PigSens: Entwicklung eines sensorbasierten Messsystems zur Ermittlung der Höhe von Geruchsemissionen in der Schweinehaltung.
Projektleitung
Michael Kropsch
Forschungseinrichtung
Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft Raumberg-Gumpenstein
Projektnummer
102018Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Die Basis jeglicher Ermittlung einer quellenspezifischen Geruchsstoffkonzentration („wie stark riecht es“, „nach was riecht es“) ist die Olfaktometrie. Die Olfaktometrie ist ein wirkungsbezogenes Messverfahren bei dem die (Reiz-)Wirkung eines dargebotenen Geruches (Geflügel, Schwein …) auf ein normativ zusammengestelltes Probandenkollektiv ermittelt wird. Bis ein Ergebnis vorliegt, von der Probengewinnung bis zur abgeschlossenen Analyse am Olfaktometer, sind mehrere Stunden zu veranschlagen; für ein Set an Geruchsanalysen sind dabei fünf bis sieben Personen erforderlich.
Zum zeitlichen und personellen Aufwand einer olfaktometrischen Analyse kommt hinzu, dass – auf Grund der erforderlichen hohen Konzentrationsleistung der Probanden – nur eine maximale Anzahl von Geruchsprobensäcken pro Tag analysiert werden können. Dies führt teilweise zu einer kritischen Limitierung der Probenbearbeitung und lässt Langzeitstudien bzw. Paralleluntersuchungen kaum zu. Auch ist mittels Olfaktometrie eine fortlaufende Aufzeichnung bzw. Kontrolle von Geruchsemissionen, wie dies bspw. sensortechnisch für Ammoniak realisierbar ist, nicht möglich.
Das Ziel des gemeinsamen Projektes des Fraunhofer IVV in Freising und der HBLFA Raumberg-Gumpenstein ist den Grundstein zu legen, für einen teilweisen „Ersatz“ der Olfaktometrie durch ein sensorbasiertes „Geruchsmesssystem“. Dieser Meilenstein in der „Geruchsbeurteilung“ würde einerseits eine enorme Entlastung von Humanressourcen bedeuten und andererseits die Möglichkeit bieten, Geruchsemissionen in Nutztierstallungen kontinuierlich zu erfassen. Die Geruchsstoffkonzentration in der Abluft bildet die Basis der Ausbreitung in die Umwelt; bis dato lassen sich hier nur Momentaufnahmen (über die Zeit der Probensammlung) anfertigen, die über den gesamten Emissionsverlauf nur wenig Auskunft geben. Eine fortlaufende, sensortechnische Messung geruchsaktiver Verbindungen - die mit Unterstützung von angewandter Statistik in Relation zur Geruchsstoffkonzentration und rezeptorischen Wirkung gesetzt wird – ermöglicht eine tiefergehende Untersuchung der Ursachen von Emissionen bzw. liefert detaillierte Aussagen über den Geruchsaustrag über einen längeren Zeitraum.
Schlagwörter (deutsch)
Entwicklung, Messsystem, Geruchsemissionen, Schweinehaltung, Sensoren
Titel (englisch)
Development of a sensor-based measuring system to determine the level of odour emissions in pig farming.
Abstract (englisch)
The basis for any determination of a source-specific odour concentration ("how strong does it smell", "what does it smell like") is olfactometry. Olfactometry is an effect-related measurement method in which the (stimulus) effect of a presented odour (poultry, pig ...) on a normatively compiled collective of test persons is determined. It takes several hours to obtain a result, from sample collection to the final analysis on the olfactometer; five to seven people are required for a set of odour analyses.
In addition to the time and personnel required for an olfactometric analysis, only a maximum number of odour sample bags can be analysed per day due to the high concentration levels required of the test persons. This sometimes leads to a critical limitation of sample processing and hardly allows no long-term studies or parallel analyses. It is also not possible to continuously record or monitor odour emissions using olfactometry, as can be achieved with sensors for ammonia, for example.
The aim of the joint project of the Fraunhofer IVV in Freising and the HBLFA Raumberg-Gumpenstein is to lay the foundation for a partial "replacement" of olfactometry by a sensor-based "odour measurement system". This milestone in "odour assessment" would, on the one hand, mean an enormous reduction in human resources and, on the other hand, offer the possibility of continuously recording odour emissions in livestock buildings. The concentration of odorous substances in the exhaust air forms the basis of their dispersion into the environment; to date, only snapshots (over the time of sample collection) can be taken, which provide little information about the overall course of emissions. A continuous, sensor-based measurement of odour-active compounds - which, with the support of applied statistics, is set in relation to the odour concentration and receptor effect - enables a more in-depth investigation of the causes of emissions and provides detailed information about the odour discharge over a longer period of time.
Schlagwörter (englisch)
Development, Measuring system, Odour emissions, Pig farming, Sensors
Projektziele
Im Fokus steht die Untersuchung des Zusammenhangs von sensortechnisch detektierten geruchsaktiven Stoffe in der Stallabluft mit der Geruchsstoffkonzentrationsbestimmung am Olfaktometer. Auf Grund des hohen Belästigungspotential und der gesellschaftlichen Relevanz fokussiert das Projekt auf die Schweinehaltung. Durch einen vierstufigen Prozess (Olfaktometrie – chemische Analysen – Adaptierung der Sensortechnik – Maschinelles Lernen) sollen zentrale geruchsaktive Verbindungen identifiziert und mit der Höhe der Geruchsstoffkonzentration (Wirkstärke der menschlichen Wahrnehmung) korreliert werden.
Das Ziel des gemeinsamen Projektes des Fraunhofer IVV in Freising und der HBLFA Raumberg-Gumpenstein ist den Grundstein zu legen, für einen teilweisen „Ersatz“ der Olfaktometrie durch ein sensorbasiertes „Geruchsmesssystem“. Dieser Meilenstein in der „Geruchsbeurteilung“ würde einerseits eine enorme Entlastung von Humanressourcen bedeuten und andererseits die Möglichkeit bieten, Geruchsemissionen in Nutztierstallungen kontinuierlich zu erfassen. Eine fortlaufende, sensortechnische Messung geruchsaktiver Verbindungen - die mit Unterstützung von angewandter Statistik in Relation zur Geruchsstoffkonzentration und rezeptorischen Wirkung gesetzt wird – ermöglicht eine tiefergehende Untersuchung der Ursachen von Emissionen bzw. liefert detaillierte Aussagen über den Geruchsaustrag über einen längeren Zeitraum.
Praxisrelevanz
Die Praxisrelevanz des Projektes wird als sehr hoch eingeschätzt! Durch Sensoren, die in Zukunft schweinespezifische Geruchssubstanzen „erkennen“ können, wären einerseits Dauermessungen für detaillierte Informationen zur Dynamik von Geruchsemissionen möglich und andererseits technische Systeme zur Alarmierung von Landwirten denkbar, bei Überschreitung einer gewissen Geruchsstoffkonzentration. Aktuell erhältliche Sensoren erlauben eine Überwachung der Ammoniak- und der Kohlendioxid-, jedoch nicht der Geruchsstoffkonzentration.
Ein weiterer praxisrelevanter Punkt ist die potentielle Nutzung der „Geruchssensortechnik“ als (teilweiser) Ersatz für die Olfaktometrie. Derzeit kann eine Geruchsstoffanalyse nur zeitintensiv durch humane Probanden erfolgen, mit all den Unwägbarkeiten und Unsicherheiten die auf den intraindividuellen Eigenschaften basieren. Präzise „Geruchssensoren“ erlauben möglicherweise eine viel genauere Bestimmung der Geruchsstoffkonzentration in der Stallabluft, mit dem Vorteil, dass dadurch auch die Ableitung von Geruchsemissionsfaktoren, zur Verwendung in rechnergestützten Ausbreitungsmodellen, exakter wird. Für Geruchsausbreitungsberechnungen ist zentral, dass die eingespeisten Emissionsfaktoren so gut wie möglich die „Realität“ widerspiegeln; zu geringe Faktoren führen zu einer Unterschätzung der Immission, zu hohe, zu einer Überschätzung. Eine exaktere, sensorbasierte Basisbestimmung der Geruchsstoffkonzentration würde zu mehr Sicherheit in der Ausbreitungsmodellierung führen.
Auch ist der geringere Einsatz an Humanressourcen, bei sensortechnischer „Geruchsermittlung“, nicht außer Acht zu lassen – zudem kann in einem kürzeren Zeitintervall, als dies derzeit mit der Olfaktometrie möglich ist, ein höheres Probenkontingent analysiert werden.