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Prüfbericht 7120
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 „Signo ID 4.2“ mit dem Kalibrationsmodell 6.0.1. der Firma BSA GmbH 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.
Beurteilung – kurz gefasst
Aufgrund der erzielten Ergebnisse wird dem mobilen „Signo ID 4.2“ mit dem Kalibrationsmodell 6.0.1. der Firma BSA GmbH 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 – Ergebnisse im Überblick
| DLG-Qualitätsprofil | |
|---|---|
| Inhaltsstoff | Bewertung* |
| 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) | ✔ |
* Bewertungsbereich: Anforderung erfüllt (✔ ) Anforderung nicht erfüllt (X)
Das Produkt
Beschreibung und Technische Daten
Das „Signo ID 4.2“ ist ein für die Inhaltsstoffanalyse von organischen Substanzen, wie z.B. tierischem Wirtschaftsdünger und Gärsubstraten entwickeltes Nah-Infrarot-Messsystem. Der „Signo ID 4.2“ 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
Die Funktion eines NIR-Sensorsystems ist in Bild 2 dargestellt. Das vorbeiströmende Gut ist vom eigentlichen Sensor durch ein NIR-durchlässiges Saphirglas getrennt. Das Gut wird mit einer NIR-Lichtquelle mit Nahinfrarotlicht mit bekanntem Spektrum bestrahlt und das reflektierte bzw. re-emittierte Licht-
spektrum des Guts detektiert. Zur Kompensation von temperaturabhängigen Verschiebungen des Spektrums führt das System regelmäßig Weiß- und Dunkelreferenzierungen durch.
Über eine Auswerteeinheit werden die Messdaten aufbereitet und im Microcomputer mithilfe entsprechender, für die zu bestimmenden Kenngrößen hinterlegten Kalibriermodellen in Messwerte mit Einheitenangaben umgerechnet. 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 das im System verwendete Kalibrationsmodell die in Tabelle 2 dargestellten Messbereiche an.
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 „Signo ID 4.2“ mit dem Kalibrationsmodell 6.0.1. der Firma BSA GmbH 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
Tabelle 3: Einzelergebnisse
| Typenbezeichnung | Signo ID 4.2 mit dem Kalibrationsmodell 6.0.1. | Bewertung * |
|---|---|---|
| Einbaulage (Neigung) | ||
| 90° | ||
| Einbauposition | ||
| waagrechte 6“ Rohrleitung (siehe Herstellerangaben) | ||
| Rindergülle | ||
| TM in % Gew. | + | |
| NGesamt in kg/m3 | o | |
| NH4-N in kg/m3 | + | |
| K2O in kg/m3 | o | |
| Schweinegülle | ||
| TM in % Gew. | + + | |
| NGesamt in kg/m3 | o | |
| NH4-N in kg/m3 | - | |
| K2O in kg/m3 | o | |
| Flüssiger Gärrest | ||
| TM in % Gew. | + | |
| NGesamt in kg/m3 | o | |
| NH4-N in kg/m3 | o | |
| K2O in kg/m3 | o |
| 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 |
Der „Signo ID 4.2“ mit dem Kalibrationsmodell 6.0.1. der Firma BSA GmbH 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.
Hersteller und Anmelder
BSA GmbH
Bernecker Straße 5
95509 Marktschorgast
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 Landwirtschaft
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 Schuchmann
* Berichterstatter
Kontakt
DLG-Testzentrum Technik und Betriebsmittel
DLG TestService GmbH Standort Groß-Umstadt
Max-Eyth-Weg 1
64823 Groß-Umstadt
E-Mail: Tech@DLG.org
Tel: +49 69 24 788-600
Fax: +49 69 24 788-690