Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei der Silageproduktion mit HOB-Folie

Reducing greenhouse gas emissions in silage production with HOB film
Abstrakt

Bunkersilos im landwirtschaftlichen Maßstab wurden mit Vollmais gefüllt und ihre Oberseiten entweder mit zwei Schichten einer standardmäßigen Polyethylenfolie niedriger Dichte mit einer Dicke von 150 μm gemäß der üblichen Praxis oder mit einer einzelnen Schicht einer hohen Sauerstoffbarriere (HOB) niedriger Dichte bedeckt. Film mit einer Dicke von 45 μm. Das Gesamtgewicht der pro Silo verwendeten Folie betrug 241,5 kg für die Standardfolie und 43,4 kg für die HOB-Folie. Der Primärenergieverbrauch pro Silo für die Herstellung der Folien betrug 18,9 GJ für Standardfolien und 3,39 GJ für HOB-Folien. Das geschätzte Treibhauspotenzial der pro Silo verwendeten Folie betrug 514,4 kg CO2e für Standardfolie und 92,3 kg CO2e für HOB-Folie. Die durchschnittliche Zusammensetzung der Silageproben, die aus den oberen 30 cm jedes Silos entnommen wurden, war bei beiden Folientypen ähnlich. Durch den Einsatz von HOB-Folie konnten der Primärenergieverbrauch und die mit der Folie verbundenen Treibhausgasemissionen um 82 % gesenkt werden, ohne dass sich dies negativ auf die Zusammensetzung der Silage auswirkte.

Einführung

Ein Bunkersilo mit einer Länge von 40 m, einer Breite von 12 m und einer Höhe von 2,5 m enthält in den oberen 0,5 m fast 20 % des ursprünglich silierten Ernteguts. Studien mit 127 landwirtschaftlichen Silos in den USA über einen Zeitraum von vier Jahren ergaben, dass der Verlust an organischer Substanz (OM) während der Lagerzeit in den obersten 0,5 m der unbedeckten Silos 470 g kg-1 betrug, verglichen mit 113 g kg-1 gleiche Silage 0,5 m bis 1 m von der Oberfläche entfernt (Bolsen, 1997). Diese Verluste verdeutlichen, wie wichtig es ist, während der gesamten Lagerzeit eine wirksame Barriere gegen Wasser und Sauerstoff aufrechtzuerhalten. Das Abdecken von Silos mit Polyethylenfolie reduziert Verluste, indem es das Erntegut vor den Auswirkungen von Wind und Regen schützt und auch das Eindringen von Sauerstoff in das Silo verringert, aber nicht verhindert. In Nordeuropa ist es üblich, die Seitenwände mit einer einzigen Folie auszukleiden, die den Rand der Oberseite überlappt, und zwei Folienschichten zu verwenden, um die Oberseite selbst abzudecken.


Der weltweite Verbrauch an Polyethylenfolie niedriger Dichte für Silage belief sich im Jahr 2012 auf 582,5 kt. Wir schätzen, dass jährlich weltweit 368 kt Polyethylenfolie zum Abdecken von ummauerten Bunkern und nicht ummauerten Klemmsilos und 156 kt Stretchfolie zum Einwickeln von Ballensilage verwendet werden. Die Produktion von Polyethylen niedriger Dichte ist mit einem Verbrauch von 78,1 MJ Primärenergie kg-1 und einem Treibhauspotenzial (GWP) von 2,13 kg CO2e kg-1 verbunden (Plastics Europe, 2008). Bei der Rückgewinnung und dem Recycling von Folien wird zusätzlich Energie verbraucht und in einigen Mitgliedsstaaten der Europäischen Union wurden Initiativen gestartet, um das Recycling von Agrarkunststoffen zu fördern. In Frankreich beispielsweise werden Landwirte für die Unterstützung eines Recyclingprogramms mit 65 € pro Tonne Folie belastet (Comité Français des Plastiques en Agriculture, 2012).

Nährstoffverluste in der Atmosphäre durch den aeroben Zerfall von Silage erhöhen die Treibhausgasemissionen (THG) pro Produktionseinheit tierischer Produkte und haben große negative Auswirkungen auf die Nettorendite aus Arbeit und Management (Van Schooten und Phillipsen, 2012). Die Verwendung einer HOB-Folie (High Oxygen Barrier) zur Abdeckung von Silos und Ballen ist im Vergleich zu Standard-Polyethylenfolien (Wilkinson und Fenlon, 2013). In dieser Arbeit wurde die Hypothese an landwirtschaftlichen Silos getestet, dass die Verwendung von OB-Folie die Treibhausgasemissionen bei der Silageproduktion im Vergleich zu Standard-Polyethylenfolie reduziert.

Materialen und Methoden

Zwei benachbarte, ummauerte Bunkersilos mit einer Länge von 40 m und einer Breite von 12 m auf der Forschungsfarm Waiboerhoeve von Wageningen UR Livestock Research, Lelystad, Niederlande, wurden zwischen dem 15. und 20. Oktober 2012 mit gehäckseltem Vollfuttermais (Zea mays L.) gefüllt. Beide Die Silos waren bis zu einer durchschnittlichen Höhe von 2,2 m gefüllt. Die Ernte- und Silierausrüstung war für beide Silos identisch und in jedem Silo wurden etwa 700 t frisches Erntegut siliert. Die Oberseite eines Silos wurde sofort mit zwei Lagen Standard-Polyethylenfolie niedriger Dichte (RKW ProAgri®, Michelstadt, Deutschland) abgedeckt, entsprechend der üblichen Praxis auf dem Bauernhof. Jedes Blatt hatte eine Länge von 50 m, eine Breite von 14 m, eine Dicke von 150 μm und eine Dichte von 0,92 g cm-3. Eine dritte Folie aus der gleichen Standard-Polyethylenfolie (50 m Länge x 7 m Breite x 150 μm Dicke, 0,92 g cm-3 Dichte) wurde zur Auskleidung der Seitenwände verwendet. Die Oberseite des anderen Silos wurde sofort mit einer einzelnen OB-Folie aus Polyethylen niedriger Dichte, koextrudiert mit Ethylenvinylalkohol, mit einer Länge von 50 m, einer Breite von 14 m, einer Dicke von 45 μm und einer Dichte von 0,93 g cm-3 abgedeckt. Eine zweite Folie derselben HOB-Folie (50 m Länge und 5 m Breite, 60 μm Dicke und 0,93 g cm-3 Dichte) wurde zur Auskleidung der Seitenwände verwendet. Über den Deckplatten beider Silos wurden gewebte Polypropylennetze (Genap BV, 's-Heerenberg, Niederlande) angebracht, die mit Kiessäcken beschwert waren. Für die Analyse der Zusammensetzung wurden sechs Silageproben mit einem Frischgewicht von 1 kg (BLGG AgroXpertus, Wageningen, Niederlande) bis zu einer Tiefe von 30 cm von der oberen Oberfläche und 2 m von den Außenwänden jedes Silos während der Ausfütterungsperioden entnommen; am 26. Juni 2013 (251 Tage nach der Silierung) für das mit HOB-Folie abgedeckte Silo und am 11. September 2013 (328 Tage nach der Silierung) für das mit Standardfolie abgedeckte Silo.

Ergebnisse

Der Primärenergieverbrauch und die Treibhausgasemissionen, geschätzt als GWP, die mit den beiden Folien verbunden sind, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Durch die Verwendung von HOB-Folien wurden das Gesamtgewicht der Folie, der Primärenergieverbrauch und das GWP der Folie im Vergleich zu Standardfolien um 82 % reduziert. Darüber hinaus würden sich zusätzliche Vorteile aus einer geringeren Masse der zu recycelnden Folie und einer weiteren Reduzierung der Treibhausgasemissionen ergeben.

Tabelle 1. Gewicht der pro Silo verwendeten Folie, damit verbundener Primärenergieverbrauch und Treibhauspotenzial (GWP): Standardfolie im Vergleich zu HOB-Folie.


Die mittlere Zusammensetzung der Silagen in den oberen 30 cm, die unter Standard-Polyethylen- oder HOB-Folie gelagert wurden, ist in Tabelle 2 dargestellt. Die Unterschiede in der mittleren Zusammensetzung zwischen Silagen, die unter Standard- und HOB-Folie gelagert wurden, waren relativ gering. Mit Ausnahme von wasserlöslichen Kohlenhydraten, Milchsäure und Essigsäure lagen die Variationskoeffizienten der Zusammensetzungsparameter bei unter beiden Folientypen gelagerten Silagen unter 10 %.

Tabelle 2. Zusammensetzung der Silagen (Mittelwert ± SD von sechs Proben) in den oberen 30 cm, gelagert unter entweder Standard-Polyethylen oder Folie mit hoher Sauerstoffbarriere.


Schlussfolgerungen

Das Abdecken von siliertem Futtermais mit einer einzigen Schicht HOB-Folie führte zu einer erheblichen Reduzierung der mit Polyethylenfolie verbundenen Primärenergie und Treibhausgasemissionen im Vergleich zur üblichen Praxis der Abdeckung mit zwei Schichten Standardfolie. Die Zusammensetzung der Silage in den oberen 30 cm war bei beiden Folientypen ähnlich.

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