Využití ověřených biotechnologických přípravků pro snížení emisí amoniaku a skleníkových plynů v chovech hospodářských zvířat UTILIZATION OF SOME VERIFIED BIOTECHNOLOGICAL ADDITIVES USABLE FOR REDUCING OF AMMONIA AND GREENHOUSE GASES EMISSIONS IN THE LIVESTOCK BREEDING Ronald KRAUS, Antonín JELÍNEK, Martin DĚDINA, Petr PLÍVA Výzkumný ústav zemědělské techniky v Praze ABSTRACT The global trend to the more friendly behavior to environment is focused also to the resort of agriculture. The agriculture influences significantly environment only from point of view of landscape creation but mainly in the three fields, i.e. soil, water and air. Agriculture activity effects considerably all the three fields and particularly intensive breeding of livestock by it s by products i.e. organic remainders (farm yard manure, slurry, poultry excrements, litter) and gaseous emissions also have negative impact onto environment. In the Czech Republic is almost eight years verified possibility of natural products utilization based on enzymatic substances, bio-alginates, bacterial etc. and to suggest these technologies. Verified were agents containing extracts from sea algea extracts, preparatus on basis of phytogenous additives, vegetation oils blends etc. The agents were verified at experiments realized for individual categories of animals in both stable environment and in excrement storage spaces and during their field application. Keywords: ammonia, greenhouse gases, emissions, livestock breeding. SOUHRN Celosvětový trend příznivějšího chování k životnímu prostředí je rovněž zaměřen na resort zemědělství. Vliv zemědělství významně působí nejen na životní prostředí z hlediska tvorby krajiny, ale především na jeho tři základní složky půdu, vodu a ovzduší. Zemědělská prvovýroba jej výrazně ovlivňuje zejména intenzivními chovy hospodářských zvířat svými meziprodukty, kterými jsou především organické zbytky (statkový hnůj, kejda, drůbeží exkrementy a podestýlka) a plynnými emisemi negativně působícími na životní prostředí jako celek. V České republice je již osm let ověřována možnost využití přírodních produktů, založených na enzymatických látkách, bio-alginátech, bakterií atd. Vyzkoušeny byly přípravky obsahující extrakty z mořských řas, preparáty na bázi fytogenních aditiv, směsi rostlinných olejů atd. Přípravky byly ověřovány pro každou kategorii zvířat jednak ve stájovém prostředí, na skládkách exkrementů a při jejich aplikaci do půdy. Klíčová slova: amoniak, skleníkové plyny, emise, chovy hospodářských zvířat. Úvod Amoniak a skleníkové plyny, zejména pak oxid uhličitý, metan a sirovodík, významně ovlivňují životní prostředí. Zemědělství, zvláště pak chovy hospodářských zvířat produkují tyto plyny v míře, která významně ovlivňuje životní prostředí v okolí stájí i celých farem. Novela zákona o ochraně ovzduší přímo nařizuje zemědělcům, o kolik mají v rámci správné zemědělské praxe snížit emise plynů. Proto je nutné v předstihu ověřit nové technologie, které výrazně pomohou naplnit požadavek snížení. V České republice je ověřována nová technologie, odpovídající svým zaměřením nejlepší dostupné technice (BAT). Jsou ověřovány biotechnologické přípravky různého složení, které snižují emise amoniaku a skleníkových plynů. Příspěvek, který je uveden, předkládá výchozí měření a jejich vyhodnocení pro chovy drůbeže a prasat. Vzhledem k tomu, že se jedná o první ověřování, které zatím v zahraničí nebylo prováděno, nelze v zahraniční literatuře nalézt literární odkazy, se kterými by bylo možné polemizovat.
Popis měřícího zařízení Pro měření koncentrace amoniaku a skleníkových plynů se používá zařízení 1312 Photoacoustic Multi-gas Monitor firmy INNOVA Air Tech Instruments s vícekanálovým vzorkovacím a dávkovacím zařízením 1309 D Multipoint Sampler téže firmy. Naměřené hodnoty jsou průběžně ukládány. Teplota vzduchu v hale i jeho relativní vlhkost jsou průběžně zjišťována snímacím přístrojem COMMETER D3121 pro registraci, dokumentaci a vyhodnocení teploty a vlhkosti. Hodnoty teploty i relativní vlhkosti jsou rovněž průběžně ukládány. Měření vzduchotechnických parametrů se provádí anemometrem přístrojem TESTO 445 s kuličkovou sondou pro měření nízkých rychlostí proudění. Měřící přístroje splňují podmínky ČSN EN ISO/IEC 17 025. Postup vyhodnocení naměřených výsledků a výpočtové vztahy Výpočet hmotnostní koncentrace znečišťující látky pro výpočty jsou vztažné podmínky, kdy vlhkost, teplota a statický tlak odpadního plynu odpovídající běžným provozním parametrům. Přepočet se provádí podle vztahu: p 3 ρ ( ZL) = ϕ( ZL). M ( ZL). [ mg. m ] RT kde: ρ (ZL) je hmotnostní koncentrace znečišťující látky (ZL) v odpadním plynu při teplotě T a tlaku p φ (ZL) je objemový zlomek znečišťující látky v odpadním plynu [g.mol -1 ] M (ZL) je molární hmotnost znečišťující látky [g.mol -1 ] p je statický plyn odpadního plynu [Pa] R je plynová konstanta (8,314 J.mol -1.K -1 ) T je termodynamická teplota odpadního plynu [K] Stanovení objemového toku odpadního plynu rychlost proudění se stanoví anemometricky. Průměrný objemový tok odpadního plynu se stanoví ze vztahu: q i = v. S.3600[ m. h i i 3 1 Celkový průměrný objemový tok odpadního plynu je tedy n q v = q i i= 1 ] Výpočet hmotnostního toku znečišťující látky průměrný hmotnostní tok jednotlivých polutantů se v závislosti na vztažných podmínkách, pro něž byly vypočteny hmotnostní koncentrace znečišťujících látek a průtoky nosného plynu, určí alternativně ze vztahu: q ( ZL) = ( ZL). q [ mg. h m ρ v Výpočet emisního faktoru pro danou kategorii a věk hospodářských zvířat, skládky exkrementů a manipulaci s exkrementy se provede dle vztahu: qm ZL).31,536 EF = [ kg. kus. rok ni kde: n i je počet kusů produkujících znečišťující látky Způsob měření 1 ( 1 1 ] ]
Měření koncentrace amoniaku a skleníkových plynů se provádí podle schválené metodiky VÚZT. Na vybraná místa měřeného objektu (k odtahovým ventilátorům) se umístí sondy odebírající vzorky vzduchu. Měření vzduchotechnických parametrů se provádí též dle schválené metodiky VÚZT. V průběhu měření je v měřeném objektu nastaven ustálený režim proudění vzduchu. Tím se zajistí kontrola objektivity stanovení produkce škodlivin. Nejistoty měření jsou stanoveny podle dokumentů ČIA Evropská spolupráce pro akreditaci EA 4/02. Výsledky měření Měření emisí amoniaku a skleníkových plynů bylo realizováno na dvou farmách výkrmů brojlerových kuřat v Ratibořicích a ve Svinech a na farmě výkrmu prasat ve Štěpánovicích a na farmě výkrmu prasnic v Červeném Újezdě. Měření proběhlo vždy ve dvou stájích, v referenční bez aplikace přípravku a ve stáji s aplikovaným biotechnologickým přípravkem. Grafy průběhů průměrných koncentrací skleníkových plynů a amoniaku jsou uvedeny v příloze. 1. VĚMA, A.S. ŠTĚPÁNOVICE, FARMA VÝKRMU PRASAT ŠTĚPÁNOVICE Tab 1. Výsledné snížení emisí skleníkových plynů a amoniaku s přípravkem CARBOVET Referenční stáj 4,700 2563,038 8,552 1322,133 přípravku 3,324 1292,593 3,329 819,519 Rozdíl 1,376 1270,445 5,223 502,614 % snížení 29,277 49,568 61,073 38,015 2. ČZU ŠKOLNÍ ZEMĚDĚLSKÝ PODNIK LÁNY, STŘEDISKO CHOVU PRASNIC ČERVENÝ ÚJEZD Tab 2. Výsledné snížení emisí skleníkových plynů a amoniaku přípravkem SECHE-ETABLE Referenční stáj 3,670 970,547 2,181 1193,835 přípravku 1,720 561,867 1,182 646,884 Rozdíl 1,950 408,680 0,999 546,951 % snížení 53,134 42,108 45,812 45,815 3. TEVAM, A.S. MORAVSKÉ BUDĚJOVICE, FARMA VÝKRMU BROJLERŮ RATIBOŘICE Tab 3. Výsledné snížení emisí skleníkových plynů a amoniaku s přípravkem AMALGEROL CLASSIC Referenční stáj 0,029 46,755 0,064 16,130 přípravku 0,016 27,918 0,043 10,898 Rozdíl 0,013 18,837 0,021 5,232 % snížení 44,558 40,289 32,813 32,436 4. 1. JIHOČESKÝ DRŮBEŽÁŘSKÝ PODNIK S.R.O., DYNÍN 92, VÝKRMNA BROJLERŮ SVINY Tab 4. Výsledné snížení emisí skleníkových plynů a amoniaku s přípravkem BIACID Referenční stáj 0,122 36,671 0,046 14,421 přípravku 0,074 39,882 0,058 17,415 Rozdíl 0,048-3,211-0,012-2,994 % snížení 39,344-8,756-26,087-20,761
Závěry Výsledky experimentů zatím prokazují oprávněnost hypotézy, že snížením jednoho plynu (amoniaku) biotechnologickými přípravky dochází i ke snížení emisí ostatních plynů. Nelze ovšem tuto hypotézu vztahovat na všechny vyráběné i ověřené přípravky. Aplikace biotechnologických přípravků vede v první fázi při snížení emisí amoniaku ke zvýšení emisí zvláště metanu, teprve v dalších fázích na skládkách ke snížení emisí skleníkových plynů. V průměru dochází při snížení emisí amoniaku o 30 % ke snížení emisí metanu, oxidu uhličitého a sirovodíku o 25 45 % ve stájích. Výzkum tedy bude nutné dále zaměřit tak, aby se prokázalo, které biotechnologické přípravky jsou vhodné k nastartování a zvětšení tvorby metanu (bioplynu) a které naopak na skládkách chlévského hnoje a kejdy od samého začátku skladování emise skleníkových plynů a amoniaku tlumí. Příspěvek byl vypracován na základě řešení projektu NAZV č. QF 3140 Omezení emise skleníkových plynů a amoniaku do ovzduší ze zemědělské činnosti. Použitá literatura [1] Jelínek, A. a kol.: Omezení emise skleníkových plynů a amoniaku do ovzduší ze zemědělské činnosti. Redakčně upravená roční zpráva Z-2419, VÚZT Praha, 2003, 112 s. [2] Plíva, P. a kol.: Přeměna zbytkové biomasy, zejména z oblasti zemědělství, na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU. Podklady pro vypracování periodické zprávy o řešení projektu QF 3148 Z-2453, VÚZT Praha, 2006, 41 s. [3] Jelínek, A., Plíva, P., Pastorek, Z.: Zemědělská technika pro chovy hospodářských zvířat a Kodex správné zemědělské praxe. Mezinárodní vědecká konference Zemědělská technika a energetika na prahu nového tisíciletí., České Budějovice 28. 6. 29. 6. 2001, str. 165 170 [4] Jelínek, A., Češpiva, M., Plíva, P., Hörnig, G., Stollberg, U.: Composting as possibility of toxic gases emissions reduction mainly ammonia, generated durin manure storage. Research in Agricultural Engineering, 47, Prague 2001, ISSN 1212-9151 [5] Návarová, H.: Vliv různých podestýlkových materiálů a přídavku přípravku Amalgerolu na produkci NH 3 a užitkovost brojlerů. Aktuální otázky bioklimatologie zvířat 2001, Brno 2001, s.59-62. Adresa autorů: Ronald KRAUS, Antonín JELÍNEK, Martin DĚDINA, Petr PLÍVA, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Ruzyně, tel. 233022111, ronald.kraus@seznam.cz, antonin.jelinek@vuzt.cz, martin.dedina@vuzt.cz, petr.pliva@vuzt.cz
Příloha 1 Graf 1.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku farma Štěpánovice, přípravek CARBOVET PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU PRASAT ŠTĚPÁNOVICE HALA Č.5, 24. - 25. 03. 2005, PŘÍPRAVEK CARBOVENT 1 360 1 300 koncentrace NH3 a CH4 (mg.m 240 180 120 koncentrace CO2 a H2S (mg.m 60 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 25.3.05 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 Graf 1.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku referenční stáj PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU PRASAT ŠTĚPÁNOVICE HALA Č.3, 23. - 24. 03. 2005, KONTROLA 21,00 490 1 420 15,00 1 9,00 350 280 210 140 3,00 70 23.3.05 23.3.05 23.3.05 23.3.05 23.3.05 23.3.05 23.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 24.3.05 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 Graf 2.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku farma Červený Újezd, přípravek SECHE-ETABLE PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - STŘEDISKO CHOVU PRASAT ČERVENÝ ÚJEZD SEKCE Č.4, 27.6-15.7. 2005,PŘÍPRAVEK SECHE-ETABLE 1 250 200 150 100 NH3-5 [mg/m3] CH4-5 [mg/m3] CO2-5 [mg/m3] H2S-5 [mg/m3] 50 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 Graf 2.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku referenční stáj PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - STŘEDISKO CHOVU PRASAT ČERVENÝ ÚJEZD SEKCE Č.3, 27.6-15.7. 2005,KONTROLA 1 280 1 NH3-6 [mg/m3] CH4-6 [mg/m3] CO2-6 [mg/m3] H2S-6 [mg/m3] 240 koncentrace NH 3 (mg.m 1 200 160 120 80 40 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 27.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 28.6.05 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00
Graf 3.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku farma Ratibořice, přípravek AMALGEROL PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU BROJLERŮ RATIBOŘICE HALA Č.2, 11. -12. 04. 2005, PŘÍPRAVEK AMALGEROL CLASSIC 4 300 4 250 3 2 1 200 150 100 50 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 Graf 3.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku referenční stáj PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU BROJLERŮ RATIBOŘICE HALA Č.3, 11. -12. 04. 2005, KONTROLA 1 300 1 250 200 150 100 50 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 Graf 4.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku farma Sviny, přípravek BIACID PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ FARMA VÝKRMU BROJLERŮ SVINY, HALA 1, 14. - 15. 11. 2005,PŘÍPRAVEK BIACID 3 1200 25,00 1000 2 15,00 1 800 600 400 5,00 200 14.11.05 14.11.05 14.11.05 14.11.05 14.11.05 14.11.05 14.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 Graf 4.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku referenční stáj PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ FARMA VÝKRMU BROJLERŮ SVINY, HALA 2, 15. - 16. 11. 2005,KONTROLA 4 1200 35,00 1050 3 25,00 2 15,00 1 900 750 600 450 300 5,00 150 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 15.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 16.11.05 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00