Projekt: Säure+ im Feld

Hintergrund – Ammoniakemissionen in der Landwirtschaft

Aufgrund der europaweit geltenden NEC-Richtlinie für die Luftreinheit (Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen für bestimmte Luftschadstoffe 2001/81/EG) ist Deutschland dazu verpflichtet, die Ammoniakemissionen bis 2030 um 29 % im Vergleich zum Referenzjahr 2005 zu senken. Mit einem Anteil von rund 95 % ist die Landwirtschaft in Deutschland die bedeutendste Quelle für Ammoniak (NH₃). Dabei entstehen etwa 40 % der jährlichen Ammoniakemissionen in der Landwirtschaft während der Ausbringung von organischen Düngemitteln. Die Umsetzung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse und die Verbesserung emissionsarmer Ausbringungstechniken sind wichtige Ansatzpunkte, um die Emissionen während der Wirtschaftsdüngerausbringung weiter zu mindern und gleichzeitig die Düngeeffizienz zu verbessern.

Herausforderung – Emissionsarme Wirtschaftsdüngerausbringung in wachsende Bestände

Neben der Einhaltung der guten fachlichen Praxis bei der Düngung formuliert die Düngeverordnung (DüV § 6 Absatz 3) Maßnahmen für eine emissionsmindernde Wirtschaftsdüngerausbringung. Eine bodennahe streifenförmige Ausbringung oder eine direkte Einarbeitung in den Boden sollen das Emissionspotenzial weiter reduzieren und mehr Nährstoffe an die Kulturpflanze bringen. Derzeit gelten Techniken wie das Schleppschlauch- oder Schleppschuhverfahren sowie die flache oder tiefe Gülleinjektion als emissionsmindernde Ausbringverfahren. Lange Sperrfristen und eine eingeschränkte Gülleausbringung im Herbst verschieben die Ausbringung zunehmend in das Frühjahr und in wachsende Bestände, sodass eine direkte Einarbeitung der Organik nicht möglich ist. Das Umweltbundesamt beschreibt die Ansäuerung von Gülle und Gärrückständen als ein vielversprechendes Verfahren, die Emissionen während der Ausbringung in wachsende Bestände maßgeblich zu senken.

Umweltbundesamt (2019) – Gutachten zur Anwendung von Minderungstechniken für Ammoniak durch „Ansäuerung von Gülle“ und deren Wirkung auf Boden und Umwelt

Was passiert durch die Ansäuerung der Organik?

Wirtschaftsdünger enthalten hohe Mengen an Stickstoff in Form von Ammonium (NH₄⁺) und Ammoniak (NH₃). Beide Stickstoffformen stehen in einem temperatur- und pH-Wert abhängigen Gleichgewicht zueinander. Durch die Zugabe von Schwefelsäure (H₂SO₄) kommt es zu einer pH-Wert Absenkung und das Gleichgewicht verschiebt sich zugunsten des nicht flüchtigen Ammoniums. Auf diese Weise wird wertvoller pflanzenverfügbarer Ammoniumstickstoff in der Organik erhalten und kann nicht in Form von Ammoniak während der Ausbringung in die Umwelt entweichen. Um ein vorteilhaftes Gleichgewicht einzustellen, ist ein pH-Wert zwischen 6,0 bis 6,5 optimal. Ab diesem pH-Wert Bereich liegt der Großteil des in der Organik enthaltenen Stickstoffs in Form von Ammonium vor.

Funktionsweise der Ansäuerungstechnik

Die Schwefelsäure wird während der Ausbringung der Organik automatisch aus einem Fronttanksystem in den Güllestrom dosiert. Per Echtzeitmessung des pH-Wertes der Organik wird genau die Säuremenge hinzugefügt, die für den Ziel pH-Wert von etwa 6,4 nötig ist. Da es sich um ein geschlossenes, sich selbst regelndes System handelt, besteht für den Anwender kein direkter Kontakt mit dem Gefahrenstoff.

1. Die Säure wird in einem an der Fronthydraulik des Ackerschleppers angebrachten Fronttanksystem mitgeführt. Neben einem IBC-Container für die Säure befinden sich in dem Fronttanksystem Tanks für Wasser und Additive.
2. Über eine tropffreie Trockenkupplung wird der Säuretank mit dem Zuleitungssystem verbunden.
3. In der Mischeinheit wird die Säure hinter dem Dreiwege-Hahn des Güllefasses über einen Säureinjektor optimal in den Güllestrom dosiert.
4. Ein pH-Sensor misst den pH-Wert der Gülle in Echtzeit und führt der Gülle automatisch die benötigte Säuremenge zur Erreichung des Ziel pH-Wertes zu.
5. Die stabilisierte Gülle wird über das Schleppschlauch- oder Schleppschuhgestänge direkt auf den Boden appliziert.
6. Das Ansäuerungssystem ist nachrüstbar an bestehende Ausbringtechniken.
7. Systemsteuerung ist über ISOBUS möglich.

Vorteile der Ansäuerung auf einen Blick

Reduktion der Ammoniakemissionen 

Die Ammonikaemissionen können um bis zu 70 % reduziert werden

• Stickstoff verbleibt stattdessen als pflanzenverfügbares Ammonium in der Organik
• Entlastung der Schutzgüter Luft, Gewässer, Böden

Höhere Stickstoffnutzungseffizienz 

Gesteigerte Wirksamkeit des in der Organik enthaltenen Stickstoffs

• Mehr Stickstoff gelangt an die Kulturpflanze und dient der Pflanzenernährung
• Mineraldünger können eingespart werden

Mehr pflanzenverfügbarer Phosphor  

Die pH-Wert Absenkung führt zu einer besseren Löslichkeit des Phosphors in der Gülle

• Bessere Verfügbarkeit für die Pflanze   
• Entspannung der Eutrophierungssituation    

Integrierte Schwefeldüngung 

Jeder Liter Schwefelsäure enthält etwa 0,58 kg direkt pflanzenverfügbares Sulfat

• Beispiel: Bei einer Gülledüngung von 25 m³/ha und einer Säuremenge von 1 l/m³ werden etwa 14,5 kg S/ha ausgebracht
• Mineralische Schwefeldünger können eingespart werden

Höhere Flächenleistung 

Gegenüber dem Schlitzverfahren sind bei vergleichbaren Effekten größere Arbeitsbreiten und höhere Flächenleistungen bei der Wirtschaftsdüngerausbringung in wachsende Bestände möglich, ohne dabei Boden und Pflanze zu beschädigen.

Höhere Erträge 

Wissenschaftliche Studien zeigen, dass die Erträge signifikant höher liegen und die Pflanzen den Stickstoff aus der Gülle besser nutzen können. 

Was ist zu beachten?

• ADR- und Technik-Schulung
• Anschaffungskosten für die Ansäuerungstechnik und doppelwandigen IBC-Tanks für Lagerung und Transport
• Mehrkosten für die Schwefelsäure
• Säuremengen variieren je nach Gülle oder Gärrest in Abhängigkeit des Ausgangs pH-Wertes und der Pufferwirkung sehr stark
• Logistikaufwand für den An- und Abtransport der Säure-Container zum Feld
• Kalkausgleich muss in Abhängigkeit der Bodenart beachtet werden (1 kg CaO je 1 kg H₂SO₄)
• Schwefelvorrat im Boden muss beachtet werden, z.B. durch S_min-Bodenanalysen

Weitere Informationen

• Veröffentlichung neuer länderübergreifender Projektwebseite
• Flyer „Ansäuerung von Wirtschaftsdüngern“
• Pressemitteilung - LLG beteiligt sich am Verbundprojekt „Säure⁺ im Feld“
• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung – Modell- und Demonstrationsvorhaben „Gülleansäuerung“
• Umweltbundesamt (2020) – Potenziale zur Minderung der Ammoniakemissionen in der deutschen Landwirtschaft
• Ergebnisse aus Niedersachsen - Pflanzenbauliche Optimierung des Wirtschaftsdüngereinsatzes – Ansäuerung hilft!
• Ergebnisse aus Mecklenburg-Vorpommern - Verminderung von Ammoniak-Emissionen durch pH-Wert-Regulierung – Die Dänen machen es uns vor
• Verbundprojekt „GülleBest“