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Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Verbundprojekt:  B I O G A S - E X P E R T
im Kompetenzzentrum Biomassenutzung in Schleswig-Holstein

         
 
06 - NH3-Verluste
Siegel der Fakultät
 
Teilprojekt 6
Space Shuttle

 

"NH3-Verluste nach Ausbringung von Gärrückständen aus Biogasanlagen in verschiedenen Fruchtfolgesystemen Schleswig-Holsteins"

 

 

 

Laufzeit
01.11.2006 bis 28.02.2010

 

 

Bearbeiter
Ni, Kang, Dipl.-Geoökol. Dirk Gericke (bis 2009), Dr. Andreas Pacholski, Prof. Dr. Henning Kage

 

 

Ziel
Die Verluste von NH3 nach Ausbringung von Gärrückständen aus der Biogasproduktion, vor allem nach ausschließlicher Fermentation pflanzlicher Substrate (z.B. Energiemais), sind bisher kaum untersucht. Ziel des Vorhabens ist die Quantifizierung der NH3-Verflüchtigung nach Ausbringung von Gärrückständen im Vergleich zu Flüssigmist. Zur Messung der NH3-Ausgasung sollen in Feldversuchen an zwei regionaltypischen Standorten Schleswig-Holsteins (Versuchsbetrieb Karkendamm - Geest / Versuchsgut Hohenschulen - östliches Hügelland) zwei kleinskalige und ein mikrometeorologisches Messverfahren
(s. Beschreibung) eingesetzt werden. Durch begleitende Prozessstudien werden die der NH3-Entgasung zugrunde liegenden Mechanismen näher untersucht. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden zur Entwicklung und Parametrisierung von NH3-Emissionsmodellen eingesetzt. Die erarbeiteten Modellmodule sollen in einer zweiten Projektphase mit Modellbausteinen zur Simulation von Boden- und Pflanzenwachstumsprozessen (s. andere Teilprojekte) gekoppelt und für die Berechnung regionaler NH3-Verluste in Schleswig-Holstein herangezogen werden.

 

 

Beschreibung
Das Hauptaugenmerk liegt auf der Quantifizierung der NH3-Ausgasungsverluste. Hierfür werden drei Messverfahren verwendet.
Ein sehr gut validiertes mikrometerologisches Messverfahren ist das Zinst-Verfahren. Bei dieser Methode werden so genannte "Space-Shuttles" auf der "Zinst-Höhe" frei drehbar, mehrere Stunden installiert. In den "Space-Shuttles" befindet sich Oxalsäure, die das gasförmige Ammoniak aus der Luft auffängt. Mit diesem Verfahren lassen sich die totalen Ammoniakverluste sehr gut bestimmen. Allerdings hat es den Nachteil, dass die Ausgasung zeitlich nicht sehr hoch aufgelöst werden kann.
Um Tagesgänge der Ausgasung aufnehmen zu können, wird daher die Dräger-Methode verwendet. Mit dieser Methode kann man in einer Minute die aktuelle Ausgasung bestimmen und somit die Messintervalle beliebig klein wählen.
Die dritte Methode ist die Standard-Comparison-Methode. Diese Methode wurde gewählt, weil für das gesamte Biogas-Projekt ein landwirtschaftlicher Parzellenaufbau gewählt wurde. Aufgrund der kleinen Flächengröße und der hohen Anzahl der Parzellen kann somit nicht auf die Zinst-Methode zurückgegriffen werden. Bei der Standard-Comparison-Methode werden Sampler mit Schwefelsäure bestückt, die wie die Oxalsäure das Ammoniakgas auffängt. Die Sampler nehmen jedoch das Ammoniak nicht quantitativ auf. Um absolute Werte erhalten zu können, wird eine bekannte Menge an Ammoniakgas durch ein Expositionssystem geleitet. Mit Hilfe dieser gewonnenen Werte kann man dann einen Transferkoeffizienten errechnen, um die absoluten Werte der Sampler nachträglich zu bestimmen.
Neben der Ammoniakausgasung werden zudem die Parameter pH-Wert, Temperatur und Feuchte des Oberbodens bestimmt, um die Mechanismen der Ammoniakausgasung besser verstehen zu können.
Zusätzliche Aufgaben, die im Rahmen des Teilprojekts 3 erledigt werden, sind die Installation und Betreuung zweier Wetterstationen, die alle nötigen Klimaparameter (Lufttemperatur, Globalstrahlung, Niederschlag, Bodentemperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Bodenfeuchte) für alle Projekte bereitstellen. Zudem liegt es in der Hand des Teilprojekts 3, die Standorte hinsichtlich des Bodens mit Hilfe von Bohrstockproben und Profilgruben zu charakterisieren und die Wassergehaltsschwankungen über das Jahr hinweg mit Hilfe von TDR-Messungen zu erfassen.

 

 

Fotos
Ausbringung per Schleppschlauch    Gärrückstände    Parzellenversuch in Karkendamm    Parzellenversuch auf Hohenschulen    Space-Shuttles    Dräger-Methode    Probennahme der SCM-Methode    Ammoniakausgasung als Referenzmethode    direkte pH-Wert-Messung    Errichtung Wetterstation    Bohrstockproben

 

 

 

 

 

Dissertationen
  • Gericke, Dirk (2009): Measurement and modelling of ammonia emissions after field application of biogas slurries.

 

 

Redigierte Publikationen
  • Gericke, D., Pacholski A. and Kage, H. New approach for the measurement of NH3 emissions in multi plot designed field experiments, under review in Nutrient Cycling in Agroecosystems

 

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Transferpublikationen
  • Gericke, D., Pacholski, A. and Kage, H. 2008. Effects of NH3-Volatilization from Biogas Residues on the Environmental Protection Potential of Energy Cropping in Northern Germany. - Italian Journal of Agronomy 3:527 - 528.
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  • Pacholski, A., Gericke, D. and Kage, H. 2007. NH3-Verluste nach Ausbringung von Garrückständen aus Biogasanlagen. - Mitt. Dtsch. Bodenkdl. Gesell. 110(1):381-382.

 

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Tagungsbeiträge und weitere Vorträge
  • Pacholski, A., Gericke, D. and Kage, H. 2009. Ansätze zur Modellierung der NH3-Verflüchtigung nach Ausbringung von organischen Wirtschaftsdüngern. - In: Kage, H., Kersebaum, K. C. and Mueller, T. (eds.), Modellierung des Systems Nutzpflanze-Boden - Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. - Berichte der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften (4), pp. 19-24.
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  • Pacholski, A., Gericke, D. and Kage, H. 2009. Measurement and modelling of NH3 emissions from field-applied biogas residues in North German energy crop rotations. - In: Grignani, C., Acutis, M., Zavattaro, L., Bechini, L., Bertora, C., Marino Gallina, P. and Sacco, D. (eds.), Proceedings of the 16th Nitrogen Workshop - Connecting different scales of nitrogen use in agriculture, pp. 189 - 190.
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  • Pacholski, A., Kage, H., Herrmann, A. and Taube, F. 2009. Energie ernten? - Möglichkeiten der Biogasproduktion inn Schleswig-Holstein. - In: Vorträge zur Hochschultagung 2009 der Agrar-und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, pp. 97-104.
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  • Andree H., Dittert K., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Pacholski A., Sieling K. und Taube F. 2008. BIOGAS-EXPERT: Modellgestütztes Stoffstrommanage¬ment im System Boden-Pflanze-Fermenter. Vortrag anlässlich des Workshops ‚Biomassenutzung – quo vadis’, 15.3.2008, Husum.
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  • Pacholski A., Dittert K., Andree H., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Sieling K. und Taube F. 2007. Biogas-Expert - Untersuchung der Ertragspotentiale und des Stickstoffhaushaltes in ausgewählten Biogasfruchtfolgen in Schleswig-Holstein. Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften, Band 19, 208-209.
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  • Pacholski A., Dittert K., Andree H., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Sieling K. und Taube F. 2007. Biogas-Expert - ein fakultätsübergreifendes Projekt zur Untersuchung der Ertragspotentiale und des Stickstoffhaushaltes in ausgewählten Biogasfruchtfolgen. Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau, Band 8, 213-216.
    Poster (pdf)
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  • Pacholski, A., Gericke, D. und Kage, H., 2007: Modellierung der Ammoniak-Emissionen nach Ausbringung von organischen Wirtschaftsdüngern. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 19, 282-283.
    50. Pflanzenbautagung in Bonn, 18.-20.09.2007
    Gesamter Tagungsband 2007 (pdf)
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  • Gericke, D., Pacholski, A. und Kage, H., 2007: NH3-Emissionen bei der ackerbaulichen Nutzung von Gärrückständen aus Biogasanlagen. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 19: 280-81.
    50. Pflanzenbautagung in Bonn, 18.-20.09.2007
    Gesamter Tagungsband 2007 (pdf)
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