Koolstofdioxide (CO2) is een natuurlijk bestanddeel van de atmosfeer en de basis van al het biologische leven op onze planeet Aarde. Tegelijkertijd komen bij de verbranding van hout, kolen, olie of gas onder andere grote hoeveelheden CO2 vrij.
Koolstofdioxide ontstaat zowel bij de natuurlijke stofwisseling van de dieren als bij de verwarming van de stallen. Goed geïsoleerde stallen, een geoptimaliseerd ventilatieconcept en moderne verwarmingstechnologieën verminderen het CO2-gehalte in de stallucht en het vrijkomen ervan in het milieu.
Wettelijke randvoorwaarden
De Verordening inzake het beschermen en houden van landbouwhuisdieren regelt hoeveel CO2 er in de stallucht mag zitten. Zij stelt de grenswaarde voor de gasconcentratie per m³ lucht vast op een waarde van 3.000 ppm (*1). Als deze waarde ruim wordt overschreden, krijgen de dieren een diepere en versnelde ademhaling. Ze ademen steeds meer schadelijke gassen, stof en mogelijke ziekteverwekkers in.
[1] ppm: parts per million. 1000 ppm CO2 komt overeen met 1 volumepromille (vol.-‰) of 0,1 volumeprocent (vol.-%) of 1,83 g CO2 per kubieke meter (bij 1013 mbar en 20°C).
Dit verhoogt het risico op ziekten, terwijl tegelijkertijd de voeropname verslechtert en de dieren ‘loom’ worden. Om optimale productieresultaten te bereiken, moet het CO2-gehalte in de stallucht dus zo laag mogelijk zijn.
De norm ‘DIN18910’ is in Duitsland de belangrijkste basis waarop de dimensionering van verwarmings- en ventilatiesystemen wordt gebaseerd. Ze beschrijft hoeveel CO2 dieren (pluimvee, varkens, runderen, paarden) per uur uitademen. Verder houdt deze norm rekening met emissiefactoren bij de verbranding van fossiele brandstoffen zoals aardgas of propaan.
Om het minimum luchtdebiet in de winter te bepalen, worden alle CO2-verspreiders in de stal bij elkaar opgeteld en verrekend volgens de ‘koolstofdioxidebalans’-methode. Dit betekent hoe meer CO2 er in de stal vrijkomt, hoe vaker er geventileerd moet worden en hoe hoger de daaruit voortvloeiende warmteverliezen en dus ook de stookkosten zijn. Een andere belangrijke indicator van de luchtkwaliteit is de vochtigheid. Deze is nauw verbonden met de CO2-concentratie in de stallucht.
Verwarmingsapparatuur
Bij verwarmingsapparatuur met directe verbranding wordt de thermische energie van het verbrande gas samen met de hete uitlaatgassen naar de stal geleid. Voor de brandstof propaan betekent dit bijvoorbeeld 150 g/h waterdamp en 230 g/h CO2 per kW verwarmingsvermogen. Hoewel de apparaten een rendement van 100% hebben, moet er door de uitlaatgassen in de stal meer geventileerd worden, omdat anders de grenswaarde van 3000 ppm snel wordt overschreden.
Afbeelding 1: Gaskanon met directe verbranding
Bij verwarmingsapparatuur met indirecte verbranding worden de uitlaatgassen via een schoorsteen naar buiten afgevoerd. Er komen geen schadelijke gassen in de stal, waardoor het minimum luchtdebiet aanzienlijk wordt verlaagd. Door over te schakelen op verwarmingssystemen met indirecte verbranding wordt in de praktijk ongeveer 20% bespaard op de stookkosten. Hetzelfde geldt voor warmwaterboilers.
Afbeelding 2: Gasverwarmingstoestel met indirecte verbranding
Ventilatiesysteem
CO2 is zwaarder dan lucht en hoopt zich op in het vloeroppervlak van de stal. Bij hoge concentraties kan CO2 zuurstof verdringen; het moet daarom met een geschikt ventilatiesysteem worden afgevoerd. Zijventilatie is in onze breedtegraden het meest comfortabele ventilatiesysteem: frisse lucht stroomt gelijktijdig en gelijkmatig over de hele lengte van de stal naar binnen, waarbij de luchtstralen een zo groot mogelijk deel van de stal moeten vullen. Op die manier kunnen zowel de waterdamp die door de dieren wordt geproduceerd als de koolstofdioxide via de ventilatie afgevoerd worden.
Afbeelding 3: Zijventilatie door middel van luchtinlaatventielen in de wand en schoorstenen op het dak
Om de ventilatiesnelheid optimaal aan te passen aan de behoeften van de dieren, wordt tegenwoordig gebruik gemaakt van de modernste klimaatcomputers. Zij regelen de noodzakelijke ventilatiebehoefte in de stallucht, afhankelijk van temperatuur, luchtvochtigheid en CO2- en NH3-niveaus. Hiervoor zijn verschillende sensoren beschikbaar; deze zijn verantwoordelijk voor het meten en controleren van veranderingen in de stallucht. Sensoren vormen de basis van computergestuurde klimaatregeling.
Afbeelding 4: De CO2-sensor moet in de stalruimte worden geïnstalleerd
CO2-toename als oorzaak van klimaatverandering
Wegens de versterking van het broeikaseffect als gevolg van een teveel aan koolstofdioxide in de atmosfeer, besloot de Duitse regering in mei vorig jaar om op fossiele brandstoffen een CO2-belasting te heffen. In januari 2021 ging deze maatregel in.
Sindsdien worden de leveranciers van fossiele brandstoffen in de verwarmingssector, d.w.z. de gas- of elektriciteitsleveranciers, officieel belast via een systeem van certificaten. Zij berekenen de uitgegeven CO2-belasting door aan de commerciële of particuliere eindverbruikers. Dit gebeurt door middel van toeslagen op de elektriciteits- en gasprijzen die moeten worden betaald. De prijs voor emissies per ton CO2 zal geleidelijk stijgen van de huidige 25 euro/ton tot 55 euro/ton in 2025. Aangenomen mag worden dat de belasting in de daaropvolgende jaren zal blijven stijgen.
Tabel 1: CO2-belasting per uitgestoten ton in Duitsland | *nog niet definitief besloten
Voor een veehouder met 42.000 dieren die een verwarmingssysteem met directe verbranding gebruikt en zelfs op koude en natte dagen veel waarde hecht aan droog strooisel, kan dit de volgende gevolgen hebben:
Tabel 2: Extra kosten als gevolg van de CO2-belasting |
*veronderstelde prijs voor aardgas: 4,1 ct/kWh | ** 1 kWh aardgas stoot 0,202 kg CO2 uit
Uit tabel 2 blijkt dat een aanzienlijke belastingdruk te verwachten is.
Technologieën die de CO2-uitstoot verminderen, bestaan al geruime tijd en verdienen zichzelf binnen een paar jaar terug. Naast het gebruik van afvalwarmte van biogasinstallaties in de vorm van warmwaterverwarmingssystemen, zijn warmtewisselaars een mooi voorbeeld hiervan.
Benutten van besparingspotentieel
Zoals al eerder aangegeven, zijn gasverwarmingstoestellen met indirecte verbranding of warmwaterverwarmingssystemen een eerste stap in de richting van een vermindering van de stookkosten en dus van de CO2-uitstoot. Door de ventilatiesnelheid te verlagen – vooral bij minimumventilatie – besparen kuikenmesters uiteindelijk zo’n 20% op hun stookkosten. Dit levert een nettobesparing op van € 5.200 per jaar. De CO2-belasting opgeteld over vijf jaar daalt met € 6.000.
Momenteel bieden warmtewisselaars het grootste potentieel voor besparingen op stookkosten. Het werkingsprincipe van deze apparaten is gebaseerd op de terugwinning van thermische energie die aanwezig is in de lucht die uit de stal wordt afgevoerd.
Een voorbeeld hiervan is de warmtewisselaar Earny 2 van Big Dutchman, die werkt op basis van het kruisstroomprincipe: warme stallucht en koude verse lucht stromen gelijktijdig door een wisselelement, zonder dat ze daarbij met elkaar in contact komen. Een geïntegreerde filtereenheid zorgt ervoor dat alleen schone afvoerlucht de warmtewisselaar binnenkomt.
Resultaat: Earny verwijdert tot 99% van het stof. De voorverwarmde verse lucht stroomt in een cirkel en wordt verdeeld over de hele stal, ondersteund door verschillende recirculatieventilatoren.
Een praktijkproef op lange termijn die in 2015 in Duitsland gedurende acht mestrondes werd uitgevoerd, leverde een besparing op van 44%. Hierbij werden twee identieke kippenstallen met indirecte verwarming met elkaar vergeleken; één stal werd verwarmd zonder warmtewisselaar, de tweede door middel van een Earny – en deze verbruikte 20.500 m³ minder gas. De proef is terug te lezen op de website van Big Dutchman: “We bespaarden 9000 euro” (DGS Magazin 49/2015).
Naast een verbeterd stalklimaat en verminderde ammoniak-, geur- en stofemissies resulteert dit, afhankelijk van het model warmtewisselaar, in een verlaging van de stookkosten tot 60%. De terugverdientijd is ongeveer vier jaar; wie middelen van het Duitse Ministerie van Voedsel en Landbouw ontvangt voor de ”bevordering van energie-efficiëntie in de landbouw” zal zijn besparingsdoelstelling veel sneller bereiken.
Afbeelding 5: Warmtewisselaar Earny 2 met DLG-certificaat
Afbeelding 6: Luchtverdeling in de stal bij gebruik van een warmtewisselaar
Tabel 3 illustreert het grote potentieel: als een stal wordt uitgerust met indirecte verwarming en daarna een warmtewisselaar wordt geïnstalleerd, kunnen veehouders € 84.500 besparen op de totale kosten. Bovendien leveren ze zo een belangrijke bijdrage aan de bescherming van het klimaat, aangezien ze per jaar 70 ton minder CO2 in het milieu uitstoten.
Tabel 3: Vergelijking van de stookkosten bij gebruik van indirecte verwarming en een warmtewisselaar voor een Duitse vleeskuikenstal met 42.000 dieren |
* veronderstelde prijs aardgas: 4,1 ct/kWh | ** 1 kWh aardgas stoot 0,202 kg CO2 uit | *** afgerond
Conclusie:
Een investering in energiebesparende technologieën heeft een viertal positieve gevolgen:
- gezondere dieren en betere vetmesting dankzij een beter stalklimaat,
- vermindering van de CO2-uitstoot door besparing van verwarmingsenergie,
- aanzienlijk lagere stookkosten door modernisering van het verwarmingssysteem en gebruik van een warmtewisselaar en
- bijdrage aan de bescherming van het klimaat.
Axel Schulz en Janett Peschel, Big Dutchman International GmbH
Gepubliceerd in DGS 26/2021