Milieutechnologieën in de melkveehouderij tegen klimaatverandering

Meten onder de roosters

Op circa 80% van de melkveebedrijven lopen de koeien op een betonnen roostervloer waaronder drijfmest in een mestkelder wordt opgeslagen. De grootste bron van methaanemissie op een melkveebedrijf zijn de koeien zelf, dit is de enterische methaanemissie. Voor deze enterische methaanemissie bestaat veel aandacht, maar in dit project is gekeken naar hoe methaanemissie uit mest kan worden gereduceerd. Methaan uit mest is immers toch nog goed voor circa 25% van de methaanemissie uit de veehouderij. Om een inschatting te kunnen maken van het effect van de verschillende combinaties van maatregelen op de methaanemissie uit mest is ervoor gekozen om onder de roostervloeren, bovenop het mestvolume te meten in plaats van in de stal als geheel. Daarbij zijn er innovatieve meetmethoden gebruikt (meetparaplu en labtesten voor het methaanproductiepotentieel) die deels nog gevalideerd moeten worden. Daarom zijn de resultaten van dit onderzoek indicatief en zouden die met systematisch vervolgonderzoek getoetst moeten worden.

Aanpak en gekozen technieken

Om te bepalen welke maatregelen werden opgenomen in het meetonderzoek, hebben onderzoekers van Wageningen University & Research samen met experts van LTO Projecten de belangrijkste aspecten geïdentificeerd die een rol spelen bij de adoptie van technische maatregelen in de melkveehouderij. Een groslijst met maatregelen is in een workshop geëvalueerd. Daarin werden de maatregelen beschreven en experts hebben vragen beantwoord en scores gegeven voor bepaalde adoptiefactoren. Vervolgens hebben de onderzoekers, samen met een aantal experts, veehouders en adviseurs, in twee workshops de stimulerende en remmende factoren voor adoptie van een aantal praktijkrijpe combinaties van maatregelen geïnventariseerd en de mogelijkheden verkend. In aanvulling op de expertconsultaties is onderzocht voor welke aantallen bedrijven de meest kansrijke combinaties van maatregelen geschikt zouden kunnen zijn.

In dit project zijn vervolgens specifieke metingen en/of lab-analyses uitgevoerd rondom mest koelen, mest gecontroleerd composteren, mest mixen met lucht en primaire scheiding + vaste mest.

Er zijn overigens ook andere kansrijke systemen die niet in dit rapport zijn meegenomen omdat deze al zijn onderzocht, zoals mestvergisting, mesttoevoegingsmiddelen/-additieven en mest aanzuren.

Mest koelen

In 2018-19 is op twee melkveebedrijven in de provincie Groningen een mestkoelingsinstallatie geplaatst. De twee melkveehouders ontwierpen het systeem in samenwerking met een groep bedrijven (L’orèl Consultancy, Geothermica, en Agri-Comfort), ondersteund door een subsidie van de provincie. De uit de mest onttrokken warmte werd vervolgens gebruikt voor het verwarmen van de bedrijfswoning. In beide stallen werd de mest in één kelderdeel gekoeld en die in een ander kelderdeel niet. Een lagere mesttemperatuur leidt tot lagere methaanemissies, en theoretisch gezien zou ook de ammoniakemissie gereduceerd kunnen worden. Daar staat echter tegenover, dat mest mixen tot een hogere emissie van ammoniak zou kunnen leiden. Bovendien: het is technologisch dan wel mogelijk, maar de maatregel is voorlopig nog te duur voor implementatie. De resultaten van de emissiemetingen moeten als indicatief geïnterpreteerd worden. Er is potentie voor emissiereductie, maar er zijn ook aandachtspunten.

De geleerde lessen en aandachtspunten zijn verder opgepakt in vervolgstudies. De belangrijke aandachtspunten zijn:

• Er blijkt een veel grotere lengte aan leidingen in de mestkelder nodig om voldoende warmteuitwisselingscapaciteit te kunnen genereren dan van tevoren gedacht;
• Het onttrekken van warmte aan mest kost energie. Een balans moet worden gevonden tussen de investerings- en operationele kosten en baten. De belangrijkste korte termijn voorwaarden zijn emissiereductie en warmteproductie. Restwarmte zou zoveel mogelijk benut moeten worden;
• In combinatie met de lokale productie van hernieuwbare energie kan het systeem bijdragen aan het benutten van productiepieken die anders moeten worden afgekapt vanwege de netcapaciteit, of tegen lage tarieven verkocht;
• De onttrokken hoeveelheid warmte uit mest is nu voor beide bedrijven groter dan de warmte die ze voor het verwarmen van de bedrijfswoning nodig hebben. Het overschot wordt momenteel naar de lucht geloosd. In de toekomst zullen andere bestemmingen moeten worden bedacht en in het systeem mee-ontworpen moeten worden. Denk bijvoorbeeld aan gras of mest drogen.

Op basis van de geleerde lessen zijn er binnen het kader van het programma Integraal Aanpakken twee nieuwe mestkoelingssystemen ontworpen die momenteel worden getest. De resultaten zullen in 2023 worden gepubliceerd.

Mest scheiden en dikke fractie gecontroleerd composteren

Het frequent verwijderen van mest uit mestkelders en vanaf stalvloeren kan helpen om emissies van methaan en ammoniak in de stal te verminderen. Dit kan gecombineerd worden met primaire of secundaire scheiding van feces en urine.

Binnen dit project is voor twee verschillende systemen bij melkveebedrijven nagegaan of het zinvol was ze verder te bemeten:

1. Een geïntegreerde vijzelpers i.c.m. composteringstrommel. Dit is een standaardsysteem dat al op de markt beschikbaar is (BeddingMaster).
2. Drijfmest in twee stappen scheiden, met toevoeging van vlokmiddelen in de tweede scheidingsstap en de dikke fractie vervolgens composteren in een composteringstrommel. Dit is een meer geavanceerd proces, dat nog niet breed wordt toegepast, maar ook beschikbaar is in de markt.

Door de korte duur van compostering bij het eerste systeem ontstaat een product dat feitelijk nog niet als compost geclassificeerd kan worden, maar wel gewild is bij hoveniers e.d. en tevens geëxporteerd kan worden omdat het gehygiëniseerd is. Dit is interessant voor veehouderijbedrijven in het kader van de zogenaamde verplichte mestverwerking. De composteringstrommels zijn echter niet ontworpen om methaanemissie te reduceren. Wat dit betreft is een fundamenteel probleem van dit systeem op het gebied van methaan de lage efficiëntie van de vijzelpers, de korte verblijfsduur van dikke fractie in de composteertrommel en de niet geheel gasdichte opslag van de dunne fractie in de silo’s.

Bij een perfect uitgevoerde scheiding zou de methaanemissie uit de dunne fractie (urine) bijna nul kunnen zijn en zou het effect van het gecontroleerd composteren op de totale methaanemissiereductie groot kunnen worden. Uit de uitgevoerde metingen in de praktijk bleek dat het gebruik van dikke fractie als ligboxvulling de emissiereductie teniet kan doen. Aanvullend onderzoek kan uitwijzen hoelang de verblijftijd van dikke fractie in de composteertrommel moet zijn.

Mest mixen met lucht

Het doel van dit onderzoek was om het effect van een mestmixsysteem met lucht (Aeromix) op de methaan-, lachgas- en ammoniakemissie uit een mestkelder te bepalen. Dit systeem wordt ingezet voor het mixen van mest en om de homogeniteit en verpompbaarheid van mest te verbeteren. Methaanproductie is een anaeroob proces, dat betekent dat het plaatsvindt als er geen zuurstof aanwezig is. Beluchten van mest zou daarom in theorie methaanvorming kunnen voorkomen.

Volgens eerdere wetenschappelijke publicaties kan door het beluchten van mest de methaanemissie (uit mest) in melkveestallen met 57% gereduceerd worden. Ten aanzien van ammoniakemissie heeft recent onderzoek laten zien dat het mixen van mest (met twee luchtsystemen en een mechanische dompelmixer) niet tot reductie van ammoniakemissie leidt. In het verleden is in ander onderzoek zelfs een toename van ammoniakemissie met 20% gerapporteerd. Op basis van deze data zou geconcludeerd kunnen worden dat hier aanvullende maatregelen vereist zijn ten aanzien van de ammoniakemissie.

Op een melkveebedrijf zijn de emissies bij implementatie van de techniek bemeten. Een gedeelte van de mestkelders had een Aeromix-systeem en een ouder gedeelte niet. Hierdoor konden binnen het bedrijf vergelijkingen worden gemaakt tussen de methaanemissie uit de mestkelder met en zonder de techniek (case-control methode). De resultaten van emissiemetingen zijn indicatief. Er blijkt uit de metingen echter nagenoeg geen positief effect op methaanemissie. Mogelijk komt dit doordat het mixen van mest door middel van lucht niet hetzelfde is als het beluchten van mest.

Aanvullend onderzoek zou uitgevoerd moeten worden om erachter te komen of door middel van (dit systeem) lucht inderdaad een negatief effect op de methaanemissie kan hebben. Er kan geleerd worden van praktijken, zoals micro-beluchting, die nu al in het kader van waterzuivering worden toegepast.

Dat er in de metingen ook geen noemenswaardig effect ten aanzien van de ammoniakemissiereductie werd waargenomen is consistent met de laatste inzichten in de wetenschappelijke literatuur. Daarom zou het bij het doorontwikkelen van ‘mest beluchten’ als methaanemissie reducerende maatregel nog steeds nodig zijn om maatregelen te treffen voor ammoniakreductie.

Primaire scheiding en vaste mest

Natuurinclusieve en kringlooplandbouw zijn twee concepten die momenteel een belangrijke rol spelen. Er zijn in dit kader stalsystemen die inzetten op directe scheiding aan de bron, waarbij vaste mest (met stro) en dunne fractie beschikbaar komt. Vaste mest wordt vanuit deze invalshoek gezien als een belangrijk element voor het aanvoeren van mineralen en organische stof (OS) naar de bodem. De aanvoer van OS kan bijdragen aan het herstellen van de bodemvruchtbaarheid en het waterbergende vermogen. Het bedrijf waar de metingen zijn uitgevoerd is een melkveestal die is gebouwd volgens het Kwatrijn-stalconcept.

Er kunnen echter uit de metingen nog geen conclusies worden getrokken over de precieze methaanemissie. Dit type stalsysteem heeft echter perspectief vanuit verschillende invalshoeken. Denk aan dierenwelzijn, samenwerking met natuurbeschermingsorganisaties en andere maatschappelijke actoren, zorg voor de bodem en omgang met mest en dus met mineralenstromen.

Outlook

De melkveehouderij zal zich in de komende jaren verder moeten ontwikkelen en aanpassen. Niet alleen aan de hand van ontwikkelingen rondom zuivelproductie maar vooral vanwege maatschappelijke eisen en behoeften. Het aansluiten bij andere maatschappelijke trends zoals de energietransitie (mest koelen) en de kringlooptransitie (primaire mestscheiding + vaste mest), klimaatneutraal werken (denk aan methaan) en biodiversiteit versterken (ammoniakreductie, natuurinclusief) zullen deze ontwikkeling begeleiden.

In de afwezigheid van borgingssystemen (à la RAV-lijst voor ammoniakemissie) voor methaanemissie vormen alle investerings- en operationele kosten van deze maatregelen nu een barrière voor hun verdere ontwikkeling en implementatie. Maatregelen die ook een reducerend effect op de ammoniakemissie hebben zijn daardoor kansrijker. Zodra methaanemissiereductie beloond of vereist wordt is deze combinatie van maatregelen de moeite waard om door te ontwikkelen.