DLG e.V. - Test VAN-CONTROL 2.0

Ammoniak-Messsystem „NH3-Stable” DLG-Anerkannt-Einzel­kriterien-Test „Inhaltsstoffe in Rindergülle, in Schweine­gülle und in flüssigem Gärrest“

Beurteilung – kurz gefasst

Aufgrund der erzielten Ergebnisse wird dem mobilen NIR Sensor „ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0“ das DLG-Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzelkriterien“ bei der Messung von Inhaltsstoffen in flüssigen Wirtschaftsdüngern für die in der nachfolgende Tabelle 1 aufgeführten Parameter verliehen.

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Tabelle 1: Anerkannte Parameter

Gülleart Inhaltsstoff
Rindergülle Trockenmasse (TM)
Gesamtstickstoff (NGesamt)
Ammoniumstickstoff (NH4-N)
Kaliumoxid (K2O)
Schweinegülle Trockenmasse (TM)
Gesamtstickstoff (NGesamt)
Kaliumoxid (K2O)
Flüssiger Gärrest Trockenmasse (TM)
Gesamtstickstoff (NGesamt)
Ammoniumstickstoff (NH4-N)
Kaliumoxid (K2O)

Das Produkt

Beschreibung und Technische Daten

Das ZUNHAMMER VAN-CON­TROL 2.0 Messsystem ist ein für die Inhaltsstoffanalyse von orga­nischen Substanzen, wie z.B. tierischem Wirtschaftsdünger und Gärsubstraten entwickeltes Nah-Infrarot-Messsystem. Das ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0 wird dafür in das vorhandene Rohrsystem der Pumpstation oder des Gülletankwagens integriert. Um eine fehlerfreie Funktionalität des Sensors zu gewährleisten, sind bei der Installation die vom Hersteller vorgegebenen Einbau­lagen zu beachten.

Verfahren der Nah-Infrarot-Messung (siehe Bild 2)

Bei der NIR Analyse wird durch ein Saphirfenster (5) die vorbei­strömende Gülle mit Infrarotlicht (gelber Strahl) aus einer integrierten Lichtquelle (1) bestrahlt. Teile des Lichts werden durch die Probe absorbiert und das restliche Licht reflektiert. Der reflektierte Anteil wird von einer Auswerteeinheit (2) detektiert und in sein Wellenlängenspektrum zerlegt. Anschließend wird das detektierte Spektrum in elektrische Signale gewandelt. Die so gewonnenen Daten werden in einem Micro­computer (4) verarbeitet. Durch die Datenberechnung im hinter­legten Kalibriermodell werden in kurzen Intervallen die Messwerte erzeugt und können angezeigt werden. Zur Kompensation von temperaturabhängigen Verschiebungen des Spektrums führt das System regelmäßig Weiß- und Dunkelreferenzierungen durch. Hierüber ist das System in der Lage, über einen weiten Tempe­raturbereich präzise Sensorwerte zu liefern.

Der Messvorgang erfolgt konti­nuierlich an dem vorbeiströmenden Wirtschaftsdünger. Im Messmodus werden sekündlich Messwerte ausgegeben. Je nach Bedarf können Mittelwerte für anwenderbestimmte Zeitintervalle oder live Werte in Echtzeit angezeigt werden.

Die gesammelten Messwerte werden im ISOBUS verarbeitet und erlauben somit eine nährstoffbasierte Dosierung anhand der Messdaten. Das erleichtert die Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben und vereinfacht die Dokumentation der Nährstoff­applikation.

Der Hersteller gibt für das im System verwendete Kalibrationsmodell die in Tabelle 2 dargestellten Mess­bereiche an.

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Tabelle 2: Messbereich Kalibrations- modell 6.0.1

Wertebereich
TM in % 0,2 – 12,00
NGesamt in kg/m³ 0,2 – 9,9
NH4-N in kg/m³ 0,1 – 4,5
K2O in kg/m³ 0,2 – 6,8

Die Methode

Die DLG-Prüfung „Präzision von NIR Sensoren zur Bestimmung von Inhaltsstoffen in vorbeiströmendem Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft und flüssigen Gärresten“ hat das Ziel, die Genauigkeiten von mobilen Sensoren in Verbindung mit entsprechenden Kalibrationsmodellen bei der Bestimmung von Inhaltsstoffen in vorbeiströmenden, flüssigen Wirtschaftsdüngern im Vergleich zur Laboranalyse mit amtlich anerkannten Methoden festzustellen.

Ein wesentlicher Vorteil der NIR-Messtechnik gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der Inhaltsstoffe in flüssigen Wirtschaftsdüngern über Probenahme und Laboranalyse besteht in den sofort verfügbaren Messwerten und in der permanenten Messung der Inhaltsstoffe über das komplette geförderte Düngervolumen.

Der Anwendungsbereich beschränkt sich in der DLG-Prüfung auf Substrate, die nach dem Düngegesetz (DünG) als Wirtschaftsdünger beschrieben sind, also auf Rindergülle, Schweinegülle und flüssige Gärreste.

Die DLG-Prüfung wird für die Messung der nachfolgenden Inhaltsstoffe angeboten:

  • Trockenmassegehalt (TM in % Gew.)
  • Gesamtstickstoffgehalt (NGesamt in kg/m3)
  • Ammoniumstickstoffgehalt (NH4-N in kg/m3)
  • Phosphatgehalt (Phosphorpentoxid; P2O5 in kg/m3)
  • Kaliumgehalt (Kaliumoxid; K2O in kg/m3)

Um einen möglichst weiten Einsatzbereich abzudecken, wird in der Prüfung angestrebt, bei jeder Substratart ein möglichst vielfältiges Spektrum zu verwenden:

  • Rindergülle: 4  % TM – 9 % TM, nach Möglichkeit Milchvieh + Bullenmast
  • Schweinegülle: 2 % TM – 7 % TM, nach Möglichkeit Sauenhaltung + Mastschweine
  • Flüssiger Gärrest: 5 % TM – 8 % TM

Die DLG-Anerkennung kann für einzelne Güllearten und einzelne Inhaltsstoffe vergeben werden. Um eine DLG-Anerkennung zu erfahren, müssen mindestens die Anforderungen an die Messung des Gesamt­stick­stoff­gehalts (NGesamt) erfüllt werden. Wenn die Anforderungen an die Messung des Gesamtstickstoffgehalts erfüllt sind, können andere Inhaltsstoffe frei hinzu gewählt werden.

Das Verfahren

Je Wirtschaftsdüngerart (Rindergülle, Schweinegülle, flüssiger Gärrest) werden fünf einzelne, möglichst unterschiedliche Proben auf verschiedenen landwirtschaftlichen Betrieben gemessen und beprobt. Hierfür wird aus dem zuvor aufgerührten Güllelager eine Teilmenge von 3 m3 bis 5 m3 in einen Zwischentank gepumpt.

Am Zwischentank sind eine Pumpe und ein praxisübliches Rohrleitungssystem verbaut. An der Rohrleitung sind ein oder mehrere zu prüfende Sensoren und ein Durchflussmengenmesser zur Kontrolle der Fließgeschwindigkeiten sowie ein Bypass zur Probenentnahme angebracht (siehe Bild 3).

Für die Prüfung und die repräsentative Probennahme wird in einer Vorlaufphase der aufgenommene  Wirtschaftsdünger durch stetiges Umpumpen im geschlossenen Kreislauf intensiv homogenisiert. Nach dieser Vorlaufphase werden die Messwerte des Sensors dokumentiert. Bei Aufrechterhaltung des Umpumpens im geschlossenen Kreislauf werden dann Teilproben für die Referenzanalysen über den Bypass entnommen. Um einen möglichen Einfluss auf die Sensorwerte zu ermitteln, wird anschließend die Fließgeschwindigkeit variiert und die Messwerte erneut dokumentiert.

Die genommenen Gülleproben werden eindeutig gekennzeichnet, eingefroren und gefroren zwischengelagert. Mit der Referenzanalyse werden fünf geeignete Labore beauftragt. Jedes Labor erhält dafür von jeder Gülle mindestens drei Teilproben. Die Analysen im Labor müssen mit amtlich anerkannten, vorzugsweise nasschemischen Methoden durchgeführt werden.

Aus den Laborergebnissen wird für jede Wirtschaftsdüngerart und jeden Inhaltsstoff das arithmetische Mittel als Referenzwert berechnet. Die Bewertung zur Genauigkeit basiert auf den relativen Abweichungen vom Sensorwert im Vergleich zum Referenzwert.

Die Testergebnisse im Detail

Die Versuche wurden gemeinsam mit der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen im Raum
Kleve durchgeführt. Bei den Messungen wurden Durchflussmengen von 6 m3/min bis 9 m3/min eingestellt.
Die unterschiedlichen Durchflussmengen zeigten keinen Einfluss auf die Messwerte des Sensors.
Tabelle 3 zeigt die Einzelergebnisse.

Aufgrund der erzielten Ergebnisse wird dem mobilen NIR Sensor „ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0“ das Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzelkriterien“ verliehen für die Messungen von:

  • Inhaltsstoffe in Rindergülle: TM, NGesamt, NH4-N, K2O
  • Inhaltsstoffe in Schweinegülle: TM, NGesamt, K2O
  • Inhaltsstoffe in Biogasgülle: TM, NGesamt, NH4-N, K2O

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Tabelle 3: Einzelergebnisse

Typenbezeichnung NIR speed­spy onboard Bewertung *
Kalibrationsmodell
6.0.1
Einbaulage (Neigung)
90°
Einbauposition
waagrechte 6“ Rohrleitung (siehe Herstellerangaben)
Rindergülle
TM in % Gew. +
NGesamt in kg/m3
NH4-N in kg/m3 +
K2O in kg/m3
Schweinegülle
TM in % Gew. + +
NGesamt in kg/m3
NH4-N in kg/m3
K2O in kg/m3
Flüssiger Gärrest
TM in % Gew. +
NGesamt in kg/m3
NH4-N in kg/m3
K2O in kg/m3
BEWERTUNGSSCHEMATA:
+ + = bestanden, sehr gut (4/5 Wertepaare innerhalb einer Gülleart ≤ 10 % und keine > 20 % rel. Abweichung)
+ = bestanden, gut (4/5 Wertepaare innerhalb einer Gülleart ≤ 15 % und keine > 25 % rel. Abweichung)
◯ = bestanden (3/5 Wertepaare innerhalb einer Gülleart ≤ 25 % und keine > 35 % rel. Abweichung)

Fazit

Der NIR-Sensor „ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0“ konnte im DLG-Test zeigen, dass er bei der Messung von TM, NGesamt, NH4-N und K2O in Rindergülle und in flüssigem Gärrest sowie bei der Messung von TM, NGesamt, und K2O in Schweinegülle den Anforderungen an die Messgenauigkeit für eine DLG Anerkennung genügt. Ein wesentlicher Vorteil der NIR-Messtechnik gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der Inhaltsstoffe in flüssigen Wirtschaftsdüngern über Probenahme und Labor­analyse besteht in den sofort verfügbaren Messwerten und in der permanenten Messung der Inhaltsstoffe über das komplette geförderte Düngervolumen.

Kontakt

DLG e.V.
DLG-Testzentrum Technik und Betriebsmittel
Max-Eyth-Weg 1
64823 Groß-Umstadt
Tel: +49(0)69/24 788-600
Fax: +49(0)69/24 788-690
E-Mail: tech(at)DLG.org

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Ein Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzelkriterien“ wird für landtechnische Produkte verliehen, die eine umfangsreduzierte Gebrauchswertprüfung der DLG nach unabhängigen und anerkannten Bewertungskriterien erfolgreich absolviert haben. Die Prüfung dient zur Herausstellung besonderer Innovationen und Schlüsselkriterien des Prüfgegenstands. Der Test kann Kriterien aus dem DLG-Prüfrahmen für Gesamtprüfungen enthalten oder sich auf andere wertbestimmende Merkmale und Eigenschaften des Prüfgegenstandes fokussieren.

Die Mindestanforderungen, die Prüf­bedingungen und -verfahren sowie die Bewertungsgrundlagen der Prüfungsergebnisse werden in Abstimmung mit einer DLG-Expertengruppe festgelegt. Sie entsprechen den anerkannten Regeln der Technik sowie den wissenschaft­lichen und landwirtschaftlichen Erkenntnissen und Erfordernissen. Die erfolgreiche Prüfung schließt mit der Veröffent­lichung eines Prüfberichtes sowie der Vergabe des Prüfzeichens ab, das fünf Jahre ab dem Vergabedatum gültig ist.

Die DLG-Prüfung zur „Präzision von NIR Sensoren zur Bestimmung von Inhaltsstoffen in
vorbeiströmendem Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft und flüssigen Gärresten
“ wurde am
„ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0 “ durchgeführt. Die Messungen zur Inhaltsstoffbestimmung in flüssigen Wirtschaftsdüngern fanden in Rinder- und Schweinegülle sowie in flüssigem Gärrest statt. In jeder Gülleart wurden auf landwirtschaftlichen Betrieben fünf verschiedene Praxisgüllen mit dem geprüften Sensor auf ihre Gehalte an Trockenmasse (TM in Gew. %), Gesamtstickstoff (NGesamt in kg/m3), Ammoniumstickstoff (NH4-N in kg/m3) und Kaliumoxid (K2O in kg/m3) untersucht und fünffach beprobt. Die genommenen Proben wurden von insgesamt zehn verschiedenen, akkre­ditierten Fachlaboren mit amtlich anerkannten, vorzugsweise nasschemischen Verfahren analysiert. Für jeden Inhaltsstoff und jede Wirtschaftsdüngerart wurden die Mittelwerte aus den Ergebnissen der Laboranalysen berechnet. Zur Bewertung wurden die Differenzen zwischen dem vom NIR-Sensor ermittelten Wert und dem Mittelwert der Labore als relative Messabweichung ermittelt. Die Präzision des Sensors wurde zudem bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten überprüft. Andere Kriterien wurden nicht geprüft.

Anmelder

ZUNHAMMER GmbH,
Biebing 19,
83301 Traunreut

Produkt:
ZUNHAMMER VAN-CONTROL 2.0

Prüfungsdurchführung

DLG e.V.
Testzentrum Technik und Betriebsmittel
Max-Eyth-Weg 1, 64823 Groß-Umstadt

DLG-Prüfrahmen
DLG-Anerkannt in Einzelkriterien
„Mobile Sensoren zur Bestimmung von Inhaltsstoffen in vorbei­strömen­der Gülle“ (Stand 07/2017)

Fachgebiet
Technik in der Außenwirtschaft

Mitglieder der zuständigen DLG-Prüfungskommission „Düngetechnik“
Dr. Horst Cielejewski, Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Bad Sassendorf
Dr. Harm Drücker, Landwirtschaftskammer Niedersachsen, Oldenburg
Prof. Dr. Nils Fölster, Fakultät Ingenieurwissen­schaften und Informatik, Osnabrück
Prof. Dr. Hans-W. Griepentrog, Institut für Agrar­technik, Stuttgart-Hohenheim
Dr. Fabian Lichti, Landesanstalt für Landwirtschaft Bayern, Freising
Frank Reith, Mittelforsthof, Groß-Umstadt
Prof. Dr. Bernd Scheufler, Fakultät Agrarwissen­schaften und Landschaftsarchitektur, Osnabrück
Sven Schneider, Lohnunternehmung, Brensbach
Peter Seeger, Hof Seeger, Otzberg

Bereichsleiter
Dr. Ulrich Rubenschuh *

Prüfingenieur
Dipl.-Ing agr. Georg Horst Schuchma nn  

* Berichterstatter