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EVO NIR ON LINE NIR ANALYZER

DLG-ANERKANNT "Inhaltsstoffe in Schweinegülle"

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Das Prüfzeichen

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
Evo NIR On Line NIR Analyzer mit SW 1.5.2.32 und dem Kalibrationsmodell 101/905-191022 von ­Dinamica Generale S.p.A. durchgeführt.

Die Messungen zur Inhaltsstoffbestimmung in flüssigen Wirtschaftsdüngern fanden in Schweinegülle statt.
Es 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 fünf 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.

Beurteilung – kurz gefasst

Aufgrund der erzielten Ergebnisse wird dem mobilen Evo NIR On Line NIR Analyzer mit SW 1.5.2.32 und dem Kalibrationsmodell 101/905-191022 von Dinamica Generale S.p.A. das DLG-Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzel­kriterien“ bei der Messung von Inhaltsstoffen in flüssigen Wirtschaftsdüngern für die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Parameter verliehen.

Tabelle 1: Anerkannte Parameter

GülleartInhaltsstoff
SchweinegülleGesamtstickstoff (NGesamt)

Das Produkt

Beschreibung und Technische Daten

Der Evo NIR On Line NIR Analyzer ist ein für die Inhaltsstoffanalyse von organischen Substanzen entwickeltes Nah-Infrarot-Messsystem. Der Hersteller bietet Anwendungsapplikationen für Ballenpressen, Mähdrescher, Feldhäcksler, Lade- und Futter­mischwagen sowie Gülletank­wagen an. In der vorgestellten DLG Prüfung wurde der Einsatz am Gülletankwagen geprüft.

Bei Letzterem wird der Sensor dafür in das vorhandene Rohr­system 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 die vorbei­strömende Gülle mit Infrarotlicht aus einer integrierten Lichtquelle bestrahlt. Teile des Lichts werden durch die Probe absorbiert und das restliche Licht reflektiert. Der reflektierte Anteil wird von einer Auswerteeinheit detektiert und in sein Wellenlängenspektrum zerlegt. Anschließend wird das detektierte Spek­trum in elektrische Signale gewandelt. Die so gewonnenen Daten werden in einem Microcomputer verarbeitet. Durch die Daten­berechnung im hinterlegten Kali­brier­modell werden in kurzen Intervallen die Messwerte erzeugt und können angezeigt werden. 

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.

Der Hersteller gibt für die Anwendung bei Schweinegülle und dem Kali­brationsmodell 101/905-191022 die in Tabelle 2 dargestellten Mess­bereiche an.

Tabelle 2: Messbereich DG Evo NIR On Line NIR Analyzer mit Softwareversion 1.5.2.32 und Kalibrationsmodell 101/905-191022

Wertebereich
TM in % 1,5 – 11,5
NGesamt in kg/m³ 2,0 – 10,5
NH4-N in kg/m³ 0,5 – 6,0
K2O in kg/m³ 0,0 – 4,5

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 durch die DLG TestService GmbH durchgeführt. Bei den Messungen wurden die Durchflussmengen variiert. Die unterschiedlichen Durchflussmengen zeigten keinen Einfluss auf die Messwerte des Sensors. Tabelle 3 zeigt die Einzelergebnisse.

Aufgrund der erzielten Ergebnisse wird dem mobilen Evo NIR On Line NIR Analyzer mit SW 1.5.2.32 und
dem Kalibrationsmodell 101/905-191022 von Dinamica Generale S.p.A. das Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzelkriterien“ verliehen für die Messungen von „Inhaltsstoffe in Schweinegülle: NGesamt“.

Tabelle 3: Einzelergebnisse

TypenbezeichnungEvo NIR On Line NIR Analyzer, SW 1.5.2.32Bewertung *
Kalibrationsmodell  
 101/905-191022 
Schweinegülle  
 NGesamt< in kg/m3o
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)
– =nicht bestanden

Fazit

Der Evo NIR On Line NIR Analyzer mit SW 1.5.2.32 und dem Kali­brationsmodell 101/905-191022 von Dinamica Generale S.p.A. konnte im DLG-Test zeigen, dass er bei der Messung vom Gehalt an Ge­samt­stickstoff (NGesamt) 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.

Anmelder und Prüfungsdurchführung

Hersteller und Anmelder

Dinamica Generale S.p.A.
via Mondadori 15
46025 Poggio Rusco (MN)
Italien
www.dinamicagenerale.com

Prüfungsdurchführung

DLG TestService GmbH, Standort Groß-Umstadt

Die Prüfungen werden im Auftrag des DLG e.V. durchgeführt.

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

Projektleiter*
Dr. Ulrich Rubenschuh*

Prüfingenieur(e)
Dipl.-Ing agr. Georg Horst Schuchma nn 

Kontakt

DLG Testzentrum Technik und Betriebsmittel • DLG TestService GmbH Standort Groß-Umstadt • Max-Eyth-Weg 1 • 64823 Groß-Umstadt • Tel: +49(0)69/24 788-600 Fax: +49(0)69/24 788-690 • tech@DLG.org