CO₂-Überwachung in der Nutztierhaltung: längst überfällig
Die Aufrechterhaltung einer gesunden Umgebung ist in der Viehzucht essenziell, doch ein entscheidender Faktor wird oft übersehen: die Kohlendioxidwerte. Während Temperaturüberwachungssysteme seit Jahren zum Standard gehören, bleibt die Überwachung von CO2-Werten häufig unberücksichtigt. In der MA-Arbeit 2024 von Bregtje Jacobs an der KU Leuven werden unsere Befürchtungen bestätigt: Die CO2-Überwachung in der Viehhaltung ist längst überfällig.
KBC, Boerenbond und KU Leuven
Für diese Masterarbeit haben sich mehrere führende Unternehmen zusammengetan, um herauszufinden, welches Puzzleteil in der Viehzucht noch fehlt.
- KBC ist eine belgische Bank und Versicherungsgesellschaft, die sich auch auf die landwirtschaftliche Versicherung spezialisiert hat.
- Boerenbond (wörtlich: Bauernverband) ist der flämische Bauernverband, der sich für die Interessen der Landwirte einsetzt.
- KU Leuven (wörtlich: Katholische Universität Leuven) ist eine belgische Universität, die historisch mit landwirtschaftlicher Forschung verbunden ist.
Auch Crodeon beteiligte sich an der Studie; wir stellten den Reporter und Sensoren als Messequipment zur Verfügung.
Das Ziel der Forschung
„Diese Studie zielt darauf ab, die Leser auf die Mängel bestehender Klimaüberwachungs- und Steuerungssysteme aufmerksam zu machen. Der Versuch testete ein Überwachungs- und Alarmsystem [Reporter], das unabhängig vom bestehenden Klimasteuerungssystem arbeitet.“ - Jacobs, 2024
Die Forschung zeigt, dass bestehende Alarmsysteme sich hauptsächlich auf die Temperaturüberwachung in der Viehzucht konzentrieren. Der Parameter CO2 wird oft vernachlässigt, obwohl er mindestens genauso wichtig, wenn nicht sogar noch entscheidender ist.
Eine langfristige Belastung mit Kohlendioxidkonzentrationen über 3000 ppm (parts per million) führt zu gesundheitsschädlichen Bedingungen für das Vieh. Dies hat oft zur Folge, dass die Tiere krank und unterentwickelt sind und der Landwirt sie nicht mit dem gewünschten Gewinn verkaufen kann. Hühner, die einer CO2-Konzentration von 12000 ppm ausgesetzt waren, wogen im Alter von vier Wochen 8 % weniger als ihre Artgenossen, die unter gesünderen CO2-Werten aufwuchsen.
7 Monate Forschung
Um Daten zu sammeln, wurde der Reporter in neun belgischen Betrieben installiert – drei Geflügelfarmen und sechs Schweinefarmen. Das Mess- und Überwachungssystem war mit vier Crodeon Mehrparameter-CO2-Sensoren (Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxid) ausgestattet.
Vom 17. Juli 2023 bis zum 8. März 2024 wurden die Farmen überwacht. Die gesammelten Daten wurden in die Crodeon Cloud gestreamt und konnten über das Crodeon Dashboard eingesehen werden. Über das Dashboard konnte der Reporter so konfiguriert werden, dass Alarme gesendet wurden, sobald ein festgelegter Schwellenwert eines Parameters überschritten wurde. Für die Viehzucht sind die wichtigsten Parameter Kohlendioxid und Temperatur.
Überschrittene CO2-Grenzwerte – ohne Ausnahme
Die gesetzliche CO2-Grenze in der Viehzucht liegt bei 3000 ppm, gemessen in Atemhöhe der Tiere. Zum Vergleich: Frische Außenluft enthält etwa 400 ppm CO2. Da Kohlendioxid schwerer als Sauerstoff ist, sammelt es sich eher in Bodennähe, anstatt nach oben zu steigen. Wenn die Luft in der Atemhöhe der Tiere zu viel Kohlendioxid und andere schädliche Gase enthält und gleichzeitig zu wenig Sauerstoff, ist Erstickung unvermeidlich.
Abbildung 1 ‘Varkens’ (Schweine) zeigt den CO2-Bereich, der in den sechs Schweinefarmen während des Experiments gemessen wurde. Die rote Linie stellt die Grenze von 3000 ppm dar. Wie zu sehen ist, überschritten alle Betriebe diesen Grenzwert mindestens einmal während des Experiments, wobei ein Spitzenwert sogar über 9000 ppm lag – das Dreifache des gesetzlichen Limits.
Abbildung 2 ‘Pluimvee’ (Geflügel) zeigt den CO2-Bereich, der in den drei Geflügelfarmen während des Experiments gemessen wurde. Die rote Linie stellt erneut die 3000-ppm-Grenze dar. Wie erkennbar ist, überschritten auch hier alle Farmen diesen Grenzwert mindestens einmal während des Experiments, mit einem Spitzenwert nahe 9000 ppm – fast das Dreifache des gesetzlichen Limits.
Nicht nur birgt eine hohe Kohlendioxidkonzentration Erstickungsrisiken, die zum Tod führen können, sondern sie verursacht auch eine Verschlechterung der Fleischqualität sowie Verhaltensänderungen bei den Tieren (wie Kannibalismus und andere Formen von Aggression).
Minimierte Belüftung bei kälterem Wetter
Alle untersuchten Farmen schnitten hinsichtlich des CO2-Managements schlecht ab, sobald die Außentemperaturen sanken. In Geflügelfarmen überschritt die Kohlendioxidkonzentration die gesetzliche Grenze von 3000 ppm, sobald die Temperaturen unter 10-15°C fielen. In Schweinefarmen geschah dies bereits bei Außentemperaturen von 0-5°C. Der Grund? Die Belüftung wurde minimiert, um die Wärme in den Ställen zu bewahren.
Ein weiterer Grund war die Notwendigkeit, sehr junge Küken in ihren ersten Lebenswochen warm zu halten. Zu diesem Zweck verwenden Landwirte häufig kraftstoffbetriebene Heizgebläse (Wärmekanonen). Diese Wärmequellen funktionieren durch die schnelle Verbrennung fossiler Brennstoffe in Kombination mit einem leistungsstarken Ventilator. Diese offenen Feuerquellen führen direkt zu höheren CO2-Konzentrationen in den Ställen.
Belüftungsausfälle
Während des Experiments kam es zu drei separaten Belüftungsausfällen. Dies führte zu interessanten Daten, die die reale Gefahr eines fehlerhaften Belüftungssystems in Schweine- und Geflügelställen verdeutlichen. In allen Fällen hatte das temperaturbasierte Alarmsystem den Belüftungsausfall noch nicht registriert.
| Datum | Dauer in Minuten | Gesamter Temperaturanstieg in °C | Gesamter CO2-Anstieg in ppm |
| 31. August 2023 (Abbildung 3) | 36 | 3,8 | 5945 |
| 10. September 2023 | 22 | 1,7 | 3146 |
| 11. September 2023 | 21 | 2 | 2589 |
Innerhalb von 30 Minuten stieg die CO2-Konzentration im Stall von 2000 ppm auf fast 9000 ppm. Die Innentemperatur hingegen erhöhte sich in diesem Zeitraum kaum. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur die Alarmgrenzen eines herkömmlichen Systems überschritten hätte, wären die Tiere wahrscheinlich bereits aufgrund von Sauerstoffmangel verendet.
„Bei hohen Konzentrationen erleben Tiere Schwindel und Bewusstlosigkeit, während bei sehr hohen Konzentrationen (30.000 ppm) Erstickungstod eintreten kann.“ - Buoio et al., 2023
Vergleicht man die Daten aller drei Fälle, lässt sich feststellen, dass pro Anstieg um 1000 ppm die Temperatur nur um 0,54-0,77°C zunahm. Hochgerechnet auf einen Anstieg um 28.000 ppm (zusätzlich zum üblichen Basiswert von 2000 ppm CO2) würde dies bedeuten, dass lediglich eine Temperaturerhöhung um 15-22°C erforderlich wäre, um den tödlichen Wert von 30.000 ppm zu erreichen.
Abbildung 3, Belüftung am 31. August 2023.
Fazit
Die Überwachung der Kohlendioxidkonzentration in landwirtschaftlichen Betrieben ist längst überfällig. Bei Belüftungsausfällen steigen die Temperaturen deutlich langsamer als die CO2-Konzentrationen. Herkömmliche Überwachungssysteme, die ausschließlich die Temperatur als Alarmparameter nutzen, reagieren langsamer als ein Alarmsystem, das (zusätzlich) die CO2-Werte in ppm misst. Wenn ein traditionelles temperaturbasiertes Alarmsystem eine Warnung ausgibt, sind die Tiere bereits über einen längeren Zeitraum hohen CO2-Konzentrationen ausgesetzt.
Extrem hohe Kohlendioxidwerte (30.000 ppm) sind tödlich. Hohe Konzentrationen beeinträchtigen die allgemeine Gesundheit der Tiere, führen zu einem geringeren Körpergewicht im Schlachtalter und mindern die Qualität des Endprodukts.
Reporter ist ein Plug-and-Play-Überwachungsmodul, das mit CO2-Sensoren kompatibel ist, um die CO2-Konzentration in einem Tierstall zu messen und zu überwachen. Das Modul kann über das Crodeon Dashboard so konfiguriert werden, dass es Alarmmeldungen sendet, sobald ein voreingestellter Grenzwert für einen Parameter (z. B. Kohlendioxid) überschritten wird.
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Quellen
- Jacobs, B. (2024). Prävention von Hitzestress und Erstickung bei Masthühnern und Mastschweinen [MA-Thesis]. KU Leuven.
- Buoio, E., Cialini, C., & Costa, A. (2023). Air quality assessment in pig farming: The Italian Classyfarm. Animals, 13(14), 2297. https://doi.org/10.3390/ani13142297
