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TIC 3: Klimamanagement

Ein neuer Ansatz für das Klimamanagement in Schweine- und Geflügelställen mittels Cold Plasma Technologie

Die Entwicklung neuer Umweltsysteme in der Schweine- und Geflügelhaltung hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten vor allem Neuerungen in den Bereichen Tierwohl und Umweltschutz hervorgebracht. In Sachen Umweltschutz profitierte man dabei v.a. von einer Reduzierung der Ammoniakemissionen als auch von der wirtschaftlich so günstig wie eben möglichen Erweiterung des verfügbaren Umweltraums (bzw. Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks). Neben Ammoniak spielen allerdings auch Geruch, Feinstoffe und Krankheitserreger eine zentrale Rolle im Hinblick auf sowohl die Tier- als auch die Humangesundheit. Sinnvoll ist es, das Thema Stall, Mensch und Umwelt integral zu behandeln. Der aktuell vorherrschende Glaube, das die möglichst kosteneffiziente Erweiterung des Umweltraumes mit Hilfe von so genannten End of pipe-Verfahren (wie z.B. Filteranlagen) ist keine nachhaltige Lösung für die intensive Tierhaltung. Eine moderne Businessstrategie muss ausgerichtet werden auf eine langfristige Wertigkeit ihrer Systeme, nicht auf eine kurzfristige Rentabilität. Konkret bedeutet dies: Verbesserung des Stallklimas für Mensch und Tier durch das Verhindern und falls erforderlich entfernen von Stallemissionen.

Die Herausforderung besteht darin, die Effektivität eines Stalls zu steigern und gleichzeitig die Umweltbelastungen zu reduzieren. Betrachtet man die enormen technologischen Möglichkeiten der Gegenwart, so findet man klare Lösungswege für die technisch-wirtschaftliche Verbesserung der Ställe auf der einen und die Verringerung des Energieverbrauchs sowie der Emissionen von Geruch, Feinstoffen und Krankheitserregern auf der anderen Seite. Die größtmögliche Aussicht auf Erfolg bietet die Anwendung der Cold Plasma Technology (CPT) in Verbindung mit moderner ICT-Technologie. Plasma besteht aus einer Ionenwolke. Diese innovative Technologie basiert auf der schnellen, kalten Oxidation von Geruchsmolekülen. Sie bedient sich dabei der Umgebungsluft, die durch die Plasmazellen geleitet wird. Es handelt sich demnach um eine Methode, mit der auf der Grundlage der elektrochemischen Hochspannungskatalyse Luft behandelt werden kann. Übrig bleiben nach der Anwendung im Wesentlichen CO2 und Wasserdampf. Sowohl Tierhalter als auch Technologiehersteller konzentrieren sich zunehmend auf Technologien die bereits erfolgreich in der Industrie zum Einsatz gekommen sind (siehe hierzu auch folgenden Link). Es gibt bereits Hersteller von Anwendungen die auf Luft sowie Non-food-Oberflächen ausgerichtet sind (bis zu 95% Geruchsverminderung).

Sowohl in TIC 3 als auch in TIC 4 spielt der Aspekt Klima eine zentrale Rolle. In TIC 3 steht das Klima im Mittelpunkt der Aktivitäten, während es in TIC 4 eine indirekte Bedeutung hat. Um die verfügbare Expertise in beiden TIC gut möglich nutzen zu können werden beide TIC zu Beginn des Projekts zusammengebracht um mögliche Synergien zu identifizieren. Zudem werden in beiden TIC Personen mit so genannter Brückenfunktion ausgestattet, um im Namen ihrer Arbeitsgruppe mit der jeweils anderen TIC zu kommunizieren. Schlussendlich werden auf dem Gebiet der identifizierten Synergien regelmäßige Treffen stattfinden zwischen beiden Gruppen (mindestens einmal jährlich), um relevante Erkenntnisse zwischen beiden Gruppen auszutauschen.

In diesem Projekt soll zudem das Internet of Things (IoT) eingesetzt werden um digitale Daten von Tieren, Sensoren und Systemen in Echtzeit miteinander zu verbinden. Die in unterschiedlichen Abteilungen angebrachten Klimasensoren können auf diese Weise miteinander verbunden werden und bilden so eine Basis für ein noch zu entwickelndes Management-Dashboard, über das Informationen zu den Klimaaspekten im Stall zur Verfügung stellt. Auf diese Weise kann die tägliche Betriebsführung schnellstmöglich angepasst werden um eine optimale Tiergesundheit zu haben und unnötige Emissionen zu verhindern. Es ist bekannt das gerade Geruchs- und Ammoniakemissionen im Verhältnis zu Temperatur und Ventilation im Stall zunehmen. Durch ein Real-time-Management von Betrieben können entsprechende Emissionen deutlich verringert werden.

Zwei wesentliche Herausforderungen werden mit diesem Teilprojekt angenommen: einerseits das Ersetzen von End of pipe Systemen durch moderne Lösungen zur Verbesserung des Stallklimas und der Stallumwelt (inkl. Tier- und Humangesundheit) mit einer integralen, auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Technologie. Andererseits die Berücksichtigung individueller Betriebssituationen und der Kosteneffizienz bei der Etablierung der neuen Technologie. Neben den noch offenen Fragen zur Kosteneffizienz soll im Projekt noch relevantes Wissen in den Bereichen Management und Internet of things in Bezug auf die Sensoren ermittelt werden. Die Anpassung der CPT, von der wir wissen dass sie grundsätzlich hervorragend funktioniert, bietet gute Möglichkeiten für eine neue Businessstrategie, die den Schwerpunkt nicht auf günstig sondern auf wertig legt. Ein zusätzlich interessanter Aspekt dieses Projekts ist die Realisierung eines internationalen Versuchsfelds mit Betrieben und Technologieherstellern aus der Schweine- und Geflügelhaltung.

Die folgenden Ergebnisse sollen in diesem Cluster erreicht werden:

  • Beweisführung und Optimierung in technologischer Innovation (CPT mit IoT)
  • Hersteller dieser innovativen Systeme können diese international vermarkten
  • Integrale Verbesserung der Umgebungsqualität für Tiere, Tierhalter und Anwohner vor allem in Gebieten mit hoher Viehdichte: neben Ammoniak werden auch Feinstoffe, Geruch und Krankheitserreger beseitigt; besseres Stallklima für Tiere und ihre Versorger
  • Anwohner haben weniger Risiken/ Unannehmlichkeiten bei Um- und Neubauten
  • Online Zugang für zuständige Behörden zu den Systemdaten.
 
Innovativ ist dieses Cluster aufgrund der Anpassung von neuen Technologien auf die Bedingungen der Tierhaltung (Schweine- und Geflügelhaltung). Sie ist ausgerichtet auf eine integralen Ansatz zur Verbesserung der Klima- und Umgebungsqualität und somit nicht ausschließlich auf das Verringern von Ammoniak sondern auch auf Geruch, Feinstoffe und Krankheitserreger. Auf der Grundlage dieser innovativen Technologie ließe sich die aktuell vorherrschende Businessstrategie (kostengünstige Erweiterung des Umweltraums, end of pipe-Lösungen) ersetzen durch eine neue Typisierung: Die Verbesserung des Stallklimas für Mensch und Tier durch (1) Luftmanagementsysteme und (2) Real-time-Management Systeme für Klimaparameter. Mit Hilfe von CPT werden ungewünschte Stoffe entfernt, mit Real-time Systemen (Internet of Pigs) werden unnötig hohe Konzentrationen und Emissionen verhindert. Die hierbei entstehenden Kosten werden integral im Verhältnis zum Nutzen beurteilt. Eine geringere Menge von Ammoniak und Feinstoffen führen zu einer besseren Tiergesundheit und Produktivität. Weniger Geruch und Feinstoffe bedeuten bessere Arbeitsbedingungen sowie bessere Umgebungsqualität. In der Summe führt dies zu einer höheren gesellschaftlichen Akzeptanz der Tierhaltung sowie zu einer größeren Harmonie zwischen den verschiedenen Interessengruppen v.a. in tierstarken Gebieten. Für das Fördergebiet ist dies ein elementarer Faktor mit Auswirkungen auf den gesellschaftlichen Dialog und die Wirtschaftskraft sowie die Aufnahme der Erkenntnisse in die nationalen Richtlinien. Das Projektnetzwerk kann nach Ablauf des Projekts weiter genutzt werden um u.a. der Beweisführung für die Funktionstüchtigkeit der Technologie zu dienen und so weitere neue Märkte zu erschließen.

Neue Produkte: (1) Luftmanagementsysteme auf der Grundlage von Cold Plasma Technology, und (2)
Monitoringsysteme mit Real-time-Data. Das Marktpotenzial errechnet sich zu allererst aus der Anzahl der Tierhaltungen. Zu Europas viehstarken Regionen zählen u.a. Noord-Brabant, Limburg, Gelderland und Overijssel in den Niederlanden, NRW und Niedersachsen in Deutschland, Vlaanderen und Kempen in Belgien, Katalonien in Spanien, die Po-Ebene in Italien sowie die Bretagne in Frankreich. In diesen Ländern waren in 2010 etwa 198.000 Betriebe mit Schweinen registriert. Eine vorsichtige Schätzung besagt, dass etwa 75% dieser Betriebe in den viehdichten Regionen sitzen. Erwartet wird zudem, dass weitere 25% der Betriebe im Verlauf der nächsten 20 Jahre umfassende Investitionen leisten werden. Etwa 80% werden ihren Bestand vergrößern und somit weitere Umweltauflagen erhalten. Man kann somit von folgendem Marktpotenzial ausgehen: ca. 30.000 Betriebe in einem Zeitraum von 20 Jahren bzw. 1.500 Betriebe pro Jahr.

Sollte es uns gelingen, die Luftwäscher - welche nach vorsichtiger Schätzung rund 50.000 € kosten – überflüssig zu machen, dann sprechen wir von einer potenziellen jährlichen Marktlage von 75 Millionen Euro für Luftreinigung und Klimamanagement für um- oder neu zu bauende Schweinehaltungen. Für die Geflügelhaltungen gehen wir - u.a. aufgrund der Marktperspektive in Asien - von einem mindestens entsprechend guten Marktpotenzial aus. Das Konsortium (DLV, Inno+) verfügt über die Kapazitäten sowie die Expertise, die innovative Technologie marktfähig zu entwickeln sowie die entsprechenden Tests auf den Primärbetrieben zu organisieren und durchzuführen. Für den Vertrieb und die weltweite Vermarktung der Technologie wird allerdings noch ein geeigneter Partner gesucht.

Meilensteine

  • AP 1 Analyse der Anpassungen von Cold Plasma Technology auf andere Sektoren sowie identifizieren von möglichen Hindernissen bzw. Lösungswege für eine zügige Etablierung des Verfahrens (Projektjahr 1-3)
  • AP 2 Aufbau eines Netzwerks mit relevanten Unternehmen und Einrichtungen (Projektjahr 1-3)
  • AP 3 Für eine Reihe von Pilotfällen (Betriebstypen und -konstellationen) optimale Werte bestimmen für technisch-wirtschaftliche Parameter die zur Verringerung der Komponenten führen, welche die Belastung verursachen (Projektjahr 1-3)
  • AP 4 Integration von Wissen und Erfahrungswerten, Übertragung auf die Anforderungen der Betriebe (Systemoptimierung) sowie Regelgeber (Zulassungen, Testbetriebsstatus) (Projektjahr 2-4)


Laufzeit: 01.07.2016 - 30.06.2020
Gesamtkosten (indikativ): 1.937.189,12 €

Im Cluster arbeiten insgesamt drei Projektpartner grenzüberschreitend zusammen: