Probleme der Schaumbildung bei Gülle

Im Mittleren Westen der Vereinigten Staaten kann aufgrund der entsprechenden Bodenarten und Anbausysteme der gesamte Nährstoffgehalt der Gülle genutzt werden. Deshalb versucht man, die Nährstoffqualität dieser Gülle durch Minimierung der Ammoniakemissionen in die Luft zu erhalten. Die üblichen Systeme der Schweinehaltung ermöglichen die Lagerung der Gülle im Boden für bis zu einem Jahr. Herkömmlicherweise wird die Gülle in einer 2,4-m tiefen Grube gesammelt und nach der Ernte im Oktober auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht, obwohl in vielen Fällen auch eine zusätzliche Ausbringung zu Beginn des Frühjahrs vor der Auspflanzung erfolgt. Die meisten neuen Schweinemastställe entstanden nur zu dem Zweck, den Nährstoffgehalt der Gülle zu nutzen, so dass im Laufe der Zeit reine Obst- und Gemüsebauern zu Schweineerzeugern in integrierten Produktionssystemen wurden.

In den vergangenen Jahren tauchte das Problem übermäßiger Schaumbildung bei Gülle auf und man bemüht sich nun darum, dieses Phänomen zu thematisieren. Das Problem der Schaumbildung bei Schweinegülle ist kein neues Thema. Seit vielen Jahren wurde gelegentlich von der Schaumbildung bei langfristiger Güllelagerung im Betrieb berichtet. Ungewöhnlich dabei ist derzeit allerdings die starke Zunahme dieses Phänomens. Die Zunahme von Problemen mit der Schaumbildung bei Gülle begann etwa im Jahr 2008. Spätere Befragungen von Erzeugern im Mittleren Westen der USA deuten darauf hin, dass seit 2008 bei 25% der Güllegruben ständig eine anhaltende Schaumbildung auftritt.

Abbildung 1: Schaum in dem mit Tieren belegten Stall eines Schweinemastbetriebs mit Güllegrube.
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Larry Jacobson und Dr. Chuck Clanton, University of Minnesota

Drei gleichzeitig auftretende Schlüsselfaktoren sind die Voraussetzung für die Schaumbildung und den Erhalt des Schaums. An erster Stelle bedarf es einer Gasquelle. Der anaerob verdaute Dung sorgt für das Auftreten dieser Gase in Form von Schwefelwasserstoff und Methan. Zweitens wird ein Tensid benötigt, das die Oberflächenspannung der Gülle herabsetzt, so dass sich eine Blase bilden kann. Schließlich ist im Allgemeinen irgendeine Trägerstruktur beispielsweise in Form kleiner Fasern oder von Güllefeststoffen notwendig, damit eine Schaumblase intakt und stabil bleibt. Wenn eine dieser drei Schlüsselfaktoren nicht gegeben ist, bleibt eine Schaumblase nicht in einem stabilen Zustand. Methan ist ein natürlich vorkommendes Gas, das in sehr geringen Mengen aus anaerob gelagerter Gülle entweicht. Wenn das Methan jedoch in einer Blase eingeschlossen ist, bilden sich Konzentrationen von 70%, die somit weit über der explosiven Konzentration von 5-15% liegen. Wenn die Blasen aufgerührt werden und platzen und dadurch schnell Methan freisetzen, können Brände und Explosionen auftreten, falls eine Zündquelle vorhanden ist. Zündflammen von Heizgeräten, Hochdruckreiniger und Schweißarbeiten sind einige der allgemein bekannten Zündquellen.

Abbildung 2: Durch den Spaltenboden aufsteigender Schaum.
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Larry Jacobson und Dr. Chuck Clanton, University of Minnesota.

Der Verband der Schweineerzeuger Iowa finanzierte ein mehrstufiges, interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Untersuchung der Mechanismen der Schaumbildung in der Schweinehaltung und von Strategien zu deren Bekämpfung. Ingenieure, Chemiker, Mikrobiologen und auf Schweine spezialisierte Ernährungswissenschaftler der Iowa State University, der University of Minnesota, der University of Illinois at Urbana-Champaign und des Landwirtschaftsministeriums der Vereinigten Staaten untersuchen derzeit die Mechanismen, die zur Schaumbildung führen, um nachhaltige Bekämpfungsstrategien zu entwickeln. Die Forschungsarbeiten sind für drei Jahre vorgesehen, von denen bereits zwei Jahre vergangen sind. Es wurden Tausende von Proben schäumender und nicht-schäumender Gülle entnommen und auf Unterschiede bezüglich ihrer physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Eigenschaften untersucht. Außerdem wurden Instrumente entwickelt, mit denen die Neigung der Schweinegülle Schaum zu bilden und stabil zu bleiben beurteilt werden kann. Die bisherigen Ergebnisse zeigen einen wesentlich höheren Kohlenstoffgehalt in schäumender Gülle und man geht davon aus, dass dies das Ausgangsmaterial für übermäßige methanogene Aktivitäten bildet. Die Mikrobengemeinschaft verändert sich, die Raten der Methanproduktion sind höher und der Schaum ist mit Proteinen und Feinpartikeln angereichert, die ihm Stabilität verleihen. Man geht davon aus, dass die mit der Schaumbildung auftretende Mikrobengemeinschaft in der Schweinegülle Kohlenstoffquellen, insbesondere in Form von Fasern und Öl, wirksamer verarbeitet. Dies führt zu höheren Methanraten und einem größeren Methanfluss durch die Gülle, wodurch biologische Polymere und Proteine aus der Gülle bis an die Oberfläche verdrängt werden und dort die notwendigen Schaumstabilisatoren liefern, um die Schaumblase zu erhalten. Es ist zwar noch viel Arbeit nötig, aber Ziel ist es, bei Beendigung dieser Studie über Bekämpfungsstrategien in den Betrieben zu verfügen.

Abbildung 3: Austritt von Schaum durch den Abpumpschacht vor der Ausbringung auf dem Feld.
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Larry Jacobson und Dr. Chuck Clanton, University of Minnesota.

Bis eine dauerhafte Lösung gefunden ist, werden Erzeuger davor gewarnt, Schaum aufzurühren, solange das gesamte Personal nicht evakuiert wurde, nicht alle Zündquellen beseitigt sind und der Stall nicht mit einer Luftwechselrate von mindestens 30/h gelüftet wurde. Die Ergebnisse dieser Untersuchung werden im Sommer 2016 zur Verfügung stehen.

Abbildung 4: Schäden am Luftdiffusor und den Seitenwänden aufgrund eines Gaswolkenbrands.
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Larry Jacobson und Dr. Chuck Clanton, University of Minnesota