Agrartechnische Forschung, Band 10 (1004)

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Entwicklung innovativer Lüftungssysteme für Mastschweine : Teil I - Methode und erste Ergebnisse
(2004) Häußermann, Angelika; Hartung, Eberhard; Jungbluth, Thomas
Ziel des Projektes am Institut für Agrartechnik der Universität Hohen-heim ist die Entwicklung und der Test innovativer Lüftungssysteme für die Mastschweinehaltung. Schwerpunkte der Untersuchungen bilden die Verbesserung der Stallluftqualität, eine Minderung klima- und umweltrelevanter Emissionen aus der Tierhaltung und die technische Verwendung zusätzlicher Stall- und Tierparameter zur Steuerung des Stallklimas im Rahmen von Precision Livestock Farming. Hierfür werden Versuche über ein Jahr (Hauptuntersuchungen) im Versuchsstall für Mastschweine der Universität Hohenheim in zwei Abteilen und bei zwei verschiedenen Fütterungssystemen durchgeführt. Der Versuchsstall wurde für die Untersuchungen entsprechend aktueller Anforderungen modernisiert und die Stallklimaregelung mit einer zusätzlichen Hochdruckbefeuchtung zur Luftfeuchteregulierung und Luftkühlung ausgestattet. Als zusätzliche Regelgrößen, die die Höhe und die Reaktion des Volumenstromes sowie den Einsatz der Befeuchtung in unterschiedlicher Weise beeinflussen, kommen die Tieraktivität und die CO2-Innenraumkonzentration im Abteil zum Einsatz. Die Datenerfassung erfolgt kontinuierlich in Langzeitmessungen über vier Mastdurchgänge mit hoher zeitlicher Auflösung. Es werden Stallklima- und Emissionsdaten sowie weitere Randparameter bei wechselnden Stallklimaregelkonzepten in den beiden Abteilen erfasst. Die an-schließende Berechnung der Emissionen von NH3, CO2 und CH4erfolgtunter Einbeziehung der Hintergrund- und Abluftkonzentrationen der einzelnen Gase, der Wasserdampfquerempfindlichkeiten der Messgeräte und des zeitgleich über kalibrierte Messventilatoren erfassten Abluftvolumenstromes. Die Bewertung der Regelkonzepte schließt durch die weiterentwickelte statistische Versuchsplanung den Einfluss der jahres-zeitlichen Effekte, der Messabschnitte, der Fütterungssysteme und der Abteile sowie die Auswirkung auf das Stallklima mit ein. Teil I der mehr-teiligen Veröffentlichung erläutert weitestgehend den entwickelten Versuchsplan, die Funktionsweise der Regelkonzepte und deren technischen Umsetzung sowie die methodische Vorgehensweise der Messwert-erfassung. Weiterhin ist die Funktion der Regelkonzepte im praktischen Versuchen anhand erster ausgewählter Ergebnissen dargestellt, die zeit-parallel die Innenraumtemperaturen, Volumenströme und CO2-Innenraumkonzentrationen der beiden Abteile bei unterschiedlicher Stallklimaregelung vergleichen. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass die Funktionsweisen der einzelnen Lüftungsvarianten, bzw. Lüftungsregelkonzepte den an sie gestellten Anforderungen entsprechen. Der Ab-schluss der praktischen Untersuchungen und die anschließende Gesamt-auswertung der erfassten Daten ist für Sommer 2004 vorgesehen.
Gesamtheitliche Bewertung innovativer Schweinemastverfahren im Rahmen einer Feldstudie - I. Versuchsplan und ethologisches Bewertungskonzept
(2004) Pflanz, Wilhelm; Beck, Jürgen; Jungbluth, Thomas; Troxler, Josef; Schrade, Hansjörg
In diesem Forschungsprojekt wird die immer wichtiger werdende gesellschaftliche Fragestellung untersucht, wie der Tierschutz mit einer guten Rentabilität für landwirtschaftliche Familienbetriebe in ?EURzneuen Haltungsverfahren?EURoe für Mastschweine in Einklang gebracht werden kann. Kernpunkt des Projekts ist eine Feldstudie über vier innovative Schweinemastverfahren. Je Verfahren werden fünf Ställe über einen Zeitraum von einem Jahr auf verschiedene Fragestellungen hin untersucht. Abschließend soll über eine Befragung eine Beurteilung der Verfahren durch Verbraucher stattfinden. Schwerpunkt der Untersuchung sind die ethologische sowie die ökonomische Einordnung der einzelnen Systeme. Die ethologische Beurteilung basiert auf vier Säulen, den Direktbeobachtungen mit der Scan-Sampling Methode und Videounterstützung, der Integumentbeurteilung in Anlehnung an die Methode ?EURzEkesbo?EURoe, der vierteljährlichen Erfassung der Buchtenverschmutzung und des Stallzustands sowie einem Soll-Ist-Vergleich der jeweils erhobenen Haltungsmerkmale der einzelnen Ställe mit Literaturwerten. Zusätzlich werden noch begleitende Untersuchungen, wie die Messung von Stallklimaparametern und Schadgaskonzentrationen durchgeführt. Mit den erhobenen Daten soll abschließend eine ganzheitliche Nutzwertanalyse mit ethologischem Schwerpunkt durchgeführt werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass das ethologische Bewertungskonzept eine Differenzierung der einzelnen Verfahren erlaubt. So werden die Funktionsbereiche innerhalb der Systeme mit getrennten Klimabereichen fast doppelt so gut angenommen wie in konventionellen oder Schrägbodenmastställen. Ebenso zeigt sich, dass in Systemen ohne Einstreu vermehrt Schäden an den Hintergliedmaßen in Form von Umfangsvermehrungen durch Gelenksentzündungen und Schleimbeutelvergrößerungen zu beobachten sind. Eine endgültige ethologische Beurteilung der einzelnen Verfahren sowie Ergebnisse zu deren ökonomischer Einordnung sollen nach Abschluss der praktischen Untersuchung im Frühjahr 2005 im Teil II der Publikationsreihe vorgestellt werden.
Monofermentation von Nahrungsmittelabfällen in Biogasanlagen : Laboruntersuchungen
(2004) Adolph, Jan; Beck, Jürgen; Mukengele, Michael; Jungbluth, Thomas
In einem Gemeinschaftsprojekt der Partner Ing. Friedrich Bauer GmbH aus Kemmelbach, ?-sterreich, der Firma Enersys GmbH, Donaueschingen und den Instituten für Agrartechnik sowie für Umwelt- und Tierhygiene mit Tierklinik (Leiter: Prof. Dr. R. Böhm) der Universität Hohenheim wird ein Verfahren zur Monofermentation von Speiseresten entwickelt. In einem Laborversuch wurden systematische Untersuchungen über einen Zeitraum von 126 Tagen mit zwölf liegenden Laborfermentern mit jeweils 16 l Nettovolumen durchgeführt. Nach einer Einlauf-phase zur Adaption der Mikroorganismen an das Substrat wurden in drei Teilexperimenten die Einflüsse von unterschiedlichen Temperaturbereichen (mesophil bei 40 °C und thermophil bei 55 °C) und verschiedenen Raumbelastungen (hoch mit 5,1 kg oTS/m³ Reaktorvolumen (RV) ?EUR? d und niedrig mit 3,5 kg oTS/m³ RV ?EUR? d) getestet. Darüber hinaus wurde ein zwei stufiges Verfahren mit doppelter Raumbelastung und 10,1 kg oTS/m³ RV ?EUR? d simuliert. Hydrolyse und Methanisierung liefen hierbei in zwei nacheinander geschalteten Reaktoren getrennt voneinander ab. Die eingesetzten Speisereste waren aufgrund ihres hohen Energie-inhaltes von durchschnittlich 18,3 MJ ME / kg TS für eine Monofermentation in Biogasanlagen geeignet. Beim Vergleich der unterschiedlichen Temperaturniveaus waren die reaktorspezifischen Methanerträge zu-nächst gleich hoch mit etwa 2,12 l CH4/l RV ?EUR? d. Im letzten Drittel fiel die Leistung der mesophilen Varianten jedoch bis auf 50 % der thermophilen Vergleichsreaktoren. Bei der Variation von Raumbelastung in Wechselwirkung mit dem Temperaturbereich ergab die thermophile Variante mit hoher Raumbelastung die höchsten reaktorspezifischen Methan-erträge mit 2,25 l CH4/l RV ?EUR? d im Vergleich zu nur 0,86 l CH4/l RV ?EUR? d in der mesophilen Variante mit niedriger Raumbelastung. Durch Aufteilung der Faulung in Hydrolyse- und Methanisierungsstufe in der abschließenden zweistufigen Fermentation gelang es, den Prozess weitgehend stabil zu halten.
Monofermentation von Nahrungsmittelabfällen in Biogasanlagen : Pilotbiogasanlage
(2004) Adolph, Jan; Beck, Jürgen; Jungbluth, Thomas
In einem Gemeinschaftsprojekt der Partner Ing. Friedrich Bauer GmbH aus Kemmelbach, ?-sterreich, der Firma Enersys GmbH, Donaueschingen als Generalplaner der Pilotanlage, der Firma Biogas-Systemtechnik Deutsch-land GmbH als Bauherr und den Instituten für Agrartechnik sowie für Um-welt- und Tierhygiene mit Tierklinik (Leiter: Prof. Dr. R. Böhm) der Universität Hohenheim wurde ein Verfahren zur Monofermentation von strukturarmen Materialien mit hohem Energieinhalt entwickelt und getestet. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurden im Biogaslabor des Instituts für Agrartechnik der Universität Hohenheim grundlegende systematische Untersuchungen zur Monofermentation von Speiseresten, um Informationenüber das Gärverhalten und die Leistungsfähigkeit des Substrats zu erhalten. In einem zweiten Schritt folgten umfangreiche verfahrenstechnische und hygienische Untersuchungen an der Pilotanlage. Die Versuche beinhalteten zwei Phasen über einen Zeitraum von insgesamt192 Tagen. In Phase I wurde der Vergärungsprozess gestartet und die Rohrfermenter der Anlage zuerst ausschließlich mit Impfmaterial und anschließend mit langsam steigenden Speiserestmengen befüllt. Nach 130 Tagen war Phase I Ende November 2002 abgeschlossen. In den Rohrfermentern wurde während dieser Zeit im Durchschnitt 0,971 m3 CH4 m-3 RV d-1, in der zweiten Fermenterstufe 0,431 m3 CH4 m-3 RV d-1 bei einer Raumbelastung von3,18 kg oTS m-3 RV d-1 und einer theoretischen Verweilzeit des Gärmaterials in beiden Fermenterstufen von etwa 118 d erzeugt. Die Gasqualität betrug durchschnittlich 56,3 % CH4 und 36,1 % CO2. Eine fehlerhafte Temperaturmessung in den Rohrfermentern in Kombination mit einer defekten Gasmengenerfassung führte Anfang Oktober zu überhöhten Beschickungsmengen mit Frischsubstrat. Daraus resultierte eine ?oeberlastung der Rohrfermenter, so dass es zu einem starken Anstieg der Fettsäurekonzentrationen auf bis zu 16500 ppm kam, wobei vor allem die Propionsäurekonzentration bis auf 4690 ppm stark zunahm. Infolgedessen sank der pH - Wert in den Rohrfermentern auf bis zu 6,4 ab. Durch ?oeberimpfung mit Gärmaterial aus der zweiten Fermenterstufe konnte die Methanerzeugung in den Rohrfermentern wieder neu gestartet werden. In Phase II wurden über eine Dauer von 62 Tagen nach vorher wieder stabilisierten Betriebsbedingungen durchschnittlich 0,95 m3 CH4 m-3 RV d-1 in den Rohrfermentern und 0,64 m3 CH4m-3 RV d-1 in der zweiten Fermenterstufe mit 58,7% CH4 und 36,6 % CO2imMischgas erzeugt. Die Fettsäurekonzentration lag in diesem Versuchsabschnitt bei durchschnittlich 5070 ppm Essigsäure und 3680 ppm Propionsäure. Das sowohl im Labormaßstab als auch unter Praxisbedingungen untersuchte Verfahren bestätigt, dass eine Monovergärung von Speiseresten technisch realisierbar ist. In verfahrenstechnischer und gärbiologischer Hinsicht gibt es dabei Ansatzpunkte zu Optimierungsstrategien und technischen Weiterentwicklungen.

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