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RESPilage

Gasemissionen und Atmungsverluste an der Silageanschnittfläche:
Eine umfassende Studie mit neuartigen In-Situ-Sensoren und Datenmodell-Fusion

PROJEKTBESCHREIBUNG

Für die Fütterung von Wiederkäuern und die Biogasproduktion werden weltweit große Mengen an Silage verwendet. Die Gasaustausch-Prozesse an der geöffneten Silage bei der Entnahme sind in ihrer Dynamik nach wie vor wenig erforscht. Diese Erkenntnisse haben jedoch direkten Einfluss auf die Beurteilung der Silagequalität (Verderb als Folge aerober mikrobieller Aktivität) und die Bewertung der hiervon ausgehenden Umweltwirkungen (Klimagasemissionen). Hierzu wird eine grundlegende und umfassende Studie durchgeführt, die sich auf beide Themen konzentriert, zum einen die Oxidationsrate und die Energieverluste an der Silageanschnittfläche und zum anderen die Emission von klimarelevanten (Treibhaus-)Gasen. Dabei sollen zwei neuartige, automatisierte Multisensorsysteme zur Erfassung und Zuordnung der Gasemission aus der Silage verwendet werden. Die beiden üblichen Silage-Formen werden berücksichtigt: Flachsilos für Maissilage und Rundballen für Weidelgras-, Luzerne- und Maissilage. Die positive oder negative Wirkung chemischer und biologischer Zusatzstoffe (Siliermittel) auf die Verderbsprozesse und die Gasemission aus der Silage soll ebenfalls untersucht werden. Durch digitale Signalverarbeitung wird das freigesetzte CO2 in zwei Quellen aufgeteilt, einerseits die vorhandenen Mengen, welche sich während des vorausgegangenen anaeroben Silierprozesses in der Silage gebildet haben und sich im Material angereichert haben, und andererseits die neu gebildeten Mengen, welche im Zuge der mikrobiellen, aeroben Prozesse an der Anschnittfläche entstehen. Während die erste Quelle eine abklingende Funktion aufweist, überdeckt sie zu Beginn der Messungen die zweite Quelle, die den eigentlichen oxidativen Prozess beschreibt und mit den Energieverlusten der Silage einhergeht. Unter Verwendung dieser neuen Erkenntnisse werden wir das häufig verwendete Pitt-Muck-Modell aktualisieren und anpassen, welches den CO2-Fluss von der geöffneten Seite eines Flachsilos simuliert. Mit Hilfe eines Datenmodell-Fusionsansatzes soll das Pitt-Muck-Modell so erweitert werden, dass die in-situ-Messungen aus Experimenten (auf verschiedenen Untersuchungsbetrieben) mit den numerischen Ergebnissen validiert und kombiniert werden können.

 

Gas emission and respiratory losses during feed-out of silage: a comprehensive study using novel in situ smart-sensors and data-model fusion

 

PROJECT DESCRIPTION

Livestock feeding and biogas production consume large amounts of silage. However, the gas emission of silage respiration during feed-out remains poorly characterized. This information may be directly applicable to assessment of silage degradation and to determination of its detrimental impacts on environmental quality. Here a fundamental and comprehensive study will be conducted focusing on both issues, oxidative rate/energy loss and greenhouse (and precursor) gas emissions, using two novel, automated multi–sensor systems to capture and decompose the signals of gas emission from silage. Two common types of silage management, bunker silos of maize silage and round bales of ryegrass, alfalfa and maize, will be assessed in situ. The positive or negative effect of chemical and biological additives on gas emission from silage will also be investigated. Digital signal processing will be used to partition CO2 into two pools, one accumulated in the silage during previous anaerobic phases and one produced real-time after opening of the silage. The former part is a noise signal and the latter part, resulted from the aerobic respiration of microorganism, directly reflects the oxidative rate/energy loss of the feed-out silage. Using these novel data, we will update/extend the commonly used Pitt-Muck model to simulate CO2 flux from the open face of a bunker silo, and use a data-model fusion approach to compare and reconcile the in situ measurements from on-farm experiments with the numerical results.

 

PROJEKTGRUPPE / PROJECTGROUP

  • Prof. Dr. agr. habil. W. Büscher (Projektleiter)
  • Prof. Dr. Dr. h.c. Yurui Sun
  • Dr. Gerd-Christian Maack
  • Dr. Guilin Shan
  • Hauke F. Deeken

VERSUCHSAUFBAU / EXPERIMENTAL SETUP

RESPilage_Aufbau      

PROJEKTFÖRDERUNG / PROJECT PROMOTION

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Projektnummer: 449744781

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