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

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.