InKalkTier-Bewertungsmethode Emissionspotenzial Ammoniak Schweinemast

Zur Bewertung der Emissionspotenziale von Ammoniak (NH₃) für Haltungsverfahren der Schweinemast werden eigens erstellte Stoffflussmodelle verwendet. Sie ermöglichen die Bewertung des Emissionspotenzials von Ammoniak für Haltungsverfahren

• mit einem Flächenangebot von bis zu 2,0 m²/TP im Innenbereich (Kap. 1.4.2),
• mit unterschiedlichen Lüftungsverfahren (zwangs- und freigelüftete sowie Außenklimaställe),
• mit oder ohne Auslauf,
• mit oder ohne Kot-/Harnbereich (perforiert, planbefestigt oder eingestreut) sowie
• mit oder ohne Tiefstreu.

Beispielhaft ist in Abbildung 1 das verwendete Stoffflussmodell für Haltungsverfahren mit perforiertem Kot-/Harnbereich dargestellt.

Abb. 1: Stoffflussmodell für Haltungsverfahren der Schweinemast mit voll- oder teilperforierten Böden (TAN: Total Ammoniacal Nitrogen; WD: Wirtschaftsdünger) (© KTBL)

Mit Stoffflussmodellen können Effekte auf die Emissionsraten der einzelnen Stufen innerhalb eines Modells abgebildet werden (Reidy et al. 2009). Zunächst wird die TAN-Menge je Mastschwein aus der ausgeschiedenen Menge an Stickstoff unter Verwendung von Bilanzierungsmodellen geschätzt (KTBL 2023b). Der sich aus den Stickstoffausscheidungen der Nutztiere bildende ammoniakalische Stickstoff (TAN) ist die Quelle für Stickstoffemissionen in Form von Ammoniak (NH₃-N-Emissionen) (Reidy et al. 2009). Die Stickstoffausscheidung beeinflusst deshalb direkt die Emissionsrate des Stalls. Von der Stall-Emissionsrate wiederum hängt die TAN-Menge ab, die im Wirtschaftsdünger verbleibt und im Wirtschaftsdüngerlager emissionsrelevant wird. Die dortige Emissionsrate hat wiederum Einfluss auf den Stickstoffgehalt des Wirtschaftsdüngers bei der Ausbringung. Das Prinzip der Stoffflussmodelle und den Zusammenhang zwischen den Emissionsraten und der TAN-Menge verdeutlicht Abbildung 2.

Abb. 2: Darstellung der TAN-Mengen und NH3-N-Emissionsraten für die einzelnen Stufen des Stoffflussmodells am Beispiel eines zwangsgelüfteten Stalls mit Wirtschaftsdüngeraußenlager bei Universalfütterung (DLG 2014) für unterschiedliche Szenarien: ohne Einsatz von Minderungsmaßnahmen, bei Einsatz einer Minderungsmaßnahme im Stall und bei Einsatz jeweils einer Minderungsmaßnahme im Stall und im Wirtschaftsdüngeraußenlager (WD: Wirtschaftsdünger) (© KTBL)

1 Berechnung der Emissionspotenziale

Die für die Berechnung der Emissionspotenziale verwendeten Gleichungen sind nachfolgend aufgeführt. Hierbei wird auf Kapitel und Gleichungen verwiesen, in denen die einzelnen Variablen hergeleitet bzw. erläutert werden.

Die Emissionspotenziale für Haltungsverfahren der Schweinemast werden in der Web-Anwendung InKalkTier als prozentuale Relativwerte angegeben. Sie bezeichnen die Abweichung der NH3-Emissionsrate für das bewertete Haltungsverfahren von der NH3-Emissionsrate eines Bezugsverfahrens (Gl. 1).

Die NH₃-Emissionsrate eines Haltungsverfahrens setzt sich zusammen aus den Emissionsraten des Stalls – bei Haltungsverfahren mit perforierten Bereichen aufgeteilt auf die Emissionen vom perforierten Boden (oberflur) und die Emissionen aus den Flüssigmistkanälen (unterflur) – sowie den Emissionsraten des Wirtschaftsdüngeraußenlagers. Der Begriff „Stall“ schließt den Auslauf ein, sofern vorhanden. Die Berechnungsschritte können den Gleichungen 2 bis 6 entnommen werden.

1.1 Stickstoffausscheidung und TAN-Anteil

Die in den oben genannten Gleichungen zur Berechnung der Emissionsraten verwendete Stickstoffausscheidung von Mastschweinen variiert je nach Futtermenge, Rohproteingehalt der Ration und Leistung der Tiere (DLG 2014). Zur Modellierung des Ammoniakemissionspotenzials werden die von der DLG (2014, 2019) definierten Fütterungsstrategien herangezogen (Tab. 1). Die errechneten Emissionspotenziale gelten für Mastschweine von 28 bis 118 kg Lebendmasse (LM) bei 244 kg Zuwachs pro Tier und Jahr, Tageszunahmen von 850 g LM und 2,7 Mastdurchgängen pro Jahr.

In den verwendeten Stoffflussmodellen für Mastschweine wird ein TAN-Anteil von 66 % an den Gesamtstickstoffausscheidungen zugrunde gelegt (KTBL 2023b).

Tab. 1: Stickstoff-Standardausscheidung pro Tierplatz bei 850 g Tageszunahme in Abhängigkeit der Fütterungsstrategie sowie TAN-Mengenanteil an den Stickstoffausscheidungen

Fütterungsstrategie	N-Ausscheidung		TAN-Anteil an der N-Ausscheidung
	NAus	Quelle	rTAN	Quelle
	kg/(TP ‧ a)
Universalfutter, Universalmast mit Vormast	12,2	DLG (2014)	0,66	KTBL (2023b)
N-/P-reduziert, 2-Phasen-Mast mit Vormast	11,7	DLG (2014)	0,66	KTBL (2023b)
Stark N-/P-reduziert, 3-Phasen-Mast mit Vormast	10,6	DLG (2019)	0,66	KTBL (2023b)
Sehr stark N-/P-reduziert, 3-Phasen-Mast mit Vormast	9,5	DLG (2019)	0,66	KTBL (2023b)

Die N-reduzierte Fütterung wirkt sich infolge einer verringerten Stickstoffausscheidung direkt auf die mit dem entsprechenden Stoffflussmodell berechneten NH₃-Emissionsraten aus. Beispielsweise reduziert sich die mit dem Stoffflussmodell berechnete NH₃-Emissionsrate für vollperforierte Buchten mit Zwangslüftung und einem Flächenangebot von 0,75 m²/TP von 3,4 kg NH₃/(TP ‧ a) bei Universalfütterung

• auf 3,3 kg NH₃/(TP ‧ a) bei N-/P-reduzierter Fütterung,
• auf 3,0 kg NH₃/(TP ‧ a) bei stark N-/P-reduzierter Fütterung und
• auf 2,6 kg NH₃/(TP ‧ a) bei sehr stark N-/P-reduzierter Fütterung.

Diese Ergebnisse des Stoffflussmodells wurden von Markus et al. (2023) bei ihren Messungen in Schweinemastställen bestätigt.

1.2 Emissionsrate des Stalls

Die Emissionsrate des Stalls umfasst die Emissionen aus dem Innenbereich sowie die Emissionen des Auslaufs, sofern vorhanden. Verfügt ein Haltungsverfahren über einen Auslauf und ein entsprechend großes Flächenangebot je Tier (Kap. 1.4.2), wird von den Tieren meist ein Kot-/Harnbereich im Auslauf angelegt. Unter dieser Annahme wird davon ausgegangen, dass keine oder nur geringe Emissionsraten aus dem Innenbereich vorliegen. Eine Ausnahme stellen Haltungsverfahren mit Auslauf dar, die im Innenbereich über einen zusätzlichen Kot-/Harnbereich verfügen.

1.2.1 Grundlagen

Bei Haltungsverfahren mit vollperforierten Buchten sowie perforierten Kot-/Harnbereichen teilt sich der Stofffluss im Stall auf die Bereiche oberflur und unterflur auf. Es wird eine Aufteilung der anfallenden TAN-Menge auf ober- und unterflur von 15 % bzw. 85 % angenommen. Sie wird in den Gleichungen aus Kapitel 1 mit den Werten aus Tabelle 2 berücksichtigt. In Ställen mit planbefestigten Kot-/Harnbereichen oder Tiefstreu entfällt der Unterflurbereich, sodass 100 % der TAN-Menge dem Oberflurbereich zugeordnet werden.

Tab. 2: Aufteilung der TAN-Menge auf ober- und unterflur in Abhängigkeit der Haltungsform

Haltungsform	Anteil an der TAN-Menge
	oberflur	unterflur
	rO	rU
Zwangslüftung, perforierter Kot-/Harnbereich	0,15	0,85
Freie Lüftung, perforierter Kot-/Harnbereich	0,15	0,85
Freie Lüftung, planbefestigter, eingestreuter Kot-/Harnbereich	1,00	0,00
Freie Lüftung, Tiefstreu	1,00	0,00

Ammoniakemissionsraten von Schweinemastställen mit Auslauf wurden im Projekt „Ermittlung von Emissionsdaten für die Beurteilung der Umweltwirkungen der Nutztierhaltung“ (EmiDaT) (Wolf et al. 2023) systematisch erhoben. Sie werden hier zur Ableitung von Emissionsfaktoren für die Stoffflussmodelle herangezogen. Die Emissionsraten für die freigelüfteten Ställe mit Auslauf nach Wolf et al. (2023) wurden für freigelüftete Ställe ohne Auslauf sowie Außenklimaställe übernommen. Die Emissionsrate für die zwangsgelüftete Einflächenbucht nach Wolf et al. (2023) bildet die Grundlage für die Bewertung aller zwangsgelüfteten Verfahren.

Da in den letzten Jahren keine systematischen Emissionsmessungen von Tiefstreuverfahren durchgeführt wurden, wird für Außenklimaställe mit Tiefstreu der Konventionswert aus der Richtlinie VDI 3894-1 (2011) verwendet. Dieser Wert entspricht dem Emissionsfaktor im nationalen Emissionsinventar (Vos et al. 2022). Guingand und Rugani (2012) sowie Lagadec et al. (2012) haben in ihren Untersuchungen ähnliche Emissionsraten für zwangsgelüftete Tiefstreuverfahren gemessen.

In Tabelle 3 ist aufgeführt, welche Emissionsraten in Abhängigkeit der Haltungsform als Grundlage für die Ableitung von Emissionsfaktoren herangezogen wurden.

Tab. 3: Liste der NH₃-N-Emissionsraten für die Haltung von Mastschweinen, die zur Ableitung von Emissionsfaktoren für die Stoffflussmodelle verwendet wurden

Haltungsform	Fütterungsstrategie	Zugrunde liegende N-Ausscheidung	Emissionsrate	Quelle
		kg/(TP ‧ a)	kg NH3-N/(TP ‧ a)
Zwangslüftung, Einflächenbucht	Universalfutter	12,2	2,8	Wolf et al. (2023)
Freie Lüftung, perforierter Auslauf	N-/P-reduziert	11,7	2,0	Wolf et al. (2023)
Freie Lüftung, planbefestigter, eingestreuter Auslauf	N-/P-reduziert	11,7	3,2	Wolf et al. (2023)
Außenklimastall, Tiefstreuverfahren	Universalfutter	12,2	3,5	VDI 3894-1 (2011)

Bei Ställen mit perforierten Flächen werden 35 % der Gesamtemissionsrate dem Oberflurbereich zugeordnet und 65 % dem Unterflurbereich. Diese Aufteilung wurde aus dem Minderungspotenzial der Gülleansäuerung von 64 % (VERA 2016) sowie einem Übersichtsartikel von Chowdhury et al. (2014) abgeleitet. Bei einem pH-Wert des Flüssigmists von 5,5, der bei der Gülleansäuerung angestrebt wird, sind nach Berechnungen von Fangueiro et al. (2015) gegenüber einem Flüssigmist mit einem pH-Wert von 7,5 nur noch 1 % der NH₃-Emissionen zu erwarten. Aus der Annahme, dass die Ansäuerung nur auf die Emissionsrate unterflur wirkt, ergibt sich die o.g. prozentuale Zuordnung der Gesamtemissionsrate.

1.2.2 Emissionsfaktoren

Auf Basis der Emissionsraten aus der Literatur (Kap. 1.2.1, Tab. 3) und der Aufteilung der Emissionsrate (Kap. 1.2.1) sowie der TAN-Menge (Kap. 1.2.1, Tab. 2) auf ober- und unterflur lassen sich Emissionsfaktoren für die Stoffflussmodelle berechnen. Diese werden in den Gleichungen aus Kapitel 1 eingesetzt. Der Bezug dieser Emissionsfaktoren auf emissionsrelevante Standardflächen, wie in Tabelle 4 dargestellt, ermöglicht die Bewertung unterschiedlicher Haltungsverfahren. Die emissionsrelevante Stallfläche von Haltungsverfahren wird in Kapitel 1.4.2 erläutert.

Beispielsweise kann für ein zwangsgelüftetes Verfahren mit perforiertem Kot-/Harnbereich und einem Flächenangebot von 0,75 m²/TP (Tab. 4) ausgehend von der Emissionsrate von 2,8 kg NH₃-N/(TP ‧ a) (Tab. 3) bei einer Zuordnung von 35 % der Emissionen oberflur (Kap. 1.2.1) eine Emissionsrate oberflur von 0,98 kg NH₃-N/(TP ‧ a) kalkuliert werden. Die Emissionsrate des Stalls basiert auf einer Stickstoffausscheidung von 12,2 kg/(TP ‧ a) (Kap. 1.2.1, Tab. 3). Unter Berücksichtigung des TAN-Anteils von 0,66 an der Stickstoffausscheidung (Kap. 1.1, Tab. 1) und dem Oberfluranteil von 0,15 an der TAN-Menge (Kap. 1.2.1, Tab. 2) errechnet sich eine TAN-Menge von 1,2 kg/(TP ‧ a) oberflur. Die Division der emittierenden Stickstoffmenge (0,98 kg N/(TP ‧ a)) durch die oberflur als TAN vorliegende Stickstoffmenge (1,2 kg N/(TP ‧ a)) ergibt den Emissionsfaktor oberflur von 0,81 (Tab. 4).

Tab. 4: NH₃-N-Emissionsfaktoren ober- und unterflur für Schweinemastställe in Abhängigkeit der Haltungsform und der emissionsrelevanten Standardfläche sowie Angabe des zugrunde liegenden Flächenangebots

Haltungsform	NH3-N-Emissionsfaktor bezogen auf TAN		Emissionsrelevante Standardfläche		Zugrunde liegendes Flächenangebot
	oberflur	unterflur	oberflur	unterflur
	EFO	EFU	AO	AU
			m²/TP	m²/TP	m²/TP
Zwangslüftung, perforierter Kot-/ Harnbereich	0,81	0,27	― 1)	0,75	0,75
Freie Lüftung, perforierter Kot-/ Harnbereich	0,60	0,20	― 1)	0,4	1,3
Freie Lüftung, planbefestigter, eingestreuter Kot-/ Harnbereich	0,41	―	0,4	―	1,3
Freie Lüftung, Tiefstreu	0,43	―	― 1)	―	1,3

¹⁾ Flächengröße für die Stoffflussmodelle nicht von Relevanz.

1.2.3 Wissenschaftliche Einordnung der Emissionsfaktoren

Die gegenüber zwangsgelüfteten Verfahren geringeren Emissionsfaktoren für freigelüftete Verfahren lassen sich durch die Temperaturabhängigkeit der Emissionen (Elzing und Monteny 1997) erklären und gehen auf die Untersuchungsergebnisse von Wolf et al. (2023) zurück.

Bei perforierten Verfahren werden aufgrund der raschen Umsetzung des Harnstoffs nach dem Harnabsatz auf der reaktiven Oberfläche des perforierten Bodens oberflur höhere Emissionsfaktoren erwartet als unterflur. Elzing und Monteny (1997) konnten bei Untersuchungen im technischen Maßstab die höchsten Emissionsraten innerhalb der ersten zwei Stunden nach dem Aufbringen von Kot und Harn auf einen perforierten Boden messen. 24 Stunden nach dem Aufbringen entsprachen die Emissionsraten wieder dem Ausgangsniveau. Dies erklärt den geringeren Emissionsfaktor unterflur, denn dort lagert das Kot-Harn-Gemisch (Flüssigmist) in der Regel über längere Zeiträume. Für die Stoffflussmodelle wird außerdem eine geringe Luftaustauschrate über der Flüssigmistoberfläche im Kanal unterstellt, die mit geringeren Emissionsraten einhergeht. Ye et al. (2008) beschreiben den Zusammenhang zwischen dem Abstand der Flüssigmistoberfläche zum perforierten Boden und der Luftaustauschrate sowie deren Einfluss auf die Ammoniakemissionsraten.

Mehrens (2021) stellte fest, dass vollperforierte Buchten heterogen verschmutzt sind, und erhob mit zunehmender Verschmutzung eine steigende Ureaseaktivität. Die Aktivität von Urease beeinflusst die Harnstoffspaltung und damit die Emissionsraten von Ammoniak (Braam und Swierstra 1999). Durch die heterogene Verschmutzung kann oberflur kein Flächenbezug hergestellt werden, sodass in den Stoffflussmodellen mit perforierten Kot-/Harnbereichen oberflur ausschließlich die variierende TAN-Menge Berücksichtigung findet (Kap. 1, Gl. 4).

Im Unterflurbereich hingegen wird der Flächengröße in den Stoffflussmodellen aufgrund der weitgehend homogen emittierenden Fläche Einfluss auf die NH₃-Emissionsraten beigemessen. Ni et al. (1999) konnten jedoch keinen Einfluss der Menge des unterflur gelagerten Flüssigmists auf die Ammoniakemissionsraten nachweisen. Die Autoren führen dies auf die Bedeutung des Massentransfers von Ammoniak bzw. Ammonium an die Flüssigmistoberfläche zurück. In den Stoffflussmodellen wird daher eine Abweichung der emissionsrelevanten Fläche von der Standardfläche A_U in Form einer Zu- oder Abnahme der mit dem TAN-bezogenen Emissionsfaktor berechneten Emissionsrate einkalkuliert (Kap. 1, Gl. 5).

1.2.4 Übertragbarkeit der Emissionsfaktoren

Für Haltungsverfahren mit planbefestigen, nicht eingestreuten Ausläufen liegen derzeit keine systematischen Untersuchungen vor. Diese Verfahren werden mit dem Emissionsfaktor für planbefestigte, eingestreute Ausläufe bewertet (Kap. 1.2.1, Tab. 3). Hierbei ist jedoch zu beachten, dass befestigte, nicht eingestreute Bereiche laut TA Luft (2021; Nummer 5.4.7.1 Buchstabe a) bei Verschmutzung täglich zu reinigen sind. Das tägliche Abschieben der Exkremente bei planbefestigten, nicht eingestreuten Ausläufen wurde auch bei ersten Messungen im Verbundvorhanden Emissionsminderung Nutztierhaltung (EmiMin) vorausgesetzt, deren Ergebnisse unter dieser Managementvoraussetzung auf geringere Emissionsraten als bei Ausläufen mit Einstreu hindeuten.

Die in den Stoffflussmodellen verwendeten Emissionsfaktoren basieren auf Untersuchungen außenliegender Ausläufe. Die entsprechenden Emissionsfaktoren können auch für Haltungsverfahren mit innenliegenden Ausläufen angewendet werden.

Für Haltungsverfahren mit Zwangslüftung und Auslauf wird unter Voraussetzung des permanenten Zugangs der Schweine zum Auslauf sowie selbstschließender Türen zwischen Innenbereich und Auslauf angenommen, dass die Schweine Kot und Harn überwiegend im Auslauf absetzen. Basierend auf dieser Annahme wird bei zwangsgelüfteten Verfahren mit Auslauf v. a. der Auslauf als emissionsrelevant eingestuft. Aus diesem Grund können, je nach Bodengestaltung im Auslauf, die Emissionsfaktoren für freigelüftete Verfahren mit perforierten oder planbefestigten, eingestreuten Ausläufen übernommen werden. Auch wenn bei ausreichendem Flächenangebot für eine Buchtenstrukturierung durch die Tiere v. a. der Auslauf als emissionsrelevant eingestuft wird, sollte berücksichtigt werden, dass perforierte Flächen im Innenbereich zu zusätzlichen Emissionen aus dem Flüssigmistkanal führen.

1.3 Emissionsrate des Wirtschaftsdüngeraußenlagers

Die Emissionsrate des Wirtschaftsdüngeraußenlagers wird in den Stoffflussmodellen auf Basis der Emissionsfaktoren (Tab. 5) von Kupper et al. (2020) und Sommer et al. (2019) ermittelt. Bei Flüssigmistlagern hat neben dem TAN-Gehalt die Größe der Flüssigmistoberfläche im Außenlager Einfluss auf die Emissionsrate (Kupper et al. 2020). Unter Berücksichtigung der Betriebsstruktur in Deutschland wurde eine Standardoberfläche für Flüssigmistlager von 0,29 m²/TP ermittelt (KTBL 2023c). Aus dieser Standardoberfläche A_WD und der Flüssigmistoberfläche A_emiWD im Wirtschaftsdüngeraußenlager des zu bewertenden Haltungsverfahrens berechnet sich ein Faktor f_WD (Kap. 1, Gl. 6). Dieser Faktor ermöglicht es, die Emissionsrate des Flüssigmistaußenlagers proportional an den Behälterdurchmesser anzupassen.

Bei Festmistaußenlagern wird ausschließlich der TAN-Gehalt als Einflussgröße auf die Emissionsrate berücksichtigt, da sich die Festmistoberfläche während der Lagerung fortwährend ändert.

Für Rottemist aus Tiefstreuverfahren ist die Lagerdauer in einem Außenlager in der Regel kurz und aufgrund der bereits im Stall erfolgten Rotte mit geringen mikrobiellen Umsetzungsprozessen verbunden. Aus diesem Grund werden nur geringe Ammoniakemissionsraten erwartet, sodass die Emissionsrate aus der Lagerung von Rottemist aus Tiefstreuverfahren zu vernachlässigen sind.

Tab. 5: NH₃-N-Emissionsfaktoren für die Wirtschaftsdüngeraußenlagerung in Abhängigkeit der Art des Lagers

Art des Lagers	NH3-N-Emissionsfaktor	Quelle	Standard-Flüssigmistoberfläche
	EFWD		AWD
	bezogen auf TAN		m²/TP
Flüssigmistlager, nicht abgedeckt	0,12	Kupper et al. (2020)	0,29
Festmistlager, nicht abgedeckt	0,35	abgeleitet von Sommer et al. (2019) 1)	―
Lager für Rottemist aus Tiefstreuverfahren	zu vernachlässigen	Expertenschätzung	―

¹⁾            Veröffentlichter Wert um abgedeckte Festmistlager bereinigt.

1.4 Einflussfaktoren

Neben der Stickstoffausscheidung haben in den Stoffflussmodellen das Lüftungsverfahren, die Größe und Gestaltung der emissionsrelevanten Fläche sowie der Einsatz emissionsmindernder Maßnahmen Einfluss auf die mit den Stoffflussmodellen berechneten Emissionsraten (Abb. 3).

Abb. 3: Stoffflussmodell für Haltungsverfahren mit perforierten Kot-/Harnbereichen einschließlich der Einflussfaktoren (rot) auf die Emissionsraten oberflur, unterflur und aus dem Wirtschaftsdüngeraußenlager (WD: Wirtschaftsdünger) (© KTBL)

1.4.1 Lüftungsverfahren und Flächengestaltung

Die Emissionsraten von Ammoniak sind u. a. temperaturabhängig (Elzing und Monteny 1997). Ob ein Haltungsverfahren über eine Zwangslüftung oder freie Lüftung verfügt, hat Einfluss auf die Stalltemperatur und damit auf die Emissionsraten. Auch die Flächengestaltung mit perforiertem Boden oder planbefestigtem Boden mit Einstreu hatte bei Wolf et al. (2023) Einfluss auf die NH₃-Emissionsrate. Berücksichtigt werden diese Zusammenhänge in den Stoffflussmodellen über die Verwendung der Emissionsraten entsprechend Tabelle 3 (Kap. 1.2.1).

1.4.2 Emissionsrelevante Fläche

Zwischen der Buchtenverschmutzung und der Höhe der NH₃-Emissionsraten konnte von Ni et al. (1999) ein linearer Zusammenhang abgeleitet werden. Die Buchtenverschmutzung hängt u. a. von der Größe und Gestaltung der Bucht ab (Aarnink et al. 1996, Ocepek und Andersen 2022), denn Schweine legen bei ausreichendem Flächenangebot Funktionsbereiche an. Das heißt: Sie nutzen einen Teil der Fläche ausschließlich zum Liegen, einen anderen zum Fressen und wieder einen anderen zum Koten und Harnen. Bei Haltungsverfahren mit Auslauf erfolgt das Absetzen von Kot und Harn in der Regel im Auslauf. Legen die Tiere Funktionsbereiche an, ist eine verringerte Verschmutzung der angebotenen Fläche zu erwarten und die Emissionsraten je Tierplatz können im Vergleich zu nicht strukturierten Haltungsverfahren sinken.

Die Buchtenstrukturierung durch die Tiere ist u. a. abhängig vom Flächenangebot und wird ab einer Fläche von 1,3 m²/TP erwartet. Ab diesem Flächenangebot ist die Aufteilung in eine Liegefläche (0,6 m²/TP), eine Aktivitätsfläche (0,3 m²/TP) und eine Kot-/Harnfläche (0,4 m²/TP) möglich.

Die hier einkalkulierte Liegefläche von 0,6 m²/TP entspricht der nach Ekkel et al. (2003) für Mastschweine mit 80 kg Lebendmasse (LM) benötigten Fläche. Auch im Tierhaltungskennzeichnungsgesetz (TierHaltKennzG 2023) wird für Mastschweine von 50–110 kg LM eine Liegefläche von 0,6 m²/TP gefordert. Bei Ocepek und Andersen (2022) wurden von Mastschweinen meist ab einem Flächenangebot von 1,3 m²/TP Kot-/Harnbereiche angelegt. Die hierfür erforderliche Fläche des Kot-/Harnbereichs betrug 0,4 m²/TP. Für Haltungsverfahren mit mindestens 1,3 m²/TP kann folglich mit einer emissionsrelevanten Fläche von 0,4 m²/TP kalkuliert werden.

In den verwendeten Stoffflussmodellen sind die Emissionsfaktoren mit einer emissionsrelevanten Standardfläche A_O oder A_U verknüpft (Kap. 1.2.2, Tab. 4). Weicht die emissionsrelevante Stallfläche A_emiS eines Haltungsverfahrens von dieser Standardfläche ab, wird die Abweichung mit der flächenspezifischen Emissionsrate e_S einkalkuliert. Die Emissionsrate e_S (2,04 kg NH₃-N/(m²‧a)) stellt dabei eine Expertenschätzung auf Basis von Untersuchungsergebnissen zur Güllekanalverkleinerung (Wokel und Gallmann 2023) im Verbundvorhanden Emissionsminderung Nutztierhaltung (EmiMin) dar. Sie wird für zwangsgelüftete und freigelüftete Verfahren verwendet. Konservativ wird sie auch auf planbefestigte Flächen übertragen. Bei einer Abweichung der emissionsrelevanten Stallfläche A_emiS von der emissionsrelevanten Standardfläche A_O werden planbefestigte Flächen folglich wie eine Flüssigmistoberfläche im Kanal behandelt.

Die emissionsrelevante Stallfläche A_emiS geht in den Gleichungen 4 und 5 in die Berechnung der Emissionspotenziale ein.

Das Flächenangebot des Stalls sowie die emissionsrelevante Stallfläche beziehen sich nachfolgend auf die Buchtenfläche einschließlich des Auslaufs, sofern vorhanden. Bei der Ermittlung des Flächenangebots und der emissionsrelevanten Stallfläche wird außerdem unterstellt, dass die einzelnen Buchten des Stalles gleich aufgebaut sind bei gleichem Tierbesatz je Bucht.

1.4.2.1 Grundlegende Prinzipien zur Bestimmung der emissionsrelevanten Fläche

Der Bestimmung der emissionsrelevanten Fläche liegen folgende Prinzipien zugrunde:

• Schweine legen, wie in Kapitel 1.4.2 beschrieben, Funktionsbereiche an und es besteht ein Zusammenhang zwischen der Verschmutzung der angebotenen Fläche und der Emissionsrate eines Haltungsverfahrens.
• Ab einer angebotenen Fläche von 1,3 m²/TP beträgt die emissionsrelevante Fläche 0,4 m²/TP, sofern das Flächenangebot im Innenbereich 2,0 m²/TP nicht überschreitet.
• Perforierte Flächen sind aufgrund der emittierenden Flüssigmistoberfläche unterflur unabhängig vom Flächenangebot und der Verschmutzung oberflur immer emissionsrelevant.

Dies führt dazu, dass die emissionsrelevante Fläche größer sein kann als in den Kapiteln 1.4.2.3 bis 1.4.2.5 beschrieben. Zu berücksichtigen sind auch getrennte Flüssigmist- und Wasserkanäle sowie Kot-/Harnbereiche im Innenbereich von Buchten mit Auslauf. Einkalkuliert wird vereinfachend ausschließlich die Größe der perforierten Fläche. Abweichungen zur Größe der Flüssigmistoberfläche unterflur sind in Abhängigkeit des Verfahrens möglich, etwa wenn Flüssigmist auch unter dem planbefestigten Boden gelagert wird.

Nicht berücksichtigt wird:

• Der Einfluss der Buchtengeometrie und der Gestaltung der Bucht auf die Einhaltung der Funktionsbereiche durch die Tiere: Es kann beispielsweise vorkommen, dass die Funktionsbereiche bei einer sehr weiten Entfernung zwischen Liege- und Kot-/Harnbereich weniger zuverlässig angenommen werden. In der Folge ist eine erhöhte Verschmutzung zu erwarten. Vorausgesetzt wird eine Buchtenstrukturierung durch die Tiere unter der Prämisse einer entsprechenden Flächengröße und -gestaltung (DLG 2020).
• Der Einfluss eines geänderten Flächenangebots je Tier im Lauf der Mast: Wenn Schweine im [[Kontinuierliche Mast|kontinuierlichen Verfahren]] gemästet werden und nach Abschluss eines Mastabschnitts in Buchten mit einem größeren Flächenangebot je Tier umgetrieben werden oder die Buchten im [[Rein-Raus-Verfahren|Rein-Raus-Verfahren]] mit einer flexiblen Trennwand ausgestattet sind, wird in den Stoffflussmodellen mit der Fläche im letzten Mastabschnitt (Endmast) kalkuliert. In diesem Mastabschnitt sind nach Keck et al. (2010) die höchsten Emissionsraten zu erwarten. Indem für die Berechnungen des Emissionspotenzials das Flächenangebot der Endmast für die gesamte Mastdauer herangezogen wird, wird diese kritische Phase besonders berücksichtigt. Den verwendeten N-Ausscheidungen und Emissionsfaktoren liegt jedoch ein mittleres Mastgewicht zugrunde.

1.4.2.2 Vollperforierte Buchten und Buchten mit Tiefstreu

Bei einer vollperforierten Bucht wird die gesamte Stallfläche aufgrund der darunterliegenden, offenen Flüssigmistoberfläche als emissionsrelevant betrachtet.

Für Tiefstreuverfahren werden auf Grund mangelnder Datengrundlage Abweichungen der emissionsrelevanten Fläche von der dem Emissionsfaktor zugrunde liegenden Stallfläche (Kap. 1.2.2, Tab. 4) nicht berücksichtigt.

1.4.2.3 Teilperforierte und planbefestigte Buchten ≥ 1,3 m²/TP mit einem Innenbereich ≤ 2,0 m²/TP

Bei einem Flächenangebot ≥ 1,3 m²/TP wird von einer funktionierenden Buchtenstrukturierung durch die Tiere ausgegangen, sodass eine Fläche von 0,4 m²/TP für den Kot-/Harnbereich angesetzt werden kann. Diese Fläche des Kot-/Harnbereichs wird als emissionsrelevante Fläche betrachtet.

Dies gilt sowohl für Haltungsverfahren mit als auch ohne Auslauf und mit einem Flächenangebot von maximal 2,0 m²/TP im Innenbereich. Als Expertenschätzung lässt sich ableiten, dass Schweine ab diesem Flächenangebot nicht mehr zuverlässig Funktionsbereiche anlegen und nicht mehr ausschließlich den Auslauf als Kot-/Harnbereich nutzen.

Da bei Haltungsverfahren mit perforierten Bereichen die gesamte perforierte Fläche A_per emissionsrelevant ist, kann für diese Verfahren die emissionsrelevante Fläche 0,4 m²/TP überschreiten. Dies ist der Fall, wenn die perforierte Fläche größer als 0,4 m²/TP ist.

1.4.2.4 Teilperforierte und planbefestigte Buchten > 0,75 m²/TP und < 1,3 m²/TP

Mit zunehmender Stallfläche beginnen die Tiere auch in wenig strukturierten Buchten Kot-/Harnbereiche anzulegen, sodass davon auszugehen ist, dass die emissionsrelevante Fläche mit zunehmender Stallfläche sinkt.

Angenommen wird deshalb, dass Mastschweine bei einem Flächenangebot ≤ 1,0 m²/TP in einem kaum relevanten Maße Kot-/Harnbereiche anlegen und die insgesamt verschmutzte und damit emissionsrelevante Fläche mindestens 0,75 m²/TP groß ist. Ist die perforierte Fläche größer als 0,75 m²/TP, wird die gesamte perforierte Fläche A_per als emissionsrelevant angerechnet.

Ab einem Flächenangebot von 1,0 m²/TP stehen den Tieren die für einen Liegebereich erforderlichen 0,6 m²/TP (Ekkel et al. 2003) sowie die erforderliche Fläche des Kot-/Harnbereichs von 0,4 m²/TP (Ocepek und Andersen 2022) zur Verfügung. Aufgrund des fehlenden Aktivitätsbereichs und der zu geringen Gesamtfläche lässt dieses Flächenangebot jedoch noch keine zuverlässige Buchtenstrukturierung durch die Tiere erwarten. Bei einem Flächenangebot > 1,0 m²/TP wird dennoch angenommen, dass die emissionsrelevante Stallfläche < 0,75 m²/TP wird. Ab einem Flächenangebot von 1,3 m²/TP beträgt die emissionsrelevante Stallfläche 0,4 m²/TP (vgl. Buchten ≥ 1,3 m²/TP). Im Bereich > 1,0 m²/TP und < 1,3 m²/TP wird bei zunehmender Stallfläche eine lineare Abnahme der emissionsrelevanten Fläche von 0,75 m²/TP auf 0,4 m²/TP unterstellt und mit Gleichung 7 berechnet.

Übersteigt die perforierte Fläche je Tierplatz die mit Gleichung 7 berechnete Fläche A_lin, wird die gesamte perforierte Fläche A_per als emissionsrelevante Fläche angerechnet.

1.4.2.5 Buchten mit einem Innenbereich > 2,0 m²/TP

Für Haltungsverfahren mit einem Flächenangebot im Innenbereich > 2,0 m²/TP ist zu erwarten, dass eine Buchtenstrukturierung nicht mehr eingehalten wird und die emissionsrelevante Fläche gegenüber Haltungsverfahren mit einem Flächenangebot < 2,0 m²/TP steigt. Haltungsverfahren mit einem Flächenangebot dieser Größe sind jedoch nicht von Praxisrelevanz und werden daher in den vorliegenden Stoffflussmodellen nicht berücksichtigt.

1.4.2.6 Zusammenfassung

Tabelle 6 fasst den Zusammenhang zwischen dem Flächenangebot des Stalls A_Stall, der Flächengestaltung und der emissionsrelevanten Stallfläche A_emiS zusammen. Wie die Größe der Flüssigmistoberfläche als Einflussfaktor auf die Emissionsrate des Wirtschaftsdüngeraußenlagers berücksichtigt wird, ist in Kapitel 1.3 beschrieben.

Tab. 6: Zusammenhang zwischen dem Flächenangebot des Stalls A_Stall und der emissionsrelevanten Stallfläche A_emiS (A_per: perforierte Fläche (m²/TP); A_lin (Gl. 7): linear abgeleitete Fläche für Haltungsverfahren mit einem Flächenangebot > 1,0 und < 1,3 m²/TP (m²/TP)

Flächenangebot des Stalls	Flächengestaltung	Emissionsrelevante Stallfläche
AStall		AemiS
m²/TP		m²/TP
jede Flächengröße	vollperforiert	AemiS = AStall
	planbefestigt, Tiefstreu	― 1)
> 0,75 und ≤ 1,0	planbefestigt	AemiS = 0,75
	teilperforiert, Aper ≤ 0,75 m²/TP	AemiS = 0,75
	teilperforiert, Aper > 0,75 m²/TP	AemiS = Aper
> 1,0 und < 1,3	planbefestigt	AemiS = Alin
	teilperforiert, Aper < Alin	AemiS = Alin
	teilperforiert, Aper > Alin	AemiS = Aper
≥ 1,3 (Innenbereich ≤ 2,0)	planbefestigt	AemiS = 0,4
	teilperforiert, Aper ≤ 0,4 m²/TP	AemiS = 0,4
	teilperforiert, Aper > 0,4 m²/TP	AemiS = Aper
> 2,0 (Innenbereich)	Haltungsverfahren können nicht bewertet werden

¹⁾ Flächengröße für die Stoffflussmodelle nicht von Relevanz.

1.4.3 Emissionsmindernde Maßnahmen

Zunächst entscheiden die Fütterung und die Leistung der Tiere über die ausgeschiedene N-Menge und somit die mögliche Emissionsrate des Stalls. Neben einer N-reduzierten Fütterungsstrategie können verfahrensintegrierte oder dem Stall nachgeschaltete Maßnahmen sowie Maßnahmen am Wirtschaftsdüngeraußenlager die Emissionsrate von Ammoniak aus der Schweinemast mindern.

In den Stoffflussmodellen wird das Minderungspotenzial von Maßnahmen an der wirkungsrelevanten Stelle berücksichtigt. Beispielsweise beeinflusst eine Güllekanalverkleinerung die Emissionsrate unterflur, nicht jedoch die Emissionsrate oberflur. Bei der Untersuchung von Minderungsmaßnahmen in der Praxis wird die Emissionsminderung jedoch für den gesamten Stall bzw. ein Stallabteil gemessen. Sollen Ergebnisse aus Untersuchungen solcher Minderungsmaßnahmen nicht pauschal auf die Gesamtemissionsrate eines Stalles angerechnet, sondern in die Stoffflussmodelle integriert werden, dann ist es erforderlich die ermittelte Minderung unter Berücksichtigung der Emissionsanteile von ober- und unterflur (Kap. 1.2.1) auf den Effekt an der wirkungsrelevanten Stelle umzurechnen. Dadurch ergibt sich für die wirkungsrelevante Stelle eine höhere Emissionsminderung als für den Gesamtstall gemessen.

Es ist möglich, eine Fütterungsmaßnahme mit einer Maßnahme, die die Emissionsrate des Stalls mindert, und einer Maßnahme, die die Emissionsrate des Wirtschaftsdüngeraußenlagers mindert, zu kombinieren. Der kombinierte Einsatz von Maßnahmen innerhalb des Stalls oder Wirtschaftsdüngeraußenlagers wird jedoch nur berücksichtigt, wenn wissenschaftliche Untersuchungen bzgl. der Maßnahmenkombination vorliegen. Eine Ausnahme ist die Gülleansäuerung im Stall. Diese hat auch eine emissionsmindernde Wirkung auf die Emissionsrate des Wirtschaftsdüngeraußenlagers. Für das Wirtschaftsdüngeraußenlager kann im Stoffflussmodel der zugehörige Minderungsfaktor (Tab. 7) als Sonderfall multiplikativ mit dem Minderungsfaktor einer weiteren Maßnahme zur Minderung der Emissionsrate aus dem Wirtschaftsdüngeraußenlager verknüpft werden. Das Produkt aus beiden Minderungsfaktoren wird in Gleichung 6 (Kap. 1) als Minderungsfaktor der im Wirtschaftsdüngeraußenlager wirksamen Minderungsmaßnahme MF_WD eingesetzt.

Ein Minderungsfaktor stellt im Zusammenhang mit den Stoffflussmodellen den Wert dar, der multipliziert mit der Emissionsrate, die um das Minderungspotenzial einer Maßnahme oder Maßnahmenkombination geminderte Emissionsrate ergibt. Die Minderungsfaktoren werden nach Gleichung 8 abgeleitet. Die berücksichtigten Minderungsmaßnahmen einschließlich ihrer Minderungspotenziale sowie der wirkungsrelevanten Stelle und der zugehörigen Minderungsfaktoren sind in Tabelle 7 aufgeführt. Die Minderungsfaktoren sind ausschließlich für die Verwendung in den Gleichungen aus Kapitel 1 vorgesehen.

Tab. 7: Relevante Maßnahmen zur Emissionsminderung in der Schweinehaltung, Emissionsminderungspotenzial laut Literatur und die Minderung an der wirkungsrelevanten Stelle der Stoffflussmodelle

Emissionsmindernde Maßnahme		NH3-Minderungspotenzial	Quelle	Wirkungsrelevante Stelle	NH3-Minderungspotenzial an der wirkungsrelevanten Stelle	Minderungsfaktor
		MP		wS	MPwS	MF
		%			%
Abluftreinigung	Biofilter	70	TA Luft (2021), KTBL (2023a)	Stall	70	MFS	0,30
	Rieselbettfilter	70	TA Luft (2021), KTBL (2023a)		70	MFS	0,30
	Mehrstufiges Verfahren	70	TA Luft (2021), KTBL (2023a)		70	MFS	0,30
Unterflurschieber mit Kot-Harn-Trennung	Einzelmaßnahme im Auslauf	49	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	unterflur	75	MFU	0,25
	kombiniert mit Ureaseinhibitor (Oberflur-Applikation)	64	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	Stall	64	MFS	0,36
Güllekanalverkleinerung durch geneigte Seitenwände 2)		32	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	unterflur	49	MFU	0,51
Güllekühlung	Schwimmkühlkörper	47	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	unterflur	72	MFU	0,28
	Kühlleitungen	30 3)	Verbundvorhanden Emissionsminderung Nutztierhaltung (EmiMin)	unterflur	46	MFU	0,54
Ureaseinhibitor (Oberflur-Applikation)	Zwangslüftung, perforierter Boden	20	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	oberflur	57	MFO	0,43
	Auslauf, perforierter Boden; kombiniert mit einen Unterflurschieber mit Kot-Harn-Trennung	64	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	Stall	64	MFS	0,36
	Auslauf, planbefestigter Boden	32	Hagenkamp-Korth et al. (2023) 1)	oberflur	91	MFO	0,09
Gülleansäuerung	Ansäuerung im Stall	64	VERA (2016)	unterflur	99	MFU	0,01
	Angesäuerte Gülle aus dem Stall im Flüssigmistaußenlager	50	Expertenschätzung auf Basis von Overmeyer et al. (2021) 4)	Flüssigmistaußenlager	50	MFWD	0,50
Lagerbehälterabdeckung	Betonplatte	90	Döhler et al. (2002)	Flüssigmistaußenlager	90	MFWD	0,10
	Schwimmfolie	88	Döhler et al. (2002), Kupper et al. (2020)	Flüssigmistaußenlager	88	MFWD	0,12
	Schwimmkörper	88	Döhler et al. (2002), Kupper et al. (2020)	Flüssigmistaußenlager	88	MFWD	0,12
	Zeltdach	89	Döhler et al. (2002), Kupper et al. (2020)	Flüssigmistaußenlager	89	MFWD	0,11

¹⁾ Vorläufige Ergebnisse des Verbundvorhandens Emissionsminderung Nutztierhaltung (EmiMin), Stand Oktober 2023.

²⁾ Höheres Minderungspotenzial durch Kombination mit Molke als Güllezusatz oder Benzoesäure als Futterzusatz möglich.

³⁾ Minderung für Ferkelerzeugung ermittelt.

⁴⁾ Wiederanstieg des pH-Wertes ohne Nachsäuerung.

2 Übertragbarkeit der Emissionspotenziale auf die Anforderungen der TA Luft

Die TA Luft (2021) fordert eine stark N-reduzierte Fütterung (Nummer 5.4.7.1 Buchstabe c) und zusätzlich 40 % Emissionsminderung (Nummer 5.4.7.1 Buchstabe i), um eine maximale Emissionsrate von 1,74 kg NH₃/(TP ‧ a) zu erreichen (Anhang 11). Die in diesem Zusammenhang genannte prozentuale Emissionsminderung kann nicht mit den in der Web-Anwendung InKalkTier berechneten, prozentualen Emissionspotenzialen gleichgesetzt werden.

Dies liegt daran, dass in der TA Luft (2021) als Bezugswert im Sinne der Web-Anwendung InKalkTier ein Referenzwert angegeben ist (Anhang 1, Tab. 11: Mastschweine, Gülleverfahren: 3,64 kg NH₃/(TP ‧ a)), der sich vom Bezugswert in den Stoffflussmodellen der Web-Anwendung InKalkTier (3,4 kg NH₃/(TP ‧ a)) unterscheidet. Für einen Vergleich müssen daher die absoluten Ammoniakemissionsraten entsprechend Anhang 11 (TA Luft 2021) herangezogen werden, die dort als Emissionsfaktoren bezeichnet werden. Der Einsatz einer Maßnahme mit einem Minderungspotenzial von 40 % führt demnach zu unterschiedlichen Emissionsraten bei Zugrundelegung der Werte entsprechend der TA Luft und der Web-Anwendung InKalkTier.

Aufgrund dieser Zusammenhänge wird in der Web-Anwendung InKalkTier die in Anhang 11 (TA Luft 2021) genannte Emissionsrate von 1,74 kg NH₃/(TP ‧ a) erst bei einer Minderung der Emissionsrate des Stalls um 49 % erreicht. Die Ursache dafür ist neben dem unterschiedlichen Referenz- bzw. Bezugswert, dass die stark N-reduzierte Fütterung nicht separat berücksichtigt wird, sondern in der Minderung um 49 % bereits einkalkuliert ist.

Erreicht ein Haltungsverfahren in der Web-Anwendung InKalkTier ein Emissionspotenzial von -49 % bei gleichzeitig stark N-reduzierter Fütterung, erfüllt es die Anforderung der TA Luft (2021). Für tiergerechte Außenklimaställe kann analog vorgegangen werden.