Messmethoden
Tracer Ratio Methode mit SF6 – Referenzverfahren
Die Tracer-Ratio-Methode eignet sich als verlässliche Referenzmethode zur Bestimmung von Emissionen in Ställen mit freier Lüftung sowie von Ausläufen und Wirtschaftsdüngerlagern. Das Tracergas - hier SF6 - wird an der Emissionsquelle zudosiert und vermischt sich mit der Umgebungsluft. In definierter Höhe werden beide Gaskonzentrationen gemessen. Da sich beide Gase gleich verhalten, lässt sich über die Verdünnung des Tracergases auf die Konzentration des Zielgases Ammoniak oder anderer klimarelevanter Gase schließen.
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Ansprechpartner: Lars Broer (LUFA Nord-West)
Tracer Ratio Methode mit CO2 – Referenzverfahren
Die CO2-Bilanzmethode funktioniert analog zur Tracer-Ratio-Methode - mit dem Unterschied, dass anstelle von SF6 das von den Kühen ausgestoßene CO2 als natürliches Tracergas verwendet wird. Die Zielgase werden ebenfalls mit einem FTIR- oder einem CRD-Spektrometer bestimmt.
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Ansprechpartner: Dr. Manfred Trimborn (Uni Bonn)
Offenpfadlaser
Die bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft arbeitet bei der Erfassung von Emissionen mit Lasertechnik. Der Offenpfadlaser schickt Infrarotlicht durch den Stallraum - Gasmoleküle absorbieren Teile davon. So lassen sich Ammoniakkonzentrationen in Echtzeit bestimmen - ohne Probenahme oder Messleitungen. Herausfordernd ist derzeit noch der Einfluss äußerer Faktoren wie Temperatur oder Lichtquellen auf die Messergebnisse.
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Ansprechpartner: Dr. Diana Andrade (LfL Bayern)
OTICE
Das vereinfachte Messverfahren OTICE setzt auf kostengünstigere Sensorik. OTICE nutzt ein Netzwerk aus drahtlosen Sensorknoten, die Daten direkt in die Cloud senden. Die im Labor vorkalibrierten Gassensoren erfassen CO2, Ammoniak, Temperatur und Luftfeuchte zuverlässig. Die Herausforderung: Die empfindlichen Sensoren müssen in der rauen Stallumgebung langzeitstabil bleiben - bei stark schwankenden Bedingungen.
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Ansprechpartner: Dr. David Janke (ATB Potsdam)
LoGas
Beim vereinfachten Messverfahren "LoGas" werden kostengünstige Sensoren eingesetzt. Hier kombiniert man Probenahme und Analyse in einem zweistufigen System. Eine Mischprobe aus dem gesamten Stall wird kontinuierlich zur zentralen Analyse-Einheit geleitet. Der Vorteil ist eine präzise Messung selbst sehr niedriger Gaskonzentrationen. Derzeit ist die Installation und der zuverlässige Betrieb des Probenahmesystems mit Ansaugleitungen noch herausfordernd.
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Ansprechpartner: Dr. David Janke (ATB Potsdam)
SAMBa
Das vom Thünen-Institut entwickelte Messsystem "SAMBa" misst die Emissionen aus freigelüfteten Tierställen mit Low-Cost-Sensoren. Die SAMBas werden an der Schnittstelle zwischen Stall und Außenluft platziert. Ihre Differenzdrucksensoren sind in 3 Richtungen montiert und erfassen neben Ammoniak, Feinstaub und CO2 auch die Windgeschwindigkeit. Der Vorteil ist, dass die eingesetzten Sensoren deutlich kostengünstiger sind als ein Standardreferenzsystem.
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Ansprechpartner: Dr. Marcus Clauss (Thünen-Institut Braunschweig)
Messbaum
Der von der LUFA Nord-West entwickelte Messbaum stellt eine Vereinfachung des Tracer-Ratio-Verfahrens dar. Statt vieler Messleitungen braucht es hier nur eine zentrale Einheit - das bedeutet deutlich weniger Material, Installation und Tracergas-Verbrauch. Entscheidend ist die richtige Platzierung im Stall oder Auslauf, damit trotz weniger Messpunkte repräsentative Daten entstehen.
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Ansprechpartner: Lars Broer, Tammo Baumann (LUFA Nord-West)
Dynamische Haube
Messhauben ermöglichen die Erfassung von Emissionen direkt am Entstehungsort. Die LfL setzt dabei auf die präzise Bestimmung der Konzentrationen mittels Diodenlaser. Durch die Haube wird kontinuierlich Luft geleitet. Die Emission berechnet sich aus Luftstrom und gemessener Gaskonzentration. Das System hat den Vorteil, dass es sehr flexibel und leicht in der Handhabung ist. Es können unterschiedliche Verschmutzungsbereiche erfasst werden, was erlaubt, dass Emissionsminderungsmaßnahmen miteinander verglichen und bewertet werden können. Herausforderungen sind die Erreichbarkeit der Flächen inmitten der Tiere sowie die regelmäßige Kalibrierung und Personalschulung.
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Ansprechpartner: Dr. Diana Andrade (LfL Bayern)
Dynamische Haube
Das Thünen-lnstitut fokussiert ebenfalls auf das Prinzip der dynamischen Haubenmessung - insbesondere bei planbefestigten Laufhöfen. Hierbei werden die Gaskonzentrationen mit einem FTI R-Spektrometer bestimmt. Ein eingebauter Ventilator stellt definierte Windgeschwindigkeiten ein. Die Ammoniak-Emissionen werden über ein Schlauchsystem zum Messgerät geleitet.
Vorteil: definierte Bedingungen.
Nachteil: Die Luftgeschwindigkeit ist nicht überall gleich; in der Mitte höher als an den Rändern.
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Ansprechpartner: Dr. Marcus Clauss (Thünen-Institut Braunschweig)
Statische Haube/MoSES
Die Universität Bonn untersucht mit der statischen Haube "MoSES" ein einfaches, geschlossenes Messverfahren. Mit dieser statischen Haube gelingt es, zwischen den Emissionen auf der Spaltenoberfläche und unterhalb der Spalten differenzieren zu können. Eine geschlossene Messkammer wird gasdicht auf die zu untersuchende Oberfläche aufgesetzt. Die Veränderung der Gaskonzentrationen im Inneren der Haube wird über einen bestimmten Zeitraum unter Zuhilfenahme eines CRD-Spektrometers gemessen. Anschließend wird unter Berücksichtigung des Haubenvolumens und der Grundfläche die Gasemission berechnet. Die Haube soll speziell in Ställen mit Spaltenböden eingesetzt werden.
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Ansprechpartner: Dr. Manfred Trimborn (Uni Bonn)
Geruchsfeldbegehungen und Einzelstoffkomponentenanalyse (LUFA)
Für die Beurteilung von Geruch ist die Basis aller Untersuchungen die Geruchsfeldbegehung: Ausgebildete Testriecher beurteilen an festgelegten Punkten, ob und wie intensiv es riecht und dokumentieren ihre Eindrücke direkt per WebApp. Die LUFA Nord-West setzte dafür über ein Jahr hinweg zehn Testriecher bei 104 Begehungen ein - Tag und Nacht. Das Verfahren ist verlässlich, aber zeit- und kostenintensiv.
Mit der Einzelstoffkomponentenanalyse gelingt es der LUFA Nord-West statt Gesamtmustern gezielt einzelne Geruchsstoffe zu identifizieren.
Ein windinduziertes Probenahmesystem sammelt hochverdünnte Geruchsstoffe auf Adsorptionsröhrchen, aber nur bei geeigneter Windrichtung und Windstärke. Im Labor analysiert das TD-GC-MS-O-Verfahren die Proben: Die chemische Trennung und olfaktorische Bewertung durch professionelle Riecher erfolgen zeitsynchron. So lassen sich Geruchsstoffe identifizieren, quantifizieren und mit den Ergebnissen der Feldbegehungen verknüpfen.
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Ansprechpartner: Lars Broer (LUFA Nord-West)
Bioaerosolsammler auf Filtern (BAuA)
Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin untersucht die biologischen Bestandteile, die aus Tierställen in die Umwelt emittiert werden, und ermittelt deren toxische Wirkung.
Die Beprobung erfolgt mit zwei unterschiedlichen Pumpensystemen auf Filtern. Für eine zukünftige Risikoabschätzung sollen Emissionen quantitativ und qualitativ erfasst werden.
Nach der Probenahme vor Ort werden die Filter für umfangreiche Analysen ins Labor gebracht.
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Ansprechpartner: Dr. Karla Schwenke, Jennifer Bortlik, Lara Alberdi Zabala (BAuA)
Automatischer Bioaerosolsammler - Abis (TI)
Das Thünen-Institut für Agrartechnologie untersucht die räumliche und zeitliche Verteilung der Bioaerosolemissionen, basierend auf der Detektion von spezifischen Leitmikroorganismen, die in der Luft vorkommen und für die Tierhaltung relevant sind.
Der kompakt aufgebaute, modulare, automatische Bioaerosolsammler wird auf einer Ständerkonstruktion möglichst nah an der Emissionsquelle und an der Schnittstelle Stall–Umwelt platziert. Luftgetragene Bakterien werden hier in einer 0,9-ptozentigen physiologischen Kochsalzlösung aufgefangen und die Probe anschließend im Labor untersucht. Im Labor werden Verdünnungsreihen auf Agarplatten erstellt und so die Anzahl kultivierbarer mesophiler Gesamtbakterien ermittelt. Die Verbundpartner des Thünen-Instituts selektieren primär auf potenziell gesundheitsschädliche Staphylokokken, die spezifisch für Bioaerosolemissionen aus Tierhaltungsanlagen sind.
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Ansprechpartner: Dr. Marcus Clauss (Thünen-Institut Braunschweig)
Poleno (TI)
Neben dem automatischen Bioaerosolsammler setzt das Thünen-Institut auch einen Echtzeit-Bioaerosol-Monitor zur Detektion von Bioaerosolen ein. Dieser saugt kontinuierlich Umgebungsluft an. Dabei werden einzelne Partikel nacheinander durch eine Messstrecke geführt und dort mit Laserlicht analysiert. Biologische Partikel werden direkt in der Stallluft erkannt.
Ermittelt man zusätzlich den Volumenstrom kann mithilfe des Echtzeit-Bioaerosol-Monitors die Emission hochgerechnet werden.
Aktuell wird der Echtzeit-Bioaerosol-Monitor noch im Institut getestet und in einer speziellen Prüfmessstrecke darauf trainiert, biologische Partikel von nicht biologischen zu unterscheiden. Der Einsatz im Stall ist bereits geplant.
Ansprechpartner: Dr. Marcus Clauss, Sarah Bromann (Thünen-Institut Braunschweig)
Elektronische Nase (Uni Kiel)
Die Uni Kiel arbeitet an der Digitalisierung von Geruchsmessverfahren. Dafür wird der Einsatz von elektronischen Nasen in Verbindung mit KI untersucht.
Die elektronische Nase imitiert die grundsätzliche Funktionsweise des Geruchssinns zur Erkennung und Charakterisierung einfacher oder komplexer Gerüche bei Säugetieren. Diese Geräte ermöglichen die Identifikation von Geruchsgemischen als Ganzes. Es wird also eher ein olfaktorischer Fingerabdruck gesucht und erkannt, als dass die individuellen Verbindungen zur Geruchsbildung identifiziert oder quantifiziert werden.
Ähnlich wie die menschliche Nase muss nicht jedes einzelne Geruchsstoffmolekül erkannt werden, um angenehme Gerüche von unangenehmen Gerüchen zu unterscheiden oder eine Erinnerung hervorzurufen. Das Sensorarray, die "Geruchsnerven" der elektronischen Nasen, produziert dabei komplexe Daten. Anhand dieser Daten wird ein KI-Modell trainiert, welches die Geruchsmuster der Tierhaltung wiedererkennen soll.
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Ansprechpartner: Jelto Branding (Uni Kiel)
Ionen-Mobilitäts-Spektrometer (Uni Kiel)
Mit der Ionenmobilitätspektrometrie (Kombination des Messgerätes und KI) soll ebenfalls ein kontinuierliches, digitales und objektives Geruchsmessverfahren für den Einsatz in der Anwendung in der Tierhaltung etabliert werden.
In einem IMS wird die Prüfluft zunächst ionisiert. Die nun geladenen Teilchen werden anschließend in einer Driftröhre einem elektrischen Feld ausgesetzt und die Zeit für das Durchqueren der Röhre gemessen. Dadurch entstehen Driftzeit-Spektren die Aufschluss über die molekulare Zusammensetzung der Prüfluft geben. Ziel ist die Identifikation von schweinehaltungstypischen Geruchsmustern in den Sensordaten. Die Anwendung von KI soll die Interpretation der komplexen Sensordaten effizienter und robuster machen.
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Ansprechpartner: Jelto Branding (Uni Kiel)