Mit der Respirationsanlage an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein können umfassende Stoffwechselversuche durchgeführt sowie Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen getestet werden.

© HBLFA Raumberg-Gumpenstein

ClimCattle

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Die Klimawirkung von Wiederkäuern. Aufbau und Entwicklung einer Respirationsanlage zur Erhebung der Methanemissionen beim Wiederkäuer

Titel (englisch)

Climate impact of ruminants, Development of a respiration facility for measuring methane emissions of ruminants

Abstrakt (deutsch)

Aufbau, Entwicklung und Inbetriebnahme einer Respirationsanlage zur Erhebung der Methanemissionen beim Wiederkäuer
Entwicklung einer Methode zur Konstanthaltung der Lüftungsrate, Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur in der Respirationsanlage
Erarbeiten einer Methode zur Angewöhnung der Kühe an die Respirationsmessung

Abstrakt (englisch)

Development of a respiration facility for measuring methane emissions of ruminants
Development of a method to keep ventilation rate, humidity and air temperature on a constant level
Development of a method to adapt animals to the environment of respiration chambers

Schlagwörter (deutsch)

Methan, Klima, Emission, Umweltwirkung, Klimaschutz, Respirationsanlage, Treibhausgas

Projektleitung

Christian Fasching

Forschungseinrichtung

LFZ Raumberg-Gumpenstein

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus

Projektnummer

101076

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Im Klima- und Energiepaket (Dezember 2008) verpflichten sich die EU-Mitgliedsstaaten bis zum Jahr 2020 zur Reduktion der Treibhausgas-Emissionen (THG-Emissionen) um 20 % (gegenüber dem Basisjahr 1990). Für Österreich bedeutet dies, dass die THG-Emissionen aller Sektoren bis 2020 um insgesamt 16 % (Basisjahr 2005) gesenkt werden müssen. Um dieses Ziel zu erreichen, erarbeiten der Bund und die Länder ein umfassendes Maßnahmenprogramm (Maßnahmenprogramm 2013/2014 des Bundes und der Länder als Beitrag zur Erreichung des nationalen Klimaziels 2013-2020, Lebensministerium).
Die THG-Emissionen des Sektors Landwirtschaft beinhalten die Methan- und Lachgasemissionen aus der Viehhaltung, der Grünlandwirtschaft und dem Ackerbau. Von 2010 auf 2011 hat sich dieser Anteil wieder um 1,5 % erhöht und beläuft sich auf 7,6 Mio t CO2-Äquivalente. Der Sektor Landwirtschaft verursacht somit 9,1 % der nationalen THG-Emissionen (Klimaschutzbericht 2013).
Mit der Entwicklung und dem Aufbau einer Respirationsanlage soll es einerseits möglich sein, die Klimawirkung von Wiederkäuern zu erheben. Andererseits soll damit die Voraussetzung geschaffen werden, Methoden und Maßnahmen zur Reduktion der Methangasemissionen zu entwickeln und in weiterer Folge zu prüfen.
Mit dem Bau der Respirationsanlage können aktive Beiträge zum Klimaschutz erarbeitet werden, welche dem Sektor Landwirtschaft zuzuschreiben sind.

Praxisrelevanz

Die Kuh als Klimasünder ist ein gesellschaftspolitisches Thema, welches im Zuge des Klimawandels zunehmend an Bedeutung gewinnt. Sie wird immer wieder für den Klimawandel verantwortlich gemacht und als Klimakiller dargestellt. Dabei wird vergessen, dass dem Wiederkäuer eine ganz zentrale Funktion in der Mensch-Tier-Beziehung zukommt. Mit seinem Vormagensystem schafft er es, aus Futtermitteln, welche für die menschliche Ernährung wertlos sind, hochwertige Lebensmittel wie Milch und Fleisch zu produzieren. Das Geheimnis ist die Pansenfermentation, ein mikrobiologischer Gärprozess von Futtermitteln, bei dem Methan gebildet und in Folge des Ruktus freigegeben wird.
Nach den international gültigen Klimabilanzierungsregeln emittierte Österreich im Jahr 2012 insgesamt 80,1 Mio. Tonnen CO2-äquivalente Treibhausgasemissionen. Die Emissionen im Sektor Landwirtschaft sind auf verschiedene Quellen zurückzuführen. So beträgt der Anteil der verdauungsbedingten Emissionen der Wiederkäuer an den nationalen THG-Emissionen 3,7 %. Weitere 3,8 % (vor allem Lachgas) entstehen bei der Düngung landwirtschaftlicher Böden. Der Lagerung von Wirtschaftsdüngern (Wirtschaftsdünger-Management) sind Methan und Lachgasemissionen im Umfang von 1,6 % zuzuschreiben. In Summe emittiert die österreichische Landwirtschaft 7,5 Mio. Tonnen CO2-Äquivalente (2012) und damit 9,4 % der nationalen THG-Emissionen.
Mit der Umsetzung des Projektes wird die Möglichkeit geschaffen, Maßnahmen zu entwickeln, mit welchen die verdauungsbedingten Emissionen der Wiederkäuer reduziert werden können.

Berichte

Abschlussbericht

Im Rahmen vom Projekt ClimCattle wurde im Forschungszentrum Raumberg-Gumpenstein eine Station errichtet, mit der Stoffwechselvorgänge und Emissionen von Nutztieren respirationsmesstechnisch sehr exakt untersucht und erfasst werden können. Die Anlage besteht aus zwei Kammern und ist für Rinder ausgelegt. Für Nutztiere wie Schweine oder Hühner ist eine entsprechende Adaption erforderlich. Die Anlage funktioniert nach dem Prinzip der Respirationsmessung und basiert auf einfachen Grundlagen. Im Wesentlichen ist es eine luftdichte Kammer mit kontrollierter Lüftung. Indem bei bekannter Lüftungsrate die Gaskonzentrationen der Frisch- und Abluft gemessen wird, können Emissionen berechnet und Stoffwechselvorgänge untersucht werden. Die Anlage ist so konzipiert, dass auch Stoffwechselprodukte wie Milch, Kot und Harn einfach zu erheben sind. Um konstante Umweltbedingungen sicherzustellen und die Körperwärme von den Versuchstieren sowie das Kondensat abzuleiten, sind beide Kammern klimatisiert und unabhängig voneinander regelbar. Die Leistung der Klimatisierung ist für Lufttemperaturen zwischen 5°C und 35°C sowie für eine Luftfeuchtigkeit von 30 % bis 100 % ausgelegt. Um die Voraussetzung für valide Ergebnisse zu schaffen, werden die wesentlichen Bauteile alternierend kalibriert. Mit den regelmäßig und für jede Kammer getrennt durchgeführten Gas-Recovery-Tests, wird das System einer zusätzlichen Qualitätskontrolle unterzogen. Zum Überwachen vom laufenden Betrieb sind mehrere Sicherheitseinrichtungen installiert. So wird ein Alarm generiert, sobald die Kohlenstoffdioxidkonzentration über den zulässigen Grenzwert steigt, ein Aggregat der Anlage defekt oder fehlerhaft ist oder ein Stromausfall auftritt. Über ein GSM Modul werden Mitarbeiter vom Alarm informiert, sodass diese, ggf. notwendige Maßnahmen einleiten können. Zusätzlich werden bei einem Stromausfall oder einem unzulässigen Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration die Türen der Kammer geöffnet. Die Konzentration von Methan, Kohlenstoffdioxid und Ammoniak der Zu- und Abluft wird photoakustisch mit dem Luma Sense Photoacoustic Gas Monitor Innova 1412i (Gas Monitor) erfasst. Indem der optische Filter gewechselt wird, können eine Vielzahl an Gasen gemessen werden. Ein Messstellenumschalter, ein sogenannter Multiplexer (Luma Sense Multipoint Sampler – Innova 1309) ermöglicht es, Luft von insgesamt 12 verschiedenen Messstellen zu analysieren. Drei Messstellen sind eindeutig definiert und mit der Frischluft und der Abluft von Kammer 1 und Kammer 2 belegt. Die restlichen neun Messstellen werden für laufende Qualitätskontrollen verwendet. Dazu wird beispielsweise die Qualität der Stationsluft erfasst. Entspricht diese nicht der Frischluft, muss von einem Fremdlufteintrag ausgegangen werden. Auf Grund von kleinen Leckagen in den Kammern ist zu erwarten, dass es zu einer Verfälschung vom Ergebnis bzw. zu einer Beeinflussung kommt. Entscheidend ist in diesem Fall ein möglichst rasches abstellen dieser Fremdluftquelle. Die Unterdrucklüftung ist ebenfalls eine qualitätssichernde Maßnahme. Es wird damit gewährleistet, dass sämtliche Gase, die Kammer über die dafür vorgesehene Abluftleitung und Volumenstrommessung verlassen und damit auch erfasst werden können. Entscheidend dabei ist, dass die über etwaige Leckagen eingetretene Luft, Frischluftqualität hat. Vor Beginn eines Messdurchganges werden die Rinder für mehrere Tage an die Anbindehaltung gewöhnt. Im Zuge vom Aufenthalt in der Respirationskammer vereinfacht dies die Umstellung an die geänderten Umweltbedingungen. Aus sicherheitstechnischen Gründen müssen die Mitarbeiter Routinevorgänge wie Melken und Füttern gemeinschaftlich erledigen. Ein Messdurchgang dauert im Regelfall maximal vier Tage. Im Anschluss an das Ausstallen werden beide Kammern gereinigt, sodass diese über das Wochenende auftrocknen können. Im günstigen Fall startet am Beginn der nächsten Woche ein weiterer Messdurchgang.

Anhänge

Dateiname

3_2019_AB_ClimCattle.pdf

Beschreibung

Die Klimawirkung von Wiederkäuern. Aufbau und Entwicklung einer Respirationsanlage zur Erhebung der Methanemissionen beim Wiederkäuer

Author/innen

Christian Fasching, Gregor Huber, Markus Rohrer, Georg Terler, Daniel Eingang, Alfred Pöllinger, Hannes Wildling, Eduard Zentner (HBLFA Raumberg-Gumpenstein)