeiwit
melkureum
Stikstofefficiëntie =
Totale stikstofopname
5
4/10/2015
Reductiemogelijkheden:
NH3
Reductiemogelijkheden:
NH3
2. Management
1. Voeding
MAAR
Melkvee gescheiden laten urineren en defeceren.
Koe is herkauwer en per definitie niet erg efficiënt met stikstof
Fysiologisch is maximale efficiëntie mogelijk van 43% (Praktijk 28-30%)
N faeces
89 g/dag
20 %
N Balans (cte gewicht)
N opname
0 g/dag
461 g/dag
0%
N urine
174 g/dag
38 %
DMI 24 kg/d
N 19 g/kg DS
RE 120 g/kg DS
N melk
198 g/dag
43 %
Bron: Dijkstra, 2013
Reductiemogelijkheden:
NH3
3. Staltechnieken
NH3
Reductiemogelijkheden:
3. Staltechnieken
LUCHT
5
Reinigen van de lucht bij verlaten van de stal
GRENSLAAG
roostervloer
1
NH3 (g)
NH3 (l)
mest
MEST
4
mestkelder
grenslaag
3
2
NH4+
Reductie van emissieoppervlakte
• Zorgen voor minder bevuild oppervlak
Verlagen temperatuur in de mest/rooster
lucht
NH3 (g)
Verminderen luchtsnelheid aan de grenslaag
• Ventilatie
1
Scheiding faeces en urine
• Vloersystemen met helling, profielen om urine af te voeren
Verzuren van de mest
• Via voeding (niet mogelijk bij herkauwers)
• In de mestkelder => aantal moeilijkheden
Organisch N
NH3
CH4
Stikstof
Koolstof
Lokaal probleem verzuring en vermesting
Mondiaal probleem opwarming aarde
Stalemissie vanuit gemengde mest
Dier (vooral muil) + stalemissie mest
Voeder / Management / Staltechnieken
Fermentatie / Fokkerij/management
CH4
Meettechnieken op ILVO:
6 gasuitwisselingskamers
6
4/10/2015
CH4
Meettechnieken op ILVO:
Meettechnieken op ILVO:
NH3
2 Greenfeed units
DIERNIVEAU
1. Ureum uitscheiding (N-uitscheiding)
=> N-balansstudies
NH3
Meettechnieken op ILVO:
NH3 + CH4
Meettechnieken op ILVO:
Mestemissies
1. Ureum uitscheiding (N-uitscheiding)
=> N-balansstudies
Urine
aangezuurd
Urine niet
aangezuurd
Kg urine
N-bepaling
Ureum-concentratie
Faeces
Kg faeces
N-bepaling
Melk
Kg melk
N-bepaling
MUC
Mestemissies
NH3
Meettechnieken op ILVO:
STALNIVEAU
Besluit
NH3
CH4
DOELSTELLING: meten NH3 concentratie in lucht die stal verlaat
Moeilijkheden: Ventilatiedebiet moet gekend zijn
Stikstof
Koolstof
Lokaal probleem
Mondiaal probleem
Stalemissie vanuit gemengde mest
Dier (vooral muil) + stalemissie mest
Voeder / Management / Staltechnieken
Fermentatie / Fokkerij/management
Meten op stalniveau + mest
Meten op dierniveau + mest
7
4/10/2015
Met Dank Aan
Nico Peiren, Dorien Van Wesemael, Karen Goossens
Vragen?
Instituut voor Landbouwen Visserijonderzoek
Burg. Van Gansberghelaan 96
9820 Merelbeke – België
T + 32 (0)9 272 25 00
F +32 (0)9 272 25 01
[email protected]
www.ilvo.vlaanderen.be
8