Context
With the Emissions Act-Air 2018, Austria has implemented the EU NEC Directive, committing to a 12% reduction in ammonia emissions by 2030 compared to 2005. Currently, 94% of Austria’s ammonia emissions come from agriculture, with 42% resulting from manure application. Additionally, agricultural fertilizers pollute groundwater in some regions.
Legal requirements put pressure on farms, driving a transformation in agriculture. Increasing livestock density and restrictions on manure application create significant challenges. Spring fertilization often occurs under time pressure and unfavorable conditions, leading to higher environmental pollution and poor soil compatibility. At the same time, odor pollution is becoming a growing public concern.
Farmers are caught between environmental regulations, legal requirements, societal expectations, and economic constraints. To enable a sustainable transition, innovative, soil-friendly, and socially acceptable solutions are needed. Existing technologies primarily serve large farms and do not fit Austria’s small-scale farming structure.
The Ammosafe project addresses this gap by developing a mobile manure treatment solution tailored for smaller livestock farms.
Objectives
Modern animal husbandry as well as changing legal frameworks confront livestock farms with new challenges in the areas of manure logistics, air, groundwater and soil protection, nutrient efficiency and social acceptance. New processes and methods are therefore needed that enable an environmental and soil-friendly fertilisation. By combining two established methods of manure processing, this project will develop and test an innovative process. The mobile plant will be investigated with regard to the parameters feasibility, economic efficiency and effectiveness. In the long term, the aim of the project is to make a contribution to socially and environmentally compatible agriculture.
Objectives
Die moderne Tierhaltung und sich verändernde legistische Rahmenbedingungen stellen viehhaltende Betriebe in den Bereichen Wirtschaftsdüngerlogistik, Luft-, Grundwasser- und Bodenschutz, Nährstoffeffizienz und soziale Akkzeptanz vor neue Herausforderungen. Es braucht neuartige Verfahren und Methoden, welche ein sozialverträgliches, umwelt- und bodenschonendes Düngen ermöglicht. In Projekt wird ein innovatives und mobiles Gesamtverfahren entwickelt und hinsichtlich der Parameter Durchführbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Wirksamkeit untersucht. Langfristig soll das Projekt damit einen Beitrag zur sozial- und umweltverträglichen Landwirtschaft leisten.
Activities
The project will test a new process for the treatment of manure in terms of feasibility, efficiency and effectiveness. Essential project steps are:
- -Planning and development of a mobile liquid manure processing plant including different plant cultivation trials
- Implementation and its technical and economic evaluation of manure treatment
- Review of the effectiveness of the measure in terms of nitrate shifting and fertilisation effect
- Evaluation, processing and distribution of the results
Activities
Im Projekt wird ein neuartiges Verfahren zur Aufbereitung von Wirtschaftsdünger im Hinblick auf Durchführbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Wirksamkeit getestet. Wesentliche Projektschritte sind:
- -Planung und Entwicklung einer mobilen Gülleaufbereitungsanlage inklusive unterschiedlicher Versuchsreihen (pflanzenbauliche Praxisversuche, olfaktorische Messungen etc.)
- Durchführung und unter anderem technische und wirtschaftliche Evaluierung der Gülleaufbereitung
- Überprüfung der Wirksamkeit der Maßnahme hinsichtlich Nitratverlagerung und Düngewirkung
- Auswertung, Aufbereitung und Verbreitung der Ergebnisse
Additional comments
The project has shown that it is possible to remove up to 90% of the original ammonium content from liquid slurry using the technology presented. Crucial to success is a rapid heating process together with complete mixing and dissolution of the quicklime. In addition, the cost of the operating materials, first and foremost the provision of energy for heating, as well as the cost of quicklime and sulfuric acid, determine the economic viability of the process. It has been shown that a mobile plant for slurry treatment can be provided from a technical point of view. Now it is up to industry and developers to provide a market-ready plant for widespread use. In addition to the requirements already listed, scaling up to larger quantities of slurry beyond the pilot scale is the key factor. For instance, it must be possible to treat the entire volume of a slurry store in a reasonably amount of time. The trials have shown that 90% of the ammonium must be removed from the slurry, otherwise the effects on air and groundwater may cause negative effects. Thus, the treated slurry must either be transferred to an empty second slurry tank or transferred to a slurry barrel and applied immediately. It would therefore make sense to choose a process with continuous feeding, since discontinuous feeding in the batch process would cost too much time. In this way, slurry could be simultaneously removed, treated and transferred to a slurry tank for spreading. This saves time and costs, as no additional stores would have to be provided and the plant could be operated continuously.
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014AT06RDNP001 Austria - Rural Development Programme (National)
Location
- Main geographical location
- Oststeiermark
- Other geographical location
- Graz, West- und Südsteiermark
EUR 422 309.00
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
8 Practice Abstracts
The evaluation of the effects of the different fertilizer variants on the groundwater does not give a clear picture, since the scatter within the variants is very high. However, if one forms an average value at all measuring times, at least a trend on light soils can be recognized. Thus, pure mineral fertilization and fertilization with treated liquid manure (ammonia removal rates > 80 % ) in combination with mineral fertilization tend to have a "dampening" effect on the development of nitrate values in the leachate over time. The untreated manure and the partially stripped variants tended to show an influence in the direction of an increase in nitrate values over time. On heavy soils, however, no difference was noticeable. The absolute amount of nitrogen was the same for all fertilizer variants.
Die Auswertung der Auswirkungen der verschiedenen Düngevarianten auf das Grundwasser ergeben kein klares Bild, da die Streuung innerhalb der Varianten sehr hoch ist. Bildet man aber einen Mittelwert zu allen Messzeitpunkten, so lässt sich zumindest ein Trend auf leichten Böden erkennen. So zeigt die reine mineralische Düngung und die Düngung mit behandelter Gülle (Ammoniakentfernungsraten > 80 % ) in Kombination mit mineralischer Düngung im zeitlichen Verlauf eher eine „dämpfende“ Wirkung auf die Entwicklung der Nitratwerte im Sickerwasser. Die unbehandelte Gülle und die teilgestrippten Varianten zeigen im zeitlichen Verlauf eher einen Einfluss in Richtung einer Erhöhung der Nitratwerte. Auf schweren Böden war hingegen kein Unterschied festzustellen. Die absolute Stickstoffmenge war bei alle Düngevarianten dabei gleich hoch.
The use of a fully treated manure to fertilize a summer crop and subsequent grain corn (with a resulting shift in mineral N fertilizer application toward the major needs of grain corn) has resulted in better nutrient utilization than the use of untreated manure at the same times or the use of mineral fertilizer only on grain corn. However, this observation could only be observed with sufficient accuracy at the experimental site with a heavy soil. At the site with a light soil, the variation of the measured values does not allow a clear conclusion.
Die Verwendung einer vollständig behandelten Gülle zur Düngung einer Sommerbegrünung und des nachfolgenden Körnermaises (mit einer daraus resultierenden Verschiebung der mineralischen N-Düngung in die Richtung des Hauptbedarfs von Körnermais) hat zu einer besseren Nährstoffausnutzung geführt als die Verwendung von unbehandelter Gülle zu denselben Zeitpunkten oder die Verwendung von Mineraldünger nur zu Körnermais. Diese Beobachtung konnte allerdings nur am Versuchsstandort mit einem schweren Böden mit hinreichender Genauigkeit beobachtet werden. Am Standort mit einem leichten Böden lässt de Streuung der Messwerte keine eindeutige Aussage zu.
With regard to the reduction of ammonia outgassing and odor pollution of the manure treated in this way, there is a significantly higher ammonia outgassing compared to the raw manure over a period of 13 - 15 days. The reason for this is the high pH value of the manure due to the addition of quicklime. Due to the much lower ammonium content, the absolute outgassing should return to the initial level with a longer storage period, but the purpose of the process is to save manure storage capacity. It is therefore advisable to spread and incorporate the manure immediately after treatment.
In terms of odor, however, the processed slurry variants perform significantly better than the respective raw slurry.
The best results in terms of ammonia outgassing and odor pollution, however, were achieved with manure mixed with water in a ratio of 1:1.
Hinsichtlich der Reduktion der Ammoniakausgasung und Geruchsbelastung der so aufbereiteten Gülle zeigt sich eine signifikant höhere Ammoniakausgasung gegenüber der Rohgülle über einen Zeitraum von 13 - 15 Tagen. Grund hierfür ist der hohe pH-Wert der Gülle durch die Zugabe von Branntkalk. Die absolute Ausgasung dürfte sich auf Grund des viel niedrigeren Ammoniumgehaltes zwar bei einer längeren Lagerungsdauer wieder dem Ausgangsniveau angleichen, doch ist der Sinn des Verfahrens eben die Einsparung von Güllelagerraum. Es ist daher ratsam, die Gülle nach der Aufbereitung unverzüglich auszubringen und einzuarbeiten.
Hinsichtlich Geruchsbelastung schneiden die aufbereiteten Güllevarianten aber signifikant besser ab als die jeweiligen Rohgüllen.
Am besten abgeschnitten hinsichtlich Ammoniakausgasung und Geruchsbelastung hat allerdings die in einem Verhältnis von 1 zu 1 mit Wasser Gülle.
In terms of economy and workload, the process can only be used effectively if the treatment time is sufficiently fast. For this reason, the process must be provided with continuous feeding, treatment and unloading. A discontinuous batch process is not feasible in terms of economic efficiency. The manure must be taken out of storage at one end and, after treatment, be transferred to a manure barrel for following spreading. If necessary, a second slurry tank must be kept available for the time when the first slurry tank is in use.
Das Verfahren kann hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Auslastung nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn die Aufbereitungszeit hinreichend schnell ist. Aus diesem Grund muss dass Verfahren mit einer kontinuierlichen Beschickung, Aufbereitung und Entnahme versehen sein. Ein diskontinuierliches Batchverfahren ist hinsichtlich Wirtschaftlichkeit nicht darstellbar. Es muss die Gülle an dem einen Ende aus dem Lager entnommen und nach erfolgter Aufbereitung in ein Güllefass zur anschließenden Ausbringung überführt werden. Gegebenenfalls ist ein zweites Güllefass vorzuhalten für die Zeit, wenn das erste Güllefass im Einsatz ist.
The economic feasibility study showed the following for a reference pig fattening farm with 46 ha of arable land and 1,000 pig fattening places:
- If possible, the free distribution of manure in the region is the most profitable option under the price situation in 2020.
- The construction of additional liquid manure storage facilities is in second place in terms of profitability. However, this only applies if legal regulations do not dictate a manure release based on a maximum acreage limit.
- In third place comes manure treatment leaving all nutrients on the farm while saving on external mineral fertilizer purchases.
- The least profitable is the reduction of animal numbers.
Other environmental or social effects of manure treatment, such as reduced ammonia emissions or odor, were not evaluated.
Die Wirtschaftlichkeitsprüfung hat für einen Referenzschweinemastbetrieb mit 46 ha Ackerfläche und 1.000 Schweinemastplätzen folgendes gezeigt:
- Die wenn möglich kostenfreie Abgabe von Gülle in der Region ist unter der Preissituation im Jahr 2020 die profitabelste Option.
- Der Bau von weiteren Güllelägern steht an zweiter Stelle hinsichtlich Wirtschaftlichkeit. Dies gilt aber nur, wenn gesetzliche Bestimmungen nicht eine Gülleabgabe auf Grund einer Flächenhöchstgrenze vorschreiben.
- An dritter Stelle folgt die Gülleaufbereitung mit dem verbleib aller Nährstoffe auf dem Betrieb bei Einsparung externer mineraldüngerzukäufe.
- Am wenigsten rentabel ist die Reduktion der Tierzahlen.
Weitere ökologische oder gesellschaftliche Wirkungen der Aufbereitung, etwa verringerte Ammoniakemissionen oder Geruchsentwicklungen, wurden nicht bewertet.
In order to achieve a stable process with the slurry medium, it is advisable to scale hoses, pipes, fans, nozzles and pumps accordingly. On the one hand, to prevent misplacement, and on the other hand, to ensure sufficiently large process flows. Particularly in the stripping column, care must be taken to ensure a sufficiently long contact time between the slurry and air media. This can be achieved by means of fillers or appropriately arranged grids together with the manure injector. Furthermore, it is advisable to automatically monitor and adjust process parameters as temperature, pH value of slurry and acid feed, ammonium and ammonia concentration in the manure and air by use of sensors.
Um einen stabilen Prozess mit dem Medium Gülle zu erreichen ist es ratsam, Schläuche, Rohre, Lüfter, Düsen und Pumpen entsprechend groß zu dimensionieren. Einerseits, um ein verlegen zu verhindern, andererseits auch, um ausreichend große Prozessströme sicherzustellen. Vor allem in der Strippkolonne ist darauf zu achten, eine ausreichend lange Kontaktzeit zwischen den Medien Gülle und Luft besteht. Dies kann durch Füllkörper oder entsprechend angeordneten Gittern zusammen mit der Gülledüse. Des weiteren ist es ratsam, die Prozessüberwachung mittels Sensoren (Temperatur, pH-Wert der Gülle und Säurevorlage, Ammonium- bzw. Ammoniakkonzentration in der Gülle bzw. in der Prozessluft automatisiert zu überwachen und einzustellen.
The process is suitable for separating ammonium nitrogen from slurry at a rate of over 90%. Crucial for this is the provision of the right process conditions, such as sufficiently high temperature and pH value. In addition, sufficient dissolution of quicklime together with good mixing of the manure is essential.
Das Verfahren ist geeignet, Ammoniumstickstoff mit einer Rate von über 90 % aus Gülle abzuscheiden. Entscheidend dafür ist die Bereitstellung der richtigen Prozessbedingungen, wie ausreichend hohe Temperatur und pH-Wert. Daneben ist vor allem die ausreichende Auflösung des Branntkalks zusammen mit einer guten Durchmischung der Gülle essentiell.
The expected results are as follows:
1. the development of a practical, inexpensive and mobile method of processing farm manure.
2. to improve the nutrient efficiency of the liquid manure while at the same time relieving the burden on farmers in the course of fertilisation.
3. reducing groundwater pollution and ammonia emissions
4. improving social acceptability by reducing odour emissions
For the agricultural sector in Austria, challenges in the field of manure logistics, resource efficiency and environmental compatibility are to be met with a financially viable, goal-oriented and operationally flexible method. The production of three independent fertiliser components (ammonium sulphate, solid separated manure, ammonium removed manure) enables farmers to make their fertiliser management more flexible in terms of time. This opens up new possibilities for many farmers to react adequately and flexibly to unforeseeable weather events, legislative restrictions, logistically caused and operationally individual work peaks and the resulting shortage of storage space. It is expected that this liquid fertilizer, due to its high nutrient concentration, can be applied in a plant-physiologically reasonable and timely specific manner with less effort. By converting ammonium, which is a source of emissions, into a stable form of fertilizer, the social acceptance of the application of agricultural manure should be increased.
Die zu erwartenden Ergebnisse lauten wie folgt:
1. Bereitstellung eines praktisch umsetzbaren, kostengünstigen und mobilen Verfahrens zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung.
2. Verbesserung der Nährstoffeffizienz der Gülle bei gleichzeitiger Entlastung der Landwirte im Zuge der Düngung.
3. Verringerung der Grundwasserbelastung und der Ammoniakemissionen
4. Verbesserung der Sozialverträglichkeit durch Reduktion der Geruchsemissionen
Für den landwirtschaftlichen Sektor in Österreich sollen Herausforderungen im Bereich der Wirtschaftsdüngerlogistik, Ressourceneffizienz und der Umweltverträglichkeit mit einer finanziell tragbaren, zielführenden und betrieblich flexiblen Methode bewältigt werden. Durch die Herstellung von drei voneinander unabhängigen Düngerkomponenten (Ammoniumsulfat, Festseparat, Ammonium entfrachtete Gülle) können Landwirten ihr Düngeregime zeitlich flexibler gestalten. Dadurch erschließen sich für viele LandwirtInnen neue Möglichkeiten, um auf unvorhersehbare Wetterereignisse, gesetzliche Einschränkungen, logistisch bedingte und betrieblich individuell auftretende Arbeitsspitzen und die damit verbundene Lagerraumknappheit adäquat und flexibel reagieren zu können. Es wird erwartet, dass dieser Flüssigdünger auf Grund seiner hohen Nährstoffkonzentration unter geringerem Aufwand pflanzenphysiologisch sinnvoll und zeitlich gezielt eingesetzt werden kann. Durch die Überführung des emissions- und damit ge-ruchsgefährdeten Ammoniums in eine stabile Düngerform soll die Sozialverträglichkeit im Umgang mit Wirtschaftsdünger gesteigert werden.
Contacts
Project coordinator
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Christian Werni, Bakk. rer. nat. MSc.
Project coordinator
Project partners
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BOKU Wien, Ins. für Nachhaltige Wirtschaftsentwicklung
Project partner
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Fa. Röhren- und Pumpwerk Bauer GmbH
Project partner
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Gottfried Loibner
Project partner
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Land Steiermark A15 - Energie, Wohnbau, Technik
Project partner
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Landwirtschaftskammer Steiermark
Project partner
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Raumberg-Gumpenstein Research and Development
Project partner
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Siegfried Klobassa
Project partner
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TU Graz, Ins .f. Chem. Verfahrenstechnik u. Umwelttechnik
Project partner
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Thomas Mascher
Project partner