Fijn stof, ammoniak en broeikasgassen in vleesvarkensstallen: meetstrategieën, binnenluchtconcentraties en emissies

De varkenssector draagt voor een deel bij tot de uitstoot van fijn stof, ammoniak en broeikasgassen. ILVO heeft, ondermeer met een doctoraatsonderzoek, een belangrijke stap gezet in het meten en karakteriseren van deze problematiek. Er zijn luchtmetingen uitgevoerd die toelaten om Vlaanderen (de emissies uit de Vlaamse varkensstallen) te vergelijken met het buitenland, en om uitspraken te doen over de arbeidsrisico’s die de varkensboeren hier oplopen. En er zijn voorzichtige aanwijzingen rond de prestaties van zogenaamde emissiearme stalsystemen.

Cijfers van de Vlaams Milieu Maatschappij (2011) situeren de veeteelt, en in casu de varkensteelt, binnen de totale emissiedata voor Vlaanderen:  Wat fijn stof betreft, rekening houdend met de grootte van de deeltjes, is de veeteelt verantwoordelijk voor 12 % van de PM10 en voor 4.7% van de nog fijnere PM2.5. Meer dan de helft daarvan – voor PM10 58% en voor PM2.5 53%- is afkomstig van de varkenshouderij. 83 % van de ammoniakuitstoot in Vlaanderen is afkomstig van de veeteelt. Iets meer dan de helft (55%) daarvan komt meerbepaald uit de varkenshouderij. Bij de broeikasgasemissies in Vlaanderen komt 4 % uit de veeteelt, waarvan 37 % uit de varkenshouderij.

Deze cijfers zijn voor ILVO een reden om kennis op te bouwen rond vleesvarkensstallen en hun invloed op de luchtkwaliteit. ILVO onderzoekster Nele Van Ransbeeck heeft als startpunt een aangepaste en verkorte (dus haalbare) meetstrategie ontwikkeld. Deze is in de praktijk getest in twee soorten stallen, conventionele en emissiearme. De ILVO metingen nuanceren de internationale en door Vlaanderen gehanteerde cijfers (de MER richtlijnen en de VMM schattingen) rond varkens & emissie zowel in de positieve als de negatieve zin. ILVO komt op lagere scores uit in de  PM10  stofdeeltjes dan de internationale studies. Vergeleken met de cijfers uit de emissie-inventaris van de VMM (2011), liggen de ILVO metingen voor PM2.5 10 keer lager en voor PM10 3 keer lager. Voor PM2.5  zijn vergelijkbare cijfers gevonden als in Nederland. De emissie van lachgas (N2O) zit volgens ILVO vier keer hoger dan het cijfer in de emissie-inventaris van de VMM. Ammoniak (NH3) en methaan (CH4) lag in dezelfde grootteorde als in de  VMM emissie-inventaris. Meer uitgebreide Europese metingen zijn aangewezen om de werkelijke peilen te bepalen. Nele Van Ransbeeck heeft een extrapolerende schatting kunnen maken van de totale stalemissies uit de vleesvarkenssector voor Vlaanderen. De sector produceert jaarlijks 8160 ton ammoniak (NH3). De twee belangrijkste broeikasgassen komen uit op:  629 ton lachgas (N2O) en 42.452 ton methaan (CH4). Alle varkens samen ademen naar schatting 1.714.392 ton CO2 (koolstofdioxide) per jaar uit.

Er zijn ook conclusies getrokken op vlak van arbeidsrisico’s: die blijven min of meer binnen de limieten van de Belgische wetgeving, maar de in de literatuur aanbevolen waarden worden wel overschreden. De onderzoekers vinden het verstandig om zich als varkensboer beter te beschermen tegen het aanwezige fijn stof en de ammoniak in de stal.

Het doctoraat van Nele Van Ransbeeck heeft de basiskennis over concentraties en emissies van fijn stof, ammoniak en broeikasgassen in elk geval opgekrikt naar een hoger niveau.

 

Een sector met invloed

 De varkenshouderij is van groot economisch belang, zowel mondiaal als in Vlaanderen. In 2011 waren er ongeveer 6,4 miljoen varkens in België, waarvan 94% in Vlaanderen. De Vlaamse varkenshouderij heeft een totale productiewaarde van 1,38 miljard euro. Vandaag is varkensvlees nog steeds het meest geconsumeerde vlees in ons land. Echter, de milieueffecten zijn een internationaal erkende problematiek. Door de overvloedige productie van mest (rijk aan ammoniak) neemt de concentratie van mineralen in grond- en oppervlaktewater toe. Dit proces van eutrofiëring draagt bij tot de verzuring van water en bodem en, op termijn, tot de opwarming van de aarde. Daarnaast krijgen gezondheidsproblemen gerelateerd aan de fijn stofconcentraties in de lucht meer en meer aandacht. Er is een groeiend besef van de belangrijke invloed van de emissies uit de veehouderij op de luchtkwaliteit. Zo worden er verschillende emissieplafonds geïntroduceerd in het kader van  Europese richtlijnen.

Meten, maar hoe?

Het doel van het onderzoek van Nele Van Ransbeeck was in de eerste plaats  de kennishiaten rond luchtkwaliteit in en emissies uit onze varkenstallen in te vullen. Het onderzoek was tweeledig: Ten eerste het opstellen van een verkorte meetprocedure en een gepaste meettechniek voor fijn stof (PM1, PM2.5 en PM10, waarbij het getal na PM (= particular matter) de mediaan ‘aerodynamische diameter’ van de deeltjes aanduidt), ammoniak en broeikasgassen (N2O, CH4 en CO2) in deze stallen. Ten tweede het meten van de luchtkwaliteit in de stal (concentraties: gehaltes van elke polluent per m³) en erbuiten (hoeveelheid emissie van elke polluent per jaar en per dierplaats die in de lucht wordt gestoten). Op basis daarvan zijn evaluaties te maken van de arbeidsveiligheid (kwaliteit van de lucht in de stal) en van de emissiefactoren (luchtvervuiling). De tools zijn nu aanwezig om verder op zoek te gaan naar strategieën om de emissies uit veestallen te reduceren.

Met de emissiemetingen berekende ILVO de emissiefactoren (hoeveelheid per jaar per dierplaats) zodanig dat er correcte te vergelijken valt met gelijkaardige studies in het buitenland. In totaal werden er zes vleesvarkensstallen bemonsterd gedurende twee mestperiodes.

De continue meting van fijn stof, ammoniak en broeikasgassen in varkensstallen is een dure onderneming. De combinatie van een hoge relatieve luchtvochtigheid met hoge concentraties aan fijn stof en ammoniak, zorgt er bovendien voor dat weinig meettoestellen geschikt zijn in deze omstandigheden. Daarom werd in het eerste deel van het onderzoek gezocht naar een geschikte meettechniek en een verkorte meetprocedure om de binnenluchtkwaliteit en emissies van een vleesvarkensstal te bepalen. Daarnaast werd ook een unieke meetopstelling ontwikkeld (Fig. 1) die toeliet de verschillende polluenten tussen de varkens te meten, en dit zowel op dierhoogte als op menshoogte. Om deze meetprocedure te ontwikkelen werden de variaties in ruimte en tijd van fijn stof en de verschillende gassen in de stal onderzocht. Hieruit bleek dat de concentraties in de stal sterk fluctueren binnen een dag en binnen een mestronde. Zo kon voor fijn stof een duidelijk dagpatroon vastgesteld worden waarvan in de literatuur geweten is dat dit gerelateerd is aan de activiteit van de varkens.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 1 Meetopstelling fijn stofmetingen op menshoogte

Tijdens het tweede deel van dit onderzoek werd de ontwikkelde meetstrategie toegepast in verschillende conventionele vleesvarkensstallen (mechanisch geventileerd, volledige roostervloer) en in één ammoniakemissiearme stal (AEA systeem V4.7). Dat is een stal met een verkleind emissieoppervlak in de mestput.

Tijdens deze studie bleek dat de geteste AEA stal, in vergelijking met de conventionele stallen, ongeveer 30% minder NH3 (ammoniak) en PM1 emitteerde. De andere emissies waren vergelijkbaar tussen beide stalsystemen. In principe dient een AEA stal voor 50% emissiereductie te zorgen. Deze vereiste werd dus voor deze (ene) geteste stal niet gehaald. Om algemene conclusies te trekken over AEA stallen is de basis voorlopig te smal.

De gemiddelde fijn stof concentraties voor de conventionele stallen bedroegen 15,0; 38,9 en 719 mg m-3 voor respectievelijk PM1, PM2.5 en PM10. Terwijl deze voor de ammoniakemissiearme (AEA) stal respectievelijk 14,2; 41,2 en 595 mg m-3 bedroegen. De gemiddelde binnenconcentraties voor de conventionele stallen waren 18,7; 0,82; 128 en 2034 ppm voor respectievelijk NH3, N2O, CH4 en CO2. Voor de ammoniakemissiearme stal bedroegen deze concentraties respectievelijk 16,3; 0,73; 164 en 2156 ppm. De emissiefactoren (EF) van de conventionele stallen waren 3,4; 7,8 en 99,9 g jr-1d-1 voor respectievelijk PM1, PM2.5 en PM10, terwijl de EF voor de gassen 2,2 kg jr-1d-1 voor NH3, 154 g jr-1d-1 voor N2O, 10,4 kg jr-1d-1 voor CH4 en 420 kg jr-1d-1 voor CO2 bedroegen. Voor de AEA stal waren de EF 2,3; 7,3 en 85,3 g jr-1a-1 voor respectievelijk PM1, PM2.5 en PM10, terwijl voor de gassen 1,6 kg jr-1d-1 voor NH3, 136 g jr-1d-1 voor N2O, 19,5 kg jr-1d-1 voor CH4, en 545 kg jr-1d-1 voor CO2.

De variatie tussen de conventionele stallen was groot, en dit zowel voor de binnenconcentraties als de emissies. De gemiddelde binnenconcentraties van de gemeten conventionele stallen lagen over het algemeen hoger dan deze uit gelijkaardige internationale studies. De emissiefactoren daarentegen waren over het algemeen bij de laagste gemeten op internationaal niveau.

Het ziet er naar uit dat de vigerende aannames waarop de MER richtlijnen zijn gebaseerd, genuanceerd kunnen worden op basis van nieuwere en meer uitgebreide data. Vergeleken met de emissiefactoren zoals vooropgesteld in de Vlaamse MER richtlijnen, constateerde ILVO beduidend lagere emissiefactoren voor PM10 en PM2.5 (zowel voor de conventionele stallen als voor de ammoniakemissiearme stal).  Ook de emissiefactor voor ammoniak (NH3), die in de MER richtlijnen momenteel 3.5 kg jr-1d-1 bedraagt, werd lager ingeschat in de ILVO metingen. De ammoniakemissiefactor van de emissiearme stal lag hoger dan deze vooropgesteld in de MER, nl. 1.2 kg jr-1d-1. Maar de emissiefactoren voor het AEA V4.7 stalsysteem zijn slechts gebaseerd op 1 gemeten stal.  Dat is te weinig voor een algemene en zekere conclusie over AEA stallen.

Totaalcijfers voor het aandeel van de varkenssector in fijn stof en broeikasgassen

Ook hier ziet het er naar uit dat de vigerende aannames waarop de VMM berekeningen zijn gebaseerd, genuanceerd kunnen worden op basis van nieuwere en meer uitgebreide data.

Berekeningen op basis van de gedetailleerde metingen gedurende twee volledige mestrondes in 6 vleesvarkensstallen leveren nauwkeurige inschattingen op van de totale hoeveelheid emissie per jaar in de hele vleesvarkenssector (alle stallen) in Vlaanderen. De geschatte totale emissie voor PM1, PM2.5 en PM10 bedroegen respectievelijk 14, 31 en 398 ton per jaar. Voor NH3, N2O, CH4 en CO2 bedroegen deze respectievelijk 8160, 629, 42.452 en 1.714.392 ton per jaar. Vergeleken met de stalemissiecijfers uit de emissie-inventaris van de VMM (2011), lag de door ILVO geschatte waarde voor PM2.5 10 keer lager en voor PM10 3 keer lager. Onze geschatte totale stalemissie voor NH3 en CH4 lag in dezelfde grootteorde als deze van de VMM emissie-inventaris. Verder lag onze geschatte N2O-emissie (lachgas) vier keer hoger dan deze uit de emissie-inventaris van de VMM. Voor PM1 en CO2 zijn er bij de VMM geen stalemissiecijfers gekend.

Arbeidsrisico’s voor varkenshouder en veearts

Er werden metingen uitgevoerd (Fig. 2) tijdens verschillende activiteiten in de stal om de persoonlijke arbeidsrisico’s te kunnen inschatten. De hoogste stofconcentraties werden gemeten bij het scheppen van voeder, het manueel voederen en de bloedafnames. De bekomen resultaten werden vergeleken met de aanbevolen TWA (gemiddelde blootstelling gedurende een werkdag van 8 uur) en STEL (maximale blootstelling gedurende 15 minuten) limieten. In de Belgische wetgeving werd voor inhaleerbaar stof (totaal stof) een TWA waarde vastgesteld op 10 mg/m³. Voor respirabel stof (zeer fijn stof dat tot de diepste longblaasjes doordringt- de grens ligt op PM4.25 ) bedraagt deze waarde 3 mg/m³. In de wetenschappelijke literatuur stelt men echter dat deze waarden specifiek voor de veehouderij veel lager zouden moeten liggen om de gezondheid van de varkenshouder niet te schaden, namelijk op 2,4 mg/m³ voor inhaleerbaar en 0,23 mg/m³ voor respirabel stof. De daggemiddelde blootstelling voor de veehouder werd in ons onderzoek geschat op 6,0 en 0,29 mg/m3 voor respectievelijk inhaleerbaar en respirabel stof. De blootstelling voor de veearts werd geschat op respectievelijk 10,6 en 0,74 mg/m3 voor deze twee fracties. Hieruit blijkt dat, hoewel de limieten van de Belgische wetgeving nauwelijks werden overschreden, er toch een probleemsituatie kan optreden in het licht van de gesuggereerde waarden in de literatuur. Voor ammoniak (NH3) werden de TWA- en STEL-waarden van respectievelijk 20 en 50 ppm niet overschreden. Hierbij moet worden opgemerkt dat een overschrijding wel mogelijk is tijdens de winterperiode. Ook hier geldt dat de strengere limieten die worden teruggevonden in de literatuur (7 ppm), echter werden overschreden voor NH3. De CO2 TWA-waarde werd niet overschreden, en ook voor N2O en CH4 werden geen limieten overschreden. We kunnen concluderen dat maatregelen zoals persoonlijke beschermingsmiddelen tegen stof- en ammoniakblootstelling noodzakelijk zijn.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Figuur 2 Persoonlijke bemonstering van fijn stofconcentraties om de blootstelling te meten voor de varkenshouder.

 

Meer info:

Peter Demeyer, Eenheid Technologie en Voeding  Peter.Demeyer@ilvo.vlaanderen.be