Rittl, Tatiana; Meynet, Paola; Schlatter, Ivan; Dyrhaug, Ingrid and Hansen, Sissel (2025) Effects of calcium carbonate products on methane emissions from cattle slurry - Cal-Me. [Effekt av kalkprodukter på metanutslipp fra bløtgjødsel fra storfe.] NORSØK rapport, no. 10 (1). NORSØK, Tingvoll, Norway.
Preview |
PDF
- English
2MB |
Summary in the original language of the document
Agriculture is a significant source of methane (CH4) emissions, with about 20% of cattle-related CH4 coming from manure storage. In slurry tanks, where conditions are anaerobic, methane-producing microorganisms thrive, break down organic matter and release CH4 (methanogenesis), a potent greenhouse gas 28 times stronger than CO2 in terms of global warming potential.
A study on Norwegian farms revealed that one farm, where finely ground liquid lime was added to manure slurry, had notably low CH4 emissions, implying that lime could potentially reduce CH4 emissions from agriculture. However, it has been suggested that lime can also accelerate organic matter degradation, potentially leading to an increase in CH4 production, which would be beneficial for biogas plants.
To investigate that, controlled batch experiments were set up by incubating cattle slurries from different farms that were exposed (Engdal farm) or not (Tingvoll farm) to CaCO3 on site, while some bottles were also amended with fresh CaCO3-based products. Gas emissions, chemical and biological compositions were monitored over time.
Our study did not confirm that CaCO₃-based products directly reduced CH₄ emissions from cattle slurry. Contradictory, the CH4 emissions were earliest and highest in the slurry that had received a CaCO3-based product once a year before this study. The study confirmed enhanced degradation of the organic matter in this cattle slurry compared with two other slurries without previous CaCO3-based product application. This could be the reason for high CH4-emissions from this slurry.
The project provided valuable insights into the complex interactions influencing methane production in manure storage. CaCO₃ likely affected pH dynamics, impacting microbial activity and chemical availability. While sulphate-reducing bacteria were active initially, methanogens remained dominant, indicating that sulphate levels were insufficient to fully suppress methanogenesis. High H₂S emissions and sulphur deposition highlighted active transformation of sulphur.
Differences in slurry stratification and microbial diversity likely influenced methane production, resembling natural manure storage processes. This might explain some of the discrepancies between emissions from cattle slurry in bottles and out in the cattle slurry storage.
While CaCO₃ alone may not directly reduce CH₄ emissions, its interactions with various biological and chemical processes warrant further investigation. Future research should focus on the long-term effects of CaCO₃ application under farm conditions, its impact on methane oxidation pathways, and the potential role of sulphate-dependent anaerobic methane oxidation. Additionally, studies should examine how the enhanced degradation of organic matter following CaCO₃ application influences the release of compounds that may inhibit methanogens in cattle slurry.
Summary translation
Landbruk er en betydelig kilde til utslipp av metan (CH4). Omtrent 20 % av metanutslipp fra storfeholdet er relatert til gjødsellagring. I bløtgjødsellager er det anaerobt og mangel på luft. Det skjer en nedbryting av det organisk materiale i gjødsla og metanproduserende mikroorganismer danner metan (metanogenese). Metan er en potent klimagass som har rundt 28 ganger sterkere potensiale enn CO2 for global oppvarming. En studie på norske gårder med melkeproduksjon avdekket at på en gård hvor en kalksuspensjon ble tilsatt bløtgjødsel, var det spesielt lave CH4-utslipp. Vi ønsket å undersøke om vi kunne bekrefte at kalksuspensjon kan redusere CH4-utslipp fra bløtgjødsellager selv om andre undersøkelser tydet på at kalk kan akselerere nedbrytning av organisk materiale, noe som kan føre til økt CH4-produksjonen. Dette kan i så fall være en gunstig forbehandling for biogassanlegg.
Vi startet et forsøk hvor vi fylte storfebløtgjødsel fra tre ulike kilder på 2 liters flasker: Bløtgjødsel fra gjødsellager hvor det tilsettes kalksuspensjon en gang i året; helt fersk bløtgjødsel hentet fra en pumpekum ved fjøs; bløtgjødsel som har blitt lagret i en tett tank i 8 måneder. Det var i alt 9 flasker for hver gjødseltype. Tre av disse ble tilsatt finmalt kalkpulver og tre ble tilsatt den samme kalksuspensjonen som ble brukt i det omtalte gjødsellageret. Kalksuspensjonen holdt seg flytende fordi den ble tilsatt et dispergeringsmiddel. Gassutslipp, kjemiske og biologiske sammensetninger ble overvåket over tid. Flaskene stod i klimaskap i nesten 8 måneder. I denne perioden undersøkte vi jevnlig sammensetningen av gasser i lufta over gjødsla i flaska.
Vår studie bekreftet ikke at de CaCO₃-baserte produktene vi testet reduserte CH₄-utslipp fra bløtgjødsel fra ku. Tvert imot var CH4-utslippene høyest i bløtgjødsla som var blitt tilført kalksuspensjonen en gang i året. Studien bekreftet høyere nedbrytning av det organiske materialet i denne bløtgjødsla sammenlignet med bløtgjødsel uten tidligere tilførsel av kalk. Dette kan være årsaken til at det først i inkubasjonsperioden, og totalt, var høyest CH4-utslipp fra bløtgjødsel som tidligere var tilsatt kalk. Vi fant imidlertid ingen effekt av hverken kalkpulver eller kalksuspensjonen tilsatt flaskene på CH4-utslipp.
Både ved oppstart og ved slutt av studien fant vi metanogene arker som omdanner nedbrytningsprodukt som eddiksyre til metan, og vi fant sulfatreduserende bakterier som samtidig som de reduserer sulfat til hydrogensulfid kan oksidere metan til CO2. Høye H₂S-utslipp i starten av forsøket og avsetning av elementært svovel på toppen av gjødsla viste at det skjer en aktiv omdanning av svovel. Forskjeller i stratifisering i bløtgjødsel og mikrobiell populasjon i gjødsellager i forhold til våre små flakser påvirket sannsynligvis metanproduksjonen. Dette kan muligens forklare noe av avviket mellom utslipp fra bløtgjødsel på flaske og bløtgjødsellager. Selv om vi i vår studie ikke fant at tilførsel av kalksuspensjonen reduserte CH4-utslipp, påvirker denne tilsetningen flere biologiske og kjemiske faktorer som vi ikke har helt oversikt over. Det kan være mekanismer i gjødsellageret som vi ikke har fanget opp i dette flaskeforsøket. Videre forskning bør undersøke langsiktige effekter av tilførsel av kalksuspensjonen i gjødsellager og på pH, nedbrytning av organisk materiale, frigjøring av stoffer som er skadelige for metanogene organismer som lever i bløtgjødsel og mulig indirekte effekt av kalksuspensjon på metanoksidasjon, deriblant rollen til sulfatavhengig, anaerob metanoksidasjon.
| EPrint Type: | Report |
|---|---|
| Keywords: | cattle slurry; methane; methanogens; lime; KalMe; Cal-Me |
| Agrovoc keywords: | Language Value URI English manure management http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_2ed1deb4 English greenhouse gas emissions http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_36198c2c English methane emission http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_331378 |
| Subjects: | Animal husbandry > Production systems > Dairy cattle Environmental aspects > Air and water emissions |
| Research affiliation: | Norway > NORSØK - Norwegian Centre for Organic Agriculture |
| ISBN: | 978-82-8202-218-7 |
| Deposited By: | Hansen, Sissel |
| ID Code: | 55188 |
| Deposited On: | 20 Mar 2025 12:52 |
| Last Modified: | 20 Mar 2025 12:53 |
| Document Language: | English |
| Status: | Published |
| Refereed: | Not peer-reviewed |
Repository Staff Only: item control page
Download Statistics
Download Statistics
