Využití ověřených biotechnologických přípravků pro snížení emisí amoniaku a skleníkových plynů v chovech hospodářských zvířat

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:

ρ ( ZL ) = ϕ ( ZL ).M ( ZL ).

p [mg .m −3 ] 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 = vi .S i .3600[ m 3 .h −1 ] Celkový průměrný objemový tok odpadního plynu je tedy n

qv = ∑ qi 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 m ( ZL ) = ρ ( ZL ).q v [ mg .h −1 ] Výpočet emisního faktoru pro danou kategorii a věk hospodářských zvířat, skládky exkrementů a manipulaci s exkrementy se provede dle vztahu:

EF =

q m ( ZL).31,536 [kg.kus −1 .rok −1 ] ni

kde: ni je počet kusů produkujících znečišťující látky Způsob měření

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 Stáj s aplikací přípravku Rozdíl % snížení

NH3 [kg*zvíře-1*rok-1] CO2 [kg*zvíře-1*rok-1] CH4 [kg*zvíře-1*rok-1] 4,700 2563,038 8,552 3,324 1,376 29,277

1292,593 1270,445 49,568

H2S [kg*zvíře-1*rok-1] 1322,133

3,329 5,223 61,073

819,519 502,614 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 Stáj s aplikací přípravku Rozdíl % snížení

NH3 [kg*zvíře-1*rok-1] CO2 [kg*zvíře-1*rok-1] CH4 [kg*zvíře-1*rok-1] H2S [kg*zvíře-1*rok-1] 3,670 970,547 2,181 1193,835 1,720 1,950 53,134

561,867 408,680 42,108

1,182 0,999 45,812

646,884 546,951 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 Stáj s aplikací přípravku Rozdíl % snížení

NH3 [kg*zvíře-1*rok-1] CO2 [kg*zvíře-1*rok-1] CH4 [kg*zvíře-1*rok-1] H2S [kg*zvíře-1*rok-1] 0,029 46,755 0,064 16,130 0,016 0,013 44,558

27,918 18,837 40,289

0,043 0,021 32,813

10,898 5,232 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 Stáj s aplikací přípravku Rozdíl % snížení

NH3 [kg*zvíře-1*rok-1] CO2 [kg*zvíře-1*rok-1] CH4 [kg*zvíře-1*rok-1] H2S [kg*zvíře-1*rok-1] 0,122 36,671 0,046 14,421 0,074 0,048 39,344

39,882 -3,211 -8,756

0,058 -0,012 -26,087

17,415 -2,994 -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 NH3 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, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

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 12,00

3600,00 NH3 průměr CH4 průměr CO2 průměr

3000,00

H2S průměr 8,00

2400,00

6,00

1800,00

4,00

1200,00

2,00

600,00

0,00 24.3.05 12:00

24.3.05 14:00

24.3.05 16:00

24.3.05 18:00

24.3.05 20:00

24.3.05 22:00

25.3.05 0:00

25.3.05 2:00

25.3.05 4:00

25.3.05 6:00

25.3.05 8:00

25.3.05 10:00

25.3.05 12:00

koncentrace CO2 a H 2S (mg.m-3)

koncentrace NH3 a CH 4 (mg.m -3)

10,00

0,00 25.3.05 14:00

čas (h)

Graf 1.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku – referenční stáj 4900,00

18,00

4200,00

15,00

3500,00

12,00

2800,00

9,00

2100,00

6,00

koncentrace CO2 a H2S (mg.m-3)

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m-3)

PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU PRASAT ŠTĚPÁNOVICE HALA Č.3, 23. - 24. 03. 2005, KONTROLA 21,00

1400,00 NH3 průměr CH4 průměr

3,00

CO2 průměr

700,00

H2S průměr 0,00 0,00 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 čas (h)

Graf 2.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku – farma Červený Újezd, přípravek SECHE-ETABLE 2500,00

8,00

2000,00

6,00

1500,00

4,00

1000,00

NH3-5 [mg/m3] CH4-5 [mg/m3] CO2-5 [mg/m3] H2S-5 [mg/m3]

2,00

koncentrace CO2 a H2S (mg.m-3)

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m-3)

PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - STŘEDISKO CHOVU PRASAT ČERVENÝ ÚJEZD SEKCE Č.4, 27.6 - 15.7. 2005,PŘÍPRAVEK SECHE-ETABLE 10,00

500,00

0,00 0,00 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 čas (h)

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

2400,00

10,00

2000,00

8,00

1600,00

6,00

1200,00

4,00

800,00

2,00

400,00

-3

koncentrace NH3 (mg.m )

-3

12,00

2800,00 NH3-6 [mg/m3] CH4-6 [mg/m3] CO2-6 [mg/m3] H2S-6 [mg/m3]

koncentrace CO2 a H2S (mg.m )

14,00

0,00 0,00 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 čas (h)

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 48,00

3000,00 NH3 průměr CH4 průměr

40,00

2500,00

CO2 průměr

-3

koncentrace CO2 a H2S (mg.m )

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m-3)

H2S průměr 32,00

2000,00

24,00

1500,00

16,00

1000,00

8,00

500,00

0,00 11.4.05 12:00

11.4.05 14:00

11.4.05 16:00

11.4.05 18:00

11.4.05 20:00

11.4.05 22:00

12.4.05 0:00

12.4.05 2:00

12.4.05 4:00

12.4.05 6:00

12.4.05 8:00

12.4.05 10:00

12.4.05 12:00

0,00 12.4.05 14:00

čas (h)

Graf 3.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku – referenční stáj

10,00

2500,00

NH3 průměr

8,00

2000,00

CH4 průměr H2S průměr 6,00

1500,00

CO2 průměr

4,00

1000,00

2,00

500,00

0,00 11.4.05 12:00

11.4.05 14:00

11.4.05 16:00

11.4.05 18:00

11.4.05 20:00

11.4.05 22:00

12.4.05 0:00

12.4.05 2:00

12.4.05 4:00

12.4.05 6:00

12.4.05 8:00

12.4.05 10:00

12.4.05 12:00

koncentrace CO2 a H2S (mg.m-3)

3000,00

-3

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m )

PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ - FARMA VÝKRMU BROJLERŮ RATIBOŘICE HALA Č.3, 11. -12. 04. 2005, KONTROLA 12,00

0,00 12.4.05 14:00

čas (h)

Graf 4.1. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku – farma Sviny, přípravek BIACID 30,00

12000,00

25,00

10000,00

20,00

8000,00

15,00

6000,00

10,00

4000,00 NH3 průměr

5,00

CH4 průměr

koncentrace CO2 a H2S (mg.m-3)

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m-3)

PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ FARMA VÝKRMU BROJLERŮ SVINY, HALA 1, 14. - 15. 11. 2005,PŘÍPRAVEK BIACID

2000,00

CO2 průměr H2S průměr 0,00 0,00 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 čas (h)

Graf 4.2. Průměrné koncentrace skleníkových plynů a amoniaku – referenční stáj 12000,00

35,00

10500,00

9000,00

-3

30,00

koncentrace CO2 a H2S (mg.m )

40,00

-3

koncentrace NH3 a CH4 (mg.m )

PRŮMĚRNÉ KONCENTRACE MĚŘENÝCH PLYNŮ FARMA VÝKRMU BROJLERŮ SVINY, HALA 2, 15. - 16. 11. 2005,KONTROLA

NH3 průměr

25,00

7500,00

CH4 průměr CO2 průměr

20,00

6000,00

H2S průměr 15,00

4500,00

10,00

3000,00

5,00

1500,00

0,00 0,00 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 čas (h)