Emissies uit zeer verse mest

Door mest snel uit de stal te halen voorkom je de uitstoot van methaan, ammoniak en andere gasvormige verliezen. Dit is gunstig voor het milieu, maar het is ook een economische kans. De vermeden methaanverliezen vertegenwoordigen namelijk ook een waarde als biogas of groen gas, en de vermeden ammoniakverliezen verhogen de bemestende waarde van de mest. In dit onderzoek is gemeten hoe dit verloopt in de tijd, direct na uitscheiding door de dieren tot drie dagen erna. Hierbij is gekeken naar het verschil tussen mest van melkvee, varkens en kalveren, en naar het verschil tussen drijfmest, feces en urine. De verkregen inzichten kunnen handvatten geven voor nieuwe stalsystemen met dagontmesting, en zijn ook van belang voor de vraag of ‘mest scheiden aan de bron’ extra voordelen geeft.


Proefopzet

Dit onderzoek is geïnitieerd vanuit het project NL Next Level Mestverwaarding en werd betaald vanuit een extra bijdrage van het ministerie van LVVN voor het project.

De verse mest kwam van praktijkbedrijven en werd direct opgevangen tijdens de uitscheiding door de dieren. Drijfmest werd ‘gemaakt’ door feces en urine daarna in de juiste verhouding te mengen. De mestfracties werden vers gehouden door ze direct gekoeld en gesloten op te slaan. 
In klimaatrespiratiecellen zijn de emissies gemeten bij negen verse mestfracties: drijfmest, feces en urine van respectievelijk melkkoeien, varkens en blankvleeskalveren. Ter controle is ook nog gemeten aan oudere drijfmest van rundvee die uit een mestkelder kwam. Voor het experiment zijn bakken een aantal dagen gevuld geweest met oude mest, waardoor er na verwijdering ervan een bevuilde oppervlakte was; dit deed men om een dichte vloer te simuleren.
De temperatuur werd bij de varkensmest op 20°C gehouden, de kalvermest op 15°C en bij de rundveemest waren er twee behandelingen van 15°C en 20°C.

Men mat de volgende emissies: ammoniak (NH₃), lachgas (N₂O), methaan (CH₄), CO₂, verschillende vluchtige vetzuren (VVZ), en overige vluchtige organische componenten (= NMVOC (= niet-methaan Vluchtige Organische Componenten)), waar VVZ een deel van uitmaakt.

Gedurende drie dagen werd continu de concentratie van bovengenoemde stoffen gemeten in de ingaande en uitgaande lucht evenals het ventilatiedebiet.
Naast de emissies is van de mestfracties ook de samenstelling voor en na het experiment en het ‘Biochemisch Methaan Potentieel’ (BMP) onderzocht: hier wordt de mest onder geconditioneerde omstandigheden onderzocht op het potentieel voor groen gasproductie. Daarnaast werd de zogenaamde hydrolyse-constante berekend: dit is een indicator voor de snelheid van afbraak van organische stof in de mestfracties.

Het experiment met rundveedrijfmest is drie keer herhaald, met rundveefeces en -urine en varkens- en kalverendrijfmest twee keer, en de proef met feces en urine van varkens en kalveren is een keer uitgevoerd.


Resultaten

Mestsamenstelling

Analyse van mestmonsters vers en na afloop van het experiment. RD = rundveedrijfmest, RU = runderurine, RF = runderfeces, VD = varkensdrijfmest, VU = varkensurine, VF = varkensfeces, KD = kalverdrijfmest, KU = kalverurine, KF = kalverfeces

De analyses laten zien dat het drogestofgehalte in de drie dagen iets afneemt, maar het gehalte ruw as juist iets toeneemt. Dat is een indicatie voor het verlies van organische stof (koolstof). Bij RD20 (rundveedrijfmest, opgeslagen bij 20°C) was dat verlies wat hoger dan bij RD15. Ook het stikstofgehalte neemt licht af, wat wijst op stikstofverliezen (m.n. ammoniak). De pH lijkt in de drie dagen licht te stijgen.

Potentieel voor biogasproductie (BMP) en hydrolyse-constante


Biochemisch Methaan Potentieel (BMP) van de mestfracties per ton organische stof en per ton ruw product. Het groen gaspotentieel is de biogasproductie x CH₄-gehalte. Nm³ is het biogasvolume bij een druk van 1,01325 bar en 0°C. 

Het  BMP (Biochemisch Methaan Potentieel, indicator voor maximale biogasopbrengst) is uitgerekend per ton ruwe mest (substraat) en per ton organische stof.
Uit de resultaten blijkt dat de biogasproductie uit de verschillende mestproducten varieert van 1,8 tot 104 Nm³ per ton ruw product, met de laagste opbrengst voor urine van vooral kalveren en varkens en de hoogste opbrengst voor feces van varkens en kalveren. Ook gecorrigeerd voor het verschil in droge stofgehalte is het BMP van varkens- (16%) en kalverendrijfmest (5%) en varkens- (4%) en kalverfeces (21%) wat hoger dan van rundveemest.
Opvallend is dat de urine van varkens en kalveren relatief een hoge BMP heeft met bovendien een hoger methaangehalte, echter het drogestofgehalte van deze mestsoorten is zo laag dat het per ton product toch zeer laag is.

De hydrolyse-constante (tabel rechts) is een maat voor de afbraaksnelheid van organische stof in de mestfractie. Dit geeft een idee van hoe belangrijk het is om snel mest uit de stal te verwijderen (om te vergisten of anderszins te verwerken). Hoe hoger het getal, hoe sneller de organische stof wordt afgebroken.
Opvallend is dat deze indicator bij kalveren en varkens hoger ligt bij feces dan bij drijfmest, terwijl dat bij melkvee net andersom is. Opvallend is ook het grote verschil tussen feces en urine.
Uit eerder onderzoek (Timmerman et al. 2009, deze link) bleek dat uit drijfmest gescheiden dikke fractie een lagere hydrolyse-constante heeft dan drijfmest of urine. Dat wordt hier dus niet bevestigd. Een verklaring kan zijn dat aan de bron gescheiden feces anders van aard is dan dikke fractie uit drijfmest. Mechanische scheiding van drijfmest vindt vaak plaats op basis van deeltjesgrootte (zeefbandpers, vijzelpersen) waardoor de relatief grote en moeilijker afbreekbare koolstofverbindingen in de dikke fractie terechtkomen, zo is de gedachte hierbij.


Emissies uit mest

CO₂ en methaan






Emissies van CO₂ (links) en methaan (rechts) van drijfmest, feces en urine van rundvee (boven), varkens (midden) en kalveren (onder)

De emissie van methaan verloopt grillig met grote verschillen tussen de afzonderlijke metingen. De emissies bij kalvermest waren in dit experiment beduidend lager (cumulatief 93 milligram ten opzichte van 630 en 660 milligram bij rundvee- en varkensmest); dit kan echter te maken hebben met de proefopzet.
Het totaal is overigens slechts ruim 1% van de verwachte jaarlijkse emissie per dierplaats. Uit de literatuur is bekend dat methaanemissie een piek na enkele weken na uitscheiding kan hebben.
Bij alle fracties verliep de methaanemissie redelijk op een gelijk niveau in de loop van de drie dagen, behalve voor varkensdrijfmest en -urine waar de methaanemissie gedurende de meetperiode steeds toenam, min of meer lineair.

Bij rundveedrijfmest zijn metingen bij twee temperaturen gedaan: bij 20°C lag de methaanemissie circa 25% hoger dan bij 15°C.


Ammoniak en lachgas







Emissies van ammoniak (links) en lachgas (rechts) van drijfmest, feces en urine van rundvee (boven), varkens (midden) en kalveren (onder)


Waar we bij methaan een redelijk gelijke emissie zagen over de meetperiode van drie dagen, is dat voor ammoniak wezenlijk anders. De eerste paar uren na de toediening (uitscheiding door de dieren) is de emissie zeer laag, waarna er bij drijfmest en urine een piek ontstaat die langzaam weer terugloopt in de tijd. De top van de piek was er in dit experiment na ongeveer een dag na uitscheiding. Dit verliep bij varkens sneller / steiler dan bij rundvee en kalveren.
Op basis van deze metingen zou de conclusie kunnen worden getrokken dat bij een ontmesting van minimaal iedere acht à tien uur er een forse reductie van ammoniakemissie plaatsvindt. Het moment van de hier waargenomen pieken was echter duidelijk later dan wat uit eerder onderzoek is gebleken. Daar vond men namelijk soms al na één of twee uur een stijging.

Er was een verschil te zien tussen de behandelingen van rundveedrijfmest van 15°C en 20°C (figuur rechts): aan het einde was de cumulatieve emissie 14% hoger bij 20°C, waarbij de grootste verschillen gedurende de eerste anderhalve dag te zien waren.  

De metingen laten ook zien dat feces ten aanzien van ammoniak een emissiearm product van zichzelf is.

Bij de kalvermest was de ammoniakemissies lager dan van rundvee en varkens. Urine van melkvee en varkens is zeer gevoelig voor ammoniakemissie, ondanks dat deze direct bij uitscheiding apart is opgevangen. De in de praktijk vaak genoemde bewering dat aan de bron gescheiden mest/urine niet voor ammoniakemissie kan zorgen wordt hier dus niet bevestigd. Dit komt overeen met resultaten uit andere onderzoeken (zie bijvoorbeeld dit artikel op onze website).


Van het broeikasgas N₂O (lachgas) was de variatie veel minder dan van methaan. Het liep licht op gedurende de drie dagen van de meetperiode zonder veel verschillen tussen melkvee, varkens en kalveren. De gemeten N₂O-emissie was overigens wel degelijk een fors deel van de jaarlijkse emissie per dierplaats: respectievelijk: na 24 uur 1 tot 5%, na 48 uur 1 tot 12% en na 72 uur 2 tot 17% van de totale jaarlijkse N₂O emissie. Door mest of mestfracties snel uit de stal te verwijderen kan de lachgasemissie dus fors worden verminderd.

Overige vluchtige organische verbindingen (NMVOC)

Naast ammoniak en broeikasgassen zijn ook de verliezen van vluchtige vetzuren en andere vluchtige organische verbindingen (NMVOC) gemeten. Deze stoffen zijn van belang voor de geur van mest, maar ook zijn het veelal verbindingen die bij vergisting verder worden afgebroken tot methaan (groen gas). In het bijgevoegde rapport kunt u de details van de bevindingen teruglezen.
In de loop van de tijd van de meetperiode lopen de emissies van de verschillende stoffen per tijdseenheid op. De verliezen zijn uit varkensmestsoorten en rundveefeces aanmerkelijk lager dan uit kalvermest en rundvee-urine.
Gemiddeld kan de emissie uit NMVOC oplopen tot 10 – 23% uit rundveemest, 7 – 16% uit varkensmest en 16 – 62% uit kalvermest; dit is uitgedrukt in koolstof ten opzichte van de totale koolstofemissie uit de mest.
De grootste koolstofverliezen via deze NMVOC-verbindingen komen uit de emissie van acetaldehyde (ethanal, C₂H₄O) gevolgd door ethanol (C₂H₅OH). De figuren laten zien dat de samenstelling verschilt tussen de verschillende mestfracties.

Biogasopbrengst
De verliezen van methaan en NMVOC gaan ten koste van de potentiële biogasopbrengst uit mest. In het rapport wordt de vergelijking gemaakt tussen dit onderzoek en meerdere andere onderzoeken. Hier wordt bevestigd dat uit verse mest behoorlijk meer biogas kan worden gewonnen dan uit oude mest. Het is echter wel zo dat een aantal recente onderzoeken een wat lagere BMP (biochemisch methaan potentieel) lieten zien dan wat in dit onderzoek is gevonden. Hilgert et al. (2023, deze link) vond bij rundveedrijfmest van circa 5 dagen oud een BMP van 0,225 – 0,315 m³/kg organische stof en bij varkensdrijfmest een BMP van 0,260 – 0,410 m³/kg organische stof.


Biochemisch Methaan Potentieel in Nm³/kg organische stof, vergelijking tussen dit onderzoek en eerder onderzoek naar mest van gemiddelde ouderdom.

De literatuur (eerdere onderzoeken) laat zien dat de methaanemissie pas na enkele weken piekt. De meetperiode was in dit experiment te kort om dit effect te kunnen bepalen.
In dit onderzoek was de methaanemissie erg laag. Uit varkensdrijfmest was dit na drie dagen slechts 1,3% van de CH₄ emissie volgens de emissiefactor (0,66 t.o.v. 6,2 kg CH₄/dierplaats/jaar). De emissies van NMVOC (niet methaan vluchtige organische verbindingen) lieten een sneller patroon zien.
De conclusie uit dit onderzoek is dat het mogelijk is om – als het doel een lagere methaanemissie of een hogere biogasopbrengst  uit mest is - mest bijvoorbeeld ieder paar dagen of eens per week af te voeren. Verwerken (vergisten of anderszins) is een voorwaarde om te voorkomen dat de emissies niet alsnog uit de mestopslag plaatsvinden.


Conclusie

Dagontmesting is een kansrijke methode om emissies van ammoniak, methaan en andere gasvormige verliezen te verlagen.
Voor ammoniak en lachgas is de reductie groter als dit meermaals per dag plaatsvindt, voor methaan en voor potentiële biogasopbrengst verlopen de verliezen wat langzamer, waardoor het volstaat als dit na enkele dagen of eens per week gebeurt. Bij verse mest is de biogasopbrengst van varkens- en kalverenmest wat hoger dan van rundveemest.
Emissies van ammoniak en lachgas zijn uit drijfmest en urine groter dan uit feces, wat uit zichzelf een emissiearm product is.

Het volledige rapport is bijgevoegd. U kunt het ook downloaden via deze link. 
Als u meer informatie over dit onderzoek wilt kunt u zich melden tot Emma van Boxmeer van Wageningen Livestock Research.