Odborné články
Emise metanu ze zemědělské činnosti
Článek je převzat ze sborníku z mezinárodní vědecké konference "Zemědělská a zahradnická technika z hlediska environmentální politiky státu", která se konala 29.-30. kvetna 2003 v Lednici.
Abstract
Methane emission of agronomicpractise
Greenhouse gases emissionare
very monitoring category of drag gases by now. Agriculture produce quantity of
methane emission, which is necessary (according international obligation) reduce
to year 2010 by 8 %. This is a
reason of research beginning about methane emission reducing. In the first part
of research was made their stocktaking. Results are noted in contribution.
Key words: Methane
emission, Methane emission stocktaking
Abstrakt
Emise skleníkových plynů jsou
v současné době velmi sledovanou skupinou zátěžových plynů. Zemědělství
produkuje velké množství metanu (CH4), které je nutné v rámci
mezinárodních závazků ČR snížit do r. 2010 o 8 %. Proto bylo započato s výzkumem
možností snížit emise metanu a
v první části výzkumu byla provedena jejich inventura.
Klíčová slova: Emise
metanu, inventura emisí metanu.
1. Úvod
Zemědělství je nejen významným producentem toxického amoniaku, ale při zemědělské činnosti vzniká i celá řada dalších plynů, zvláště pak metan CH4, CO2, CO, N2O, NOx, H2S a další odérové plyny. Nejznámějšími zdroji z celého spektra zemědělské výroby jsou v živočišné výrobě chov skotu, prasat, ovcí, koz, drůbeže, skladování a manipulace s chlévským hnojem, kejdou a drůbežím trusem. V rostlinné výrobě je významným zdrojem proces kompostování a používání pesticidů a herbicidů.
2. Fyziologické základy gastrointestinálních fermentačních procesů a hlavní vlivy, usměrňující výši vzniku jejich produktů [1].
Fermentační děje v organismu hospodářských zvířat probíhají jak ve fázi žaludečního zpracovávání přijaté potravy, tak i při jejím dalším průchodu celou navazující střevní trubicí a to specificky v úsecích tenkého a posléze i tlustého střeva. Podstatnou odlišností je charakter a průběh gastroenterální fermentace u monogastrických a naproti tomu u polygastrických živočichů. Velice specifické znaky, vlastnosti a posléze i produkty takového procesu vykazuje kategorie ptáků (hrabavá i vodní drůbež).
U monogastrických druhů dochází v žaludku ke trávení sacharidů, škrobu i bílkovinných struktur. Na celém tomto procesu se podílejí nejenom humorální fenomény enzymatických složek, ale i specifická a často i druhově významně odlišená mikroflóra zažívací trubice. Její biochemická aktivita při procesu rozkladu přijaté potravní směsi ve hmotě procházející zažitiny je doprovázena tvorbou celé skupiny organických plynů. Ty za normálních okolností ze zažívacího traktu plynule odcházejí per vias naturales, (tj. oběma konci zažívací trubice a případně i dechem), pouze za patologických krizí (meteorismus při bouřlivém metanovém kvašení obsahu žaludku, případně někdy i tlustého střeva) musí být jejich odvod chirurgicky upravován umělými cestami. Zmiňované plyny jsou organickou součástí běžného procesu trávení a zažívání. Významně odlišen je tento postup u plygastrických živočichů, jmenovitě u přežvýkavců. Ti - na rozdíl od ostatních býložravých organismů – přijímají zřetelně větší kvanta potravní hmoty (krmiva), které zpracovávají především ve složité struktuře třech předžaludků a vlastního žaludku. Teprve následně a v relativně menší míře dochází k trávení v tenkém střevě a hlavně pak v kolónu.
Mikroorganismy se aktivně a ve značném rozsahu účastní procesu biochemické dekompozice přijaté potravy, a to jak v oblasti předžaludků (bachor, čepec a kniha) a žaludku (sléz), tak i v poměrně dlouhém úseku obou druhů střev. Jejich početní zastoupení ve zpracovávané zažitině je tak významné, že dle literárních údajů tvoří asi 10 % tekutého obsahu bachoru. Působí však průběžně i v celém rozsahu tenkého a zejména pak velmi intenzívně v celém tlustém střevě.
Pozoruhodnou a velmi významnou kategorií zde jsou tzv. bakterie celulózového štěpení (Bact. succionogenes, Ruminococcus, Cillobacterieae a Clostridia). Neméně důležitou a funkčně nenahraditelnou je i skupina saprofytických bachorových nálevníků. U ptáků (u drůbeže) je chemismus a jmenovitě pak biochemismus zažívání a trávení podstatněji odlišen. Jednak digestivního traktu a posléze i specifičností vlastního délka celé zažívací trubice mimořádně dlouhá, je u ptáků naopak mimořádně krátká. Proto proces gastroenterální exploatace musí být velmi rychlý, efektní a intenzívní.
Rámcově tedy lze problematiku produkce CH4 z fyziologických procesů uvnitř těl hospodářských a domácích zvířat zjednodušit a prezentovat následovně:
Zatímco v žaludeční sféře dochází zejména ke vzniku a uvolňování metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2) a u přežvýkavců v bachorovém úseku dokonce i čpavku (NH3), je oblast střeva, jmenovitě pak střeva tlustého, masivním zdrojem především čpavku a metanu s doprovodem dalších, méně významných, plynů a těkavých látek. Ty se podílejí na pachové specifikaci exkrementů.
V luminu tlustého střeva se při přeměně potravní hmoty v použitelné živiny prostřednictvím souboru enzymů a také prostřednictvím mikrobiální aktivity uvolňuje oxid uhličitý (CO2), metan (CH4), vodík (H), dusík (N) a dobře orgnolepticky patrný sirovodík (H2S).
Určitý podíl těchto těkavých látek z těla odchází jednak za fyziologických poměrů a jednak ve stavu funkčních poruch organismu rovněž dechem.
Shrneme-li předchozí úvahy, můžeme urči, že zdrojem emisí CH4 je:
I. Zdrojem jsou vlastní zdravé živočišné organismy:
-
procesem zažívání a trávení v digestivním ústrojí,
-
procesem extrakorporálních rozkladů exkrementů,
-
procesem dýchání (exhalace).
II. Zdrojem jsou nemocné živočišné organismy:
-
procesem patologického trávení a zažívání,
-
procesem extrakorporálních rozkladů chorobou pozměněných výkalů,
-
procesem patologické plicní ventilace (exhalace).
III. Zdrojem jsou technologie, přímo navazující na chov:
-
evaporací CH4 z krmivových komponent (konzervovaných),
-
odparem a odvětráváním asanačních médií,
-
dalšími – vedlejšími – technologiemi živočišné výroby.
IV. Navazující zdroje CH4 v živočišné výrobě:
-
polní a statková hnojiště,
-
močůvkové a kejdové jímky,
-
senážní a silážní jámy a věže,
-
kafilerní boxy a trezory.
Provedeme-li porovnání emisní bilance za r. 1995 a 2002, zjistíme, že poklesem stavu hospodářských zvířat došlo k celkovému snížení emisí. (Tab. č. 1, Tab. č. 2). Porovnáním zjistíme, že došlo ke snížení o 91,118 kt CH4. Přesto je celoroční celkové množství metanu poměrně vysoké. V porovnání s podstatně více sledovaným plynem – amoniakem (Tab. č. 3) je nutné, stejně jako to bylo u amoniaku, důsledněji zavádět „snižující technologie“ pro omezení emisí metanu.
Tab. 1. Celkový stav hospodářských zvířat k 1.3.2002 ( území Česká republika ), celkové množství metanu v roce 2001
Kategorie zvířat |
Počet |
Emisní faktor |
Stáří zvířat v |
Koeficient
respektující |
|
střevní fermentace |
|||||
Skot celkem |
1 520 136 |
|
|
|
63,570 |
dojnice |
596 295 |
67,00 |
3,29 |
1,00 |
41,914 |
jalovice |
298 362 |
22,00 |
1,04 |
1,00 |
6,874 |
telata |
460 921 |
18,40 |
0,83 |
1,00 |
8,864 |
býci |
164 558 |
34,64 |
1,33 |
1,00 |
5,919 |
Ovce a berani |
96 286 |
5,77 |
0,28 |
1,00 |
0,583 |
Kozy a kozli |
13 574 |
4,13 |
0,19 |
1,00 |
0,059 |
Prasata celkem |
3 440 925 |
|
|
|
43,232 |
selata |
665 570 |
2,75 |
5,50 |
1,00 |
5,491 |
prasnice |
289 195 |
3,80 |
14,31 |
1,00 |
5,237 |
březí prasnice |
125 083 |
3,80 |
14,31 |
1,00 |
2,265 |
prasata výkrm |
2 361 077 |
4,33 |
9,90 |
0,90 |
30,238 |
Králíci* |
14 000 000 |
|
|
0,85 |
0,000 |
Drůbež celkem |
29 973 846 |
|
|
|
2,382 |
nosnice |
6 995 888 |
0,07 |
0,02 |
1,00 |
0,630 |
brojleři |
21 784 583 |
0,07 |
0,02 |
0,85 |
1,667 |
krůty,krocani,krůťata |
886 900 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,064 |
kachny,kačeři,kachňata |
278 596 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,020 |
husy,houseři,housata |
27 879 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,002 |
Koně a hříbata |
20 891 |
47,20 |
3,63 |
1,00 |
1,062 |
Celkové množství CH4 za rok 2001 (kt) |
110,887 |
||||
zdroj: 1) soupis
hospodářských zvířat k 1.3. 2002 ČSÚ, 2) Internet - www.mze.cz/cz/statinfo |
Tab. 2: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3 .1995 (území Česká republika), celkové množství metanu v roce 1995
Kategorie zvířat |
Počet |
Emisní faktor |
Stáří zvířat v |
Koeficient
respektující |
|
střevní fermentace |
|||||
Skot celkem |
2 029 000 |
|
|
|
87,577 |
dojnice |
768 000 |
67,00 |
3,29 |
1,00 |
53,983 |
jalovice |
385 000 |
22,00 |
1,04 |
1,00 |
8,870 |
telata |
649 000 |
18,40 |
0,83 |
1,00 |
12,480 |
býci |
227 000 |
34,64 |
1,33 |
1,00 |
12,244 |
Ovce a berani |
165 000 |
5,77 |
0,28 |
1,00 |
0,998 |
Kozy a kozli |
45 000 |
4,13 |
0,19 |
1,00 |
0,198 |
Prasata celkem |
2 009 000 |
|
|
|
111,391 |
selata |
205 200 |
2,75 |
5,50 |
1,00 |
16,930 |
prasnice |
159 000 |
3,80 |
14,31 |
1,00 |
28,795 |
březí prasnice |
265 000 |
3,80 |
14,31 |
1,00 |
47,992 |
prasata výkrm |
1 380 000 |
4,33 |
9,90 |
0,90 |
17,674 |
Drůbež celkem |
26 688 000 |
|
|
|
2,122 |
nosnice |
6 244 992 |
0,07 |
0,02 |
1,00 |
0,562 |
brojleři |
19 348 800 |
0,07 |
0,02 |
0,85 |
1,480 |
krůty,krocani,krůťata |
800 640 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,058 |
kachny,kačeři,kachňata |
266 880 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,020 |
husy,houseři,housata |
26 688 |
0,07 |
0,02 |
0,80 |
0,002 |
Koně a hříbata |
18 000 |
47,20 |
3,63 |
1,00 |
0,915 |
Celkové množství CH4 za rok 1995 (kt) |
202,005 |
Tab. 3: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3. 2000 (území Česká republika), celkové množství amoniaku v roce 1999 [3]
Kategorie zvířat |
Počet |
Emisní faktor |
Koeficient
respektující |
Celkové roční |
Skot celkem |
1 573 530 |
|
|
28,197 |
dojnice |
614 787 |
24,50 |
1,00 |
15,062 |
jalovice |
311 581 |
13,70 |
1,00 |
4,269 |
telata |
483 019 |
13,70 |
1,00 |
6,617 |
býci |
164 143 |
13,70 |
1,00 |
2,249 |
Ovce a berani |
84 108 |
0,88 |
1,00 |
0,074 |
Kozy a kozli |
31 988 |
0,88 |
1,00 |
0,028 |
Prasata celkem |
3 687 967 |
|
|
29,543 |
selata |
748 034 |
6,50 |
1,00 |
4,862 |
prasnice |
296 811 |
11,90 |
1,00 |
3,532 |
březí prasnice |
114 856 |
19,70 |
1,00 |
2,263 |
prasata výkrm |
2 528 266 |
8,30 |
0,90 |
18,886 |
Králíci |
14 723 000 |
0,97 |
0,85 |
12,139 |
Drůbež celkem |
30 784 432 |
|
|
7,101 |
nosnice |
12 033 178 |
0,27 |
1,00 |
3,249 |
brojleři |
17 505 028 |
0,21 |
0,85 |
3,125 |
krůty,krocani,krůťata |
668 560 |
0,73 |
0,80 |
0,390 |
kachny,kačeři,kachňata |
445 589 |
0,73 |
0,80 |
0,260 |
husy,houseři,housata |
132 077 |
0,73 |
0,80 |
0,077 |
Koně a hříbata |
23 835 |
8,00 |
1,00 |
0,191 |
Celkové množství NH3 za rok 1999 (kt) |
77,274 |
|||
zdroj : soupis hospodářských zvířat k 1.3. 2000 |
Výzkum a vývoj „snižujících technologií“ se musí zaměřit především na následující oblasti:
- Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech vlivem výskytu metabolických poruch (alkolózy, acidózy, ketózy) – předpokládá se, že tímto způsobem je možné snížit emise až o 15 %.
- Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech likvidací saprofytické mikrobiální flory v zažívadlech léčebnou aplikaci xenobiotik, tj. antibiotik, sulfonomadiů, antiperazitik, - předpoklad snížení emisí až o 10 %.
- Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech změnami krmných dávek – předpoklad snížení emisí až o 10 %.
- Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech v důsledku mikroklimatických změn (ochlazení) – předpoklad snížení emisí až o 5 %.
- Omezení emise metanu u nuceně větraných stájí (prasata, drůbež) využitím biofiltru – předpoklad snížení emisí o 20 – 40 %.
- Omezení emisí metanu ze skládek chlévského hnoje, kejdy ošetřením enzymatickými látkami – předpoklad snížení emisí o 35 – 50 %.
Možnosti snížení emisí bod 5., 6. je však nutné experimentálně ověřit a provést ekonomické vyhodnocení.
Manipulace s chlévským hnojem, kejdou a ostatními organickými zbytky přináší poměrně velké úniky metanu do ovzduší. Jednou z možností, jak snížit emise metanu je proces kompostování, který výrazně snižuje tvorbu metanu při přeměně organických odpadů na humus.
Omezení emisí metanu procesem rychokompostování [2]
Kompost je všestranné statkové hnojivo obsahující všechny druhy rostlinných živin včetně humusových a půdotvorných látek oživeným edafonem. V současné době se vyrábí buď klasickým způsobem na zemědělských závodech, nebo procesem rychlokompostování na malých hromadách faremní kompost.
Proces rychlokompostování umožňuje významně snížit emise metanu. Při výrobě kompostu lze zužitkovat nejrůznější odpadní materiály, vyskytující se nejen v zemědělství, ale i v komunálních službách. Dobrý kompost musí být složen z minerálních látek (např. z dobré zeminy), organických látek (rašeliny, rostlinných zbytků, natě apod.) a jejich směs oživena. Aby tyto složky na sebe mohly působit co nejúčinněji, mají být ještě před zakládáním kompostu dobře rozmělněny a smíchány, aby jejich styčný povrch byl co největší.
Kompostování je biologický proces. Je to aerobní termofilní samozáhřevný biologický rozklad biologicky degradovatelného materiálu. Při kompostování přeměňují mikroorganismy surový materiál na humus a jeho složky. Řádné kompostování vyvíjí dostačující teplo k ničení semen plevelů, patogenních baktérií, redukuje obsah vody a objem materiálu.
Je to jednoduchý proces ovlivňovaný základními podmínkami prostředí, které ovlivňují všechny biologické činnosti. Při procesu zrání kompostu vznikají plynné emise. Při experimentech byly zjištěny následné plynné emise: N2O, NO, NH3, CH4, CO, CO2, H2S. Je zřejmé, že obsah plynných emisí se bude lišit podle jednotlivých komponent pro kompost použitých, ale je optimální dodržet poměr C : N 30 : 1.
Při experimentech bylo zjištěno, že na 1t sušiny kompostu je při klasickém způsobu kompostování (doba kompostování cca 12 měsíců, 2x překopávka) vyprodukováno 6 kg metanu. Při rychlokompostování, při kterém je kompost vyroben za 8 – 12 týdnů a provedeno cca 8 překopávek se množství vyprodukovaného metanu sníží o polovinu, tj. na 3 kg za rok. Je zajímavé také porovnat množství metanu a amoniaku po překopávce. Tento vztah ukazují grafy č. 1 a 2 při experimentech prováděných na kompostárně ve Velkých Přílepech. Experimenty byly prováděny v rámci mezinárodní spolupráce při řešení problematiky omezení emisí plynů ze zemědělské činnosti se spolupracovníky ze SRN jejich přístrojem na principu fotoakustické spektroskopie (FAS) Brüel Kjaer 1302.
Pro porovnání naměřených hodnot po překopávce kompostu je zřejmé, že v průběhu několika hodin se únik emisí snižuje, metan se na rozdíl od amoniaku stále částečně vyvíjí. Po každé překopávce se však snižuje maximální dosažená hodnota emisí, až ke konci procesu se již žádný amoniak ani metan netvoří. Z těchto měření lze celkem dobře usoudit na rychlost přeměny organických odpadů na humusové látky.
Závěr
Emise metanu ze zemědělské činnosti poměrně výrazně ovlivňují životní prostředí. I když dochází redukcí stavů hospodářských zvířat k jejich omezování, přesto by bylo vhodné jim věnovat patřičnou pozornost a stejně jako u amoniaku navrhnout a ověřit „snižující technologie“ chovů hospodářských zvířat. Spolu s metanem bude nutné se intenzivně věnovat i problematice dalších skleníkových plynů ze zemědělské činnosti, aby byly dodrženy mezinárodní závazky ČR k jejich snižování.
Literatura
- Jelínek,A.; Vostoupal, B.: Stanovení emisí VOC ze zemědělské činnosti v Č“. Studie, VÚZT Praha, září 1996.
- Jelínek, A.; Plíva, P.: Omezení vlivu emisí toxických plynů ze stájí na životní prostředí. Výroční zpráva za řešení projektu EP0960006510. VÚZT Z-2357, 1999.
- Jelínek, A.: Kvalitativní a kvantitativní analýza nejnovějších zdrojů, dotčených závazky protokolu ACETO a Legislativy EU“. Zpráva za etapu 2., VÚZT, říjen 2000.
Obr. 2: Koncentrace metanu Tweet
Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
EÚ naznačila jasné smerovanie v nakladaní s biologicky rozložiteľným odpadom
Anaerobní biomethanizace komunálních odpadů
Ušetřené skleníkové plyny pomohou financování projektů
Biofiltrace vzduchu
Integrovaný registr znečišťování - nepřímá podpora fytoenergetiky
Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie
Datum uveřejnění: 4.8.2003
Poslední změna: 8.9.2003
Počet shlédnutí: 8995
Citace tohoto článku:
JELÍNEK, Antonín, PLÍVA, Petr: Emise metanu ze zemědělské činnosti. Biom.cz [online]. 2003-08-04 [cit. 2024-11-18]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-pestovani-biomasy-pelety-a-brikety-obnovitelne-zdroje-energie-bioplyn-spalovani-biomasy-bioodpady-a-kompostovani/odborne-clanky/emise-metanu-ze-zemedelske-cinnosti>. ISSN: 1801-2655.