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Am besten in die Biogasanlage! Zu diesem Schluss kommt eine soeben im Fachblatt Journal of Cleaner Production veröffentlichte Studie Potsdamer Wissenschaft-ler*innen. Ein neuer Modellierungsansatz liefert robuster als bisher Aussagen zur Emission klimarelevanter Gase aus dem Wirtschaftsdüngermanagement und bietet damit Entscheidungshilfe für eine klimafreundliche Verwertung von Geflügelmist.
Die Produktion von Masthähnchen hat sich in den letzten 20 Jahren verdoppelt. Weltweit werden jährlich mehr als 70 Milliarden Tiere geschlachtet, Tendenz steigend. Mit der Zahl der Tiere steigt auch die Menge des anfallenden Dungs. Geflügelmist, bestehend aus Ausscheidungen, Federn und Einstreu, ist reich an Nährstoffen und wird als Wirtschaftsdünger in der Landwirtschaft geschätzt. Der hohe Stickstoffgehalt und die vergleichsweise rasche Mineralisierung können jedoch Stickstoffeinträge ins Grundwasser und erhebliche Schadgas- und Treibhausgasemissionen verursachen, insbesondere in Form von Ammoniak, Methan, und Lachgas. Möglichkeiten einer klima- und umweltfreundlichen und zugleich wirtschaftlichen Verwertung von Geflügelmist werden daher immer wichtiger.
In einer vergleichenden Analyse haben Wissenschaftler*innen des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie vier Behandlungen von Dung aus der Hähnchenmast und die nachfolgende Ausbringung auf das Feld im Hinblick auf potenzielle direkte und indirekte Treibhausgasemissionen für die Situation in Deutschland bewertet. Verglichen wurden die Lagerung des Dungs und nachfolgende Ausbringung auf das Feld, die Kompostierung, die anaerobe Vergärung in einer Biogasanlage sowie die Nutzung der Biomasse für die Produktion von Biokohle.
Bisherige Analysen haben gezeigt, dass sich nicht nur einzelne Managemententscheidungen wie die Art und Dauer der Kompostierung deutlich im Berechnungsergebnis niederschlagen. Auch Faktoren, die ursprünglich zur Abschätzung der Emissionen auf nationaler Ebene entwickelt wurden, vielfach jedoch auch bei der Betrachtung von Einzelmaßnahmen verwendet werden, haben großen Einfluss auf das Ergebnis. „Diese Emissionsfaktoren wurden aus einer Vielzahl von Studien abgeleitet, und sollen für die mittlere Situation auf größerer geografischer Ebene repräsentativ sein. Die lokalen Gegebenheiten können allerdings nicht unerheblich davon abweichen, so dass leicht ein falscher Eindruck von gesicherten Ergebnissen entsteht“, erläutert ATB-Wissenschaftler Dr. Ulrich Kreidenweis.
Im Rahmen dieser Studie wurde daher ein neues Modell zur Berechnung der Treibhausgasemissionen entwickelt, in dem der Einfluss unterschiedlicher Managementoptionen und unsicherer Parameter berücksichtigt wurde. Zudem haben die Wissenschaftler*innen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Prozessen berücksichtigt, beispielsweise für den Fall, wenn aufgrund der hohen Emissionen aus dem Dung bereits während der Kompostierung nach der Ausbringung auf dem Feld das kompostierte Material weniger emittiert.
Die Studie zeigt, dass die Biogaserzeugung aus Geflügeldung mit den geringsten Treibhausgasemissionen verbunden ist. Zurückzuführen ist dies hauptsächlich auf die Substitution von Mineraldünger und die Produktion von Strom: Die anaerobe Vergärung nutzt das im Dung enthaltene energetische Potenzial zur Erzeugung von Wärme und Elektrizität und reduziert zudem die Lachgasemissionen während der Vergärung im geschlossenen System. Der Gärrest ergibt einen wertvollen Dünger, der noch immer den größten Teil des Stickstoffs enthält.
Die Studie unterstreicht auch, dass die Biogasproduktion gut gesteuert werden muss, um zu niedrigen Emissionen zu führen. „Gärreste sollten unbedingt in einem geschlossenen Tank gelagert werden. Auch müssen Lecks in Gasspeichern und unvollständige Verbrennung im Blockheizkraftwerk verhindert werden, um Methanemissionen so gering wie möglich zu halten“, gibt Dr. Ulrich Kreidenweis zu Bedenken. „Hohe Methanverluste durch Undichtigkeiten können den Vorteil der Biogasproduktion teilweise zunichte machen.“
Als zweitbeste Option erwies sich die Produktion von Biokohle durch Pyrolyse und die anschließende Ausbringung auf dem Feld. Bei der Verkohlung von Biomasse wird ein Teil des Kohlenstoffs langfristig in Form der Biokohle gebunden und im Boden angereichert, wodurch CO2-Emissionen vermieden werden. Dieser Effekt und geringe Methanemissionen während der Produktion gleichen Nährstoffverluste und die damit einhergehende geringere Düngewirkung in Hinblick auf die Klimabilanz aus. Allerdings konnten diese Berechnungen nicht mit Praxisdaten durchgeführt werden. Hier sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, insbesondere um die Emissionen aus der Zersetzung von Biokohle über lange Zeithorizonte zuverlässiger berechnen zu können.
Hinsichtlich der Klimabilanz erwies sich die Kompostierung als ungünstigste Option. Im Unterschied zur einfachen Lagerung bewirkt das mehrfache Wenden des Komposts höhere Emissionen, hauptsächlich durch Verluste an Stickstoffverbindungen.
„Für die Nutzungsoption Biogas hat unser Vergleich sehr robuste Ergebnisse geliefert“, resümiert Dr. Ulrich Kreidenweis. „Im Fall der Kompostierung haben wir aber gesehen, dass die Wahl der Berechnungsmethode teilweise einen größeren Einfluss auf die Ergebnisse hatte als beispielsweise die Frage, ob der Kompost nur kurz oder über eine weite Strecke transportiert wird. Um in solchen Fällen gesicherte Erkenntnisse über die Klimabilanz zu gewinnen sind weitere Feldversuche nötig, die uns dabei helfen den Einfluss lokaler Bedingungen zu verstehen, und so die Unsicherheiten verringern.“
Originalpublikation:
Kreidenweis, U.; Breier, J.; Herrmann, C.; Libra, J.; Prochnow, A. (2020): Greenhouse gas emissions from broiler manure treatment options are lowest in well-managed biogas production. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124969
Kontakt:
Dr. Ulrich Kreidenweis
Tel.: 0331 5699-219, E-Mail: ukreidenweis@atb-potsdam.de
Prof. Dr. Annette Prochnow
Tel.: 0331 5699-210, E-Mail: aprochnow@atb-potsdam.de
Helene Foltan - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)
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Die Forschung des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) an der Schnittstelle von biologischen und technischen Systemen hat das Ziel, Grundlagen für nachhaltige bioökonomische Produktionssysteme zu schaffen. Dazu entwickelt und integriert das ATB neue Technologien und Managementstrategien für eine wissensbasierte, standortspezifische Produktion von Biomasse und deren Nutzung für die Ernährung, als biobasierte Produkte und Energieträger – von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung.
Mit dem Ziel, bioökonomische Stoffkreisläufe zu schließen, forscht das ATB intensiv an Strategien zur Verwertung von agrarischen Reststoffen durch die anaerobe Vergärung zur Erzeugung von Biogas sowie an thermochemischen Behandlungen (Pyrolyse und hydrothermale Karbonisierung) von Biomasse zur Produktion von Biokohlen, die z.B. als Bodenhilfsstoff oder Energieträger Verwendung finden können.