CO2-Fußabdruck der Milchviehhaltung Herdenmanagement CO2-Fußabdruck der Milchviehhaltung

Inhalt Ausgangspunkt life cycle assessment (LCA) / carbon footprint (CF) Treibhausgaspotenzial Schema zur Quantifizierung von THG Schwierigkeiten bei der Ermittlung es CO2-Foot Prints Einflussfaktoren auf die CH4-Bildung

Ausgangspunkt Was ist der CO2-Fußabdruck? Es ist ein Maß für die von einem Produkt verursachte Treibhausgasemissionen. Es handelt sich um den Ausstoß aller klimarelevanter Treibhausgase, umgerechnet auf den Wirkungsgrad von CO2. Der CO2-Fußabdruck kann als produktbezogene Energiebilanz definiert werden. Landesvereinigung der Milchwirtschaft Niedersachsen e. V.

Treibhausgaspotenzial Umrechnung der verschiedenen THG (GWP = global warming potential) in CO2-eq → Vergleichbarkeit der THG untereinander wird somit möglich Treibhausgas chem. Formel GWP Kohlendioxid CO2 1 Methan CH4 25 Lachgas N2O 298 FCKW-12-Molekül 10.900 Umweltbundesamt (Hrsg.) 2017 Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll 2017 Nationaler Inventarbericht zum Deutschen Treibhausgasinventar 1990-2015

produktbezogener CO2-Fußabdruck „ … die Bilanz der Treibhausgasemissionen entlang des gesamten Lebenszyklus (von der Herstellung und Transport der Rohstoffe, Verpackung und Vorprodukte über Produktion und Distribution bin hin zu Nutzung, Nachnutzung und Entsorgung) eines Produkts in einer definierten Anwendung und bezogen auf eine definierte Nutzeinheit“ BMUB: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

Ausgangspunkt Rinderhaltung ist eine der Hauptquellen landwirtschaftlicher Emission v.a. die CH4-Emission wird diskutiert CFs = carbon footprints LCA = life cycle assesment = Ökobilanz (Methode zur Messung von Umweltemissionen bei der Herstellung eines Produktes) in deutschen Auswertungen werden die Herstellung von Maschinen i.d.R. nicht mit berücksichtigt

LCA / CF life cycle assesments (LCA) sind definierte Tools zur Messung möglicher Umweltwirkungen bei der Erzeugung eines bestimmten Produktes (Vorleistungen bis zum Verbrauch) Ergebnisse der LCA werden in carbon footprints (CFs) ausgedrückt → in CO2-Äquivalenten je Produkteinheit (CO2-eq) bei tierischen Erzeugnissen sollten die CF-Analysen berücksichtigen: CH4-, N2O-, CO2-outputs bei der direkten Erzeugung (= on-farm) den dazugehörigen vor- und nachgelagerten Bereich BRADE (2014): CO2-Fußabdrücke für Milch und Milchprodukte. Berichte über Landwirtschaft. Zeitschrift für Agrarpolitik und Landwirtschaft, Band 92, Heft 1; Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.)

Schema zur Quantifizierung von THG auf Farm-Basis (On-Farm) und in der weiteren Verarbeitung BRADE (2014): CO2-Fußabdrücke für Milch und Milchprodukte. Berichte über Landwirtschaft. Zeitschrift für Agrarpolitik und Landwirtschaft, Band 92, Heft 1; Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.)

Schwierigkeiten bei der Ermittlung es CO2-Foot Prints als Bezugsgröße für die Ermittlung der Emissionen dient das mittlere Tier und die mittlere Aufwendung in den vor- und nachgelagerten Produktionsabschnitten tierindividuelle Unterschiede in den Praxisbetrieben ergeben eine große Streuung der berechneten CFs CF für die Erzeugung von einem Liter Milch liegt bei rund 1 kg CO2-eq unter den Bedingungen in Deutschland 7,5 kg CO2-eq bei der Erzeugung von 1 kg Milch in Gebieten Afrikas, Asiens)* * GERBER, VELLINGA, DIETZE, FALCUCCI, GIANNI, MOUNSEY, MAIORANO, OPIO, SIRONI, THIEME AND WEILER (2010): Greenhouse Gas Emissions from the Dairy Sector.  A Life Cycle Assessment. A report of FAO, Animal Production and Health Division, FAO 2010. BRADE (2014): CO2-Fußabdrücke für Milch und Milchprodukte. Berichte über Landwirtschaft. Zeitschrift für Agrarpolitik und Landwirtschaft, Band 92, Heft 1; Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.)

Anteil der verschiedenen THG [%] bei der Milcherzeugung in den Industrieländern * GERBER, VELLINGA, DIETZE, FALCUCCI, GIANNI, MOUNSEY, MAIORANO, OPIO, SIRONI, THIEME AND WEILER (2010): Greenhouse Gas Emissions from the Dairy Sector.  A Life Cycle Assessment. A report of FAO, Animal Production and Health Division, FAO 2010.

CH4-Emission bei der Milcherzeugung im Pansen kg Milch je Kuh und Jahr (kg Milchprotein je Kuh und Jahr) TM-Aufnahme [kg/Tag] Anteil Futter in % CH4-Anfall je kg Milchprotein [kg/kg] Raufutter Kraftfutter 4.000 (136) 12 90 10 0,69 6.000 (204) 15 80 20 0,53 8.000 (272) 18 70 30 0,45 10.000 (340) 21 60 40 0,40 12.000 (408) 24 50 0,36 Bedingung: 650 kg LM, 42 g/kg Milchfett, 34 g/kg Milcheiweiß, kein Weidegang Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.) 2014: Agrarwissenschaft Forschung Praxis; Band 92 1. Ausgabe

Einflussfaktoren auf die CH4-Bildung (On-Farm) CH4 entsteht beim mikrobiellen Abbau von org. Stoffen unter anaeroben Bedingungen im Verdauungstrakt der Wiederkäuer und anderer Tiere und bei der Wirtschaftsdüngerlagerung und anderer Stoffumwandlungsprozesse unter Luftabschluss (Deponien) Archaeen sind Bakterien, die in der Lage sind CH4 zu bilden sie sind obligat anaerob sie „arbeiten“ sehr substratspezifisch und können nur wenige Substanzen umsetzen

Substrate für die Methanbildung Gleichung H2 und CO2 4 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O Ameisensäure 4 HCO2H → CH4 + 3 CO2 + 2 H2O Methanol 4 CH3OH → 3 CH4 + CO2 + 2 H2O Methanol + H2 CH3OH + H2 → CH4 + H2O Essigsäure CH2CO2H → CH4 + CO2 Archaeen zählen zu den Methanbildnern Flachowsky & Brade (2007): Potenziale zur Reduzierung der Methan-Emission bei Wiederkäuern; Züchtungskunde, 79, (6) S. 417-465

Einflussfaktoren auf die CH4-Bildung (On-Farm) methanogene Archaea (= Prokaryoten) sind häufig mit anderen Mikroben in Symbiose (z. B. Protozoen) → somit ist eine gezielte Einflussnahme auf die Pansenmikrobenstruktur in der Praxis auf Dauer nicht erfolgreich und umsetzbar die CH4-Bildung im Vormagensystem bei Wiederkäuern ist problematisch, weil… Energieverluste von 6 bis 12 % auftreten können CH4 ein Treibhausgas (THG) ist

Energetischer Abbau der Futtermittel im Tier Bruttoenergie ~ 75% Kotenergie Verdauliche Energie ~ 63% Harn- und Methanenergie Umsetzbare Energie davon ~ 6-8 % CH4-Verlsut ~ 58% Wärmeverlust Nettoenergie Energie für Leistung Energieerhaltungsbedarf Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.) 2014: Agrarwissenschaft Forschung Praxis; Band 92 1. Ausgabe

Abhängigkeit der CH4-Ausscheidung / Beeinflussung  

Schematische Darstellung der anaeroben Verdauung von Biomasse mit CH4-Bildung durch Archaeen Brade & Wimmers (2016): Methan-Minderungspotenziale bei Wiederkäuern. Berichte über Landwirtschaft. Zeitschrift für Agrarpolitk und Landwirtschaft. Band 94, Ausgabe 1; Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.)

Tierseitige Beeinflussung + Futter + Bakterienpopulation Tierindividueller CH4-Ausstoß in Abhängigkeit vom H+-Anfall unter Berücksichtigung vorhandener ruminaler Bakterienpopulationen Tierseitige Beeinflussung + Futter + Bakterienpopulation Anatomisch-physiologische Besonderheiten (Pansengröße, Speichelproduktion, Verweildauer/Passagerate, Alter, vorliegende Krankheiten (Ketose/Acidose), maternale Effekte,… Mikrobielle Vergärung (mikrobielle Strukturen (rel. Häufigkeit / Dichte verschiedener Gattungen/Arten) und zugehörige Genexpressionen,… H+- Anfall Pansenprofil: kurzkettige Fettsäuren-Produktionsraten Propionat: Acetat-Verhältnis pH-Wert ruminale N-Bilanz Archaeen-Dichte / Struktur und zugehörige Genexpression Tierindividueller CH4- Anfall

Annahme: betriebliche Milchproduktion: 800.000 kg/Jahr CH4-Emission aus der Verdauung bei konstanter Milcherzeugung auf Betriebsebene und unterschiedlicher Milchleistung Jahresleistung (kg Milch je Kuh und Jahr) Erforderliche Tierzahl (Kühe je Betrieb)* CH4-Anfall** aus der Milchkuhhaltung/Betrieb (Tonnen CH4 pro Jahr) 4.000 200 6.000 133,3 8.000 100 10.000 80 12.000 66,7 * gerundete Werte ** CH4-Emission aus der Verdauung Annahme: betriebliche Milchproduktion: 800.000 kg/Jahr