Calculations of gaseous and particulate emissions from German agriculture 1990 - 2018 : report on methods and data (RMD) Submission 2020

Haenel, Hans-Dieter GND; Rösemann, Claus GND; Dämmgen, Ulrich GND; Döring, Ulrike GND; Wulf, Sebastian; Eurich-Menden, Brigitte GND; Freibauer, Annette GND; Döhler, Helmut GND; Schreiner, Carsten; Osterburg, Bernhard GND; Fuß, Roland GND

The report at hand (including a comprehensive annex of data) serves as additional document to the National Inventory Report (NIR) on the German green house gas emissions and the Informative Inventory Report (IIR) on the German emissions of air pollutants (especially ammonia). The report documents the calculation methods used in the German agricultural inventory model GAS-EM as well as input data, emission results and uncertainties of the emission reporting submission 2020 for the years 1990 - 2018. In this context the sector Agriculture comprises the emissions from animal husbandry, the use of agricultural soils and anaerobic digestion of energy crops. As required by the guidelines, emissions from activities preceding agriculture, from the use of energy and from land use change are reported elsewhere in the national inventories. The calculation methods are based in principle on the international guidelines for emission reporting and have been continuingly improved during the past years by the Thünen Institute working group on agricultural emission inventories, partly in cooperation with KTBL. In particular, these improvements concern the calculation of energy requirements, feeding and the N balance of the most important animal categories. In addition, technical measures such as air scrubbing (mitigation of ammonia emissions) and digestion of animal manures (mitigation of emissions of methane and laughing gas) have been taken into account. For the calculation of emissions from anaerobic digestion of animal manures and energy crops (including spreading of the digestate), the aforementioned working group developed, in cooperation with KTBL, a national methodology. Total GHG emissions from German agriculture decreased from 79.3 Tg CO2eq in 1990 to 63.6 Tg CO2eq in 2018 (-19.8 %). This reduction is a consequence of the following emission changes of partial sources (rounded figures): • decrease of 10.3 Tg CO2eq (-29.1 %) as CH4 from enteric fermentation, • decrease of 2.0 Tg CO2eq (-24.3 %) as CH4 and N2O from manure management, • increase of 1.6 Tg CO2eq as CH4 and N2O from anaerobic digestion of energy crops (digester + storage of digestate; 1990: 0 Tg), • decrease of 4.1 Tg CO2eq (14.3 %) as N2O from agricultural soils, • decrease of 0.36 Tg CO2eq (-13.3 %) as CO2 from liming (agriculture and forest), • increase of 0.09 Tg CO2eq (+18.8 %) as CO2 from application of urea. These changes are largely the result of the decline in animal numbers following reunification (reduction of oversized livestock numbers in Eastern Germany) and from the mid-2000s due to the limiting effect of the milk quota system (albeit with a renewed increase due to abolition of the milk quota system as of 31 May 2015). Increased nitrogen fertilization (mainly due to the application of increasingly larger amounts of digestate) led to an increase in greenhouse gas emissions from the mid- 2000s. By contrast, the increasing use of manure in biogas plants has contributed to a reduction in methane emissions from manure storage. The NH3 time series as well is a result of counteracting processes. Here too, one of the important governing quantities is the animal number the decrease of which after the German reunification is the main reason for the considerable decrease of the emissions from 1991 to 1992. Mitigation measures like emission-reduced storage and application of manure led to a reduction of emissions in subsequent years. However, opposite trends are caused by increase of animal performance and, for some years, animal numbers. In addition, emissions from application of synthetic fertilizer are higher than in 1990, even though the amount of synthetic fertilizer applied decreased (in units of nitrogen). The observed increase of emissions is due to the increasing share of urea, as urea has a considerably higher emission factor than other synthetic fertilizers. A major contributor to the increase in NH3 emissions in recent years has been the increase in anaerobic digestion of energy crops. Although emissions from the anaerobic digestion of energy crops and the application of the resulting digestates are reported, they are, at the time being, not considered with regard to compliance with internationally agreed emission ceilings. Omitting the emissions due to anaerobic digestion of energy crops (including spreading of digestates), the 2018 NH3 emissions of the German agriculture were 547.8 Gg, which is 24.4 % lower than in 1990 where the emissions amounted to 724.8 Gg. Including anaerobic digestion of energy crops (including spreading of digestates) leads 2018 to total NH3 emissions from agriculture of 606.7 Gg, which is 16.3 % less than 1990.

Der vorliegende Berichtsband einschließlich des umfangreichen Datenanhangs dient als Begleitdokument zum National Inventory Report (NIR) über die deutschen Treibhausgas-Emissionen sowie zum Informative Inventory Report (IIR) über die deutschen Schadstoffemissionen (insbesondere Ammoniak). Der Bericht dokumentiert die im deutschen landwirtschaftlichem Inventarmodell GAS-EM integrierten Berechnungsverfahren sowie die Eingangsdaten, Emissionsergebnisse und Unsicherheiten der Berichterstattung 2020 für die Jahre 1990 bis 2018. Der Bereich Landwirtschaft umfasst dabei die Emissionen aus der Tierhaltung und der Nutzung landwirtschaftlicher Böden sowie aus der Vergärung von Energiepflanzen. Emissionen aus dem Vorleistungsbereich, aus der Nutzung von Energie sowie Landnutzungsänderungen werden den Regelwerken entsprechend an anderer Stelle in den nationalen Inventaren berichtet. Die Berechnungsverfahren beruhen in erster Linie auf den internationalen Regelwerken zur Emissionsberichterstattung und wurden durch die Arbeitsgruppe „Landwirtschaftliche Emissionsinventare“ des Thünen-Instituts in den vergangenen Jahren beständig weiterentwickelt, teilweise in Zusammenarbeit mit dem KTBL. Dies betrifft im Wesentlichen die Berechnung des Energiebedarfs, der Fütterung und der tierischen N-Bilanz bei den wichtigen Tierkategorien. Zusätzlich wurden technische Maßnahmen wie Abluftreinigung (Minderung von Ammoniakemissionen) und die Vergärung von Wirtschaftsdünger (Minderung von Methan- und Lachgasemissionen) berücksichtigt. Für die Berechnung von Emissionen aus der Vergärung von Wirtschaftsdünger und Energiepflanzen (einschließlich Gärrestausbringung) entwickelte die vorgenannte Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit dem KTBL eine deutsche Methodik . Die THG-Gesamtemissionen aus der deutschen Landwirtschaft sanken von 79,3 Tg CO2eq im Jahr 1990 auf 63,6 Tg CO2eq im Jahr 2018 (-19,8 %). Dieser Trend ergab sich aus Veränderungen folgender Teil-Emissionen (gerundet): • Abnahme um 10,3 Tg CO2eq (-29,1 %) als CH4 aus der Verdauung, • Abnahme um 2,0 Tg CO2eq (-24,3 %) als CH4 und N2O aus dem Wirtschaftsdünger-Management, • Zunahme um 1,6 Tg CO2eq als CH4 und N2O aus der Vergärung von Energiepflanzen (Fermenter + Gärrestlager; 1990: 0 Tg), • Abnahme um 4,1 Tg CO2eq (-14,3 %) als N2O aus landwirtschaftlich genutzten Böden, • Abnahme um 0,36 Tg CO2eq (-13,3 %) als CO2 aus Kalkung (Landwirtschaft und Forst), • Zunahme um 0,09 Tg CO2eq (+18,8 %) als CO2 aus Harnstoffanwendung. Diese Veränderungen sind weitgehend Folge des Rückgangs der Tierzahlen nach der Wiedervereinigung (Abbau von Überbeständen in Ostdeutschland) und ab Mitte der 2000er Jahre wegen begrenzender Wirkungen der Milchquotenregelung (allerdings mit Wiederanstieg der wegen Aufhebung der Milchquotenregelung zum 31. Mai 2015). Vermehrte Stickstoffdüngung (vor allem durch Ausbringung zunehmend größerer Gärrestmengen) führte ab Mitte der 2000er Jahre zu einem Anstieg der Treibhausgasemissionen. Dementgegen hat der zunehmende Einsatz von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen zu einer Reduzierung der Methanemissionen aus der Wirtschaftsdüngerlagerung beigetragen. Auch die zeitliche Entwicklung der NH3-Emissionen ist ein Ergebnis gegenläufiger Effekte. Eine wichtige Einflussgröße ist auch hier die Tierzahl. Ihre Abnahme nach der Wiedervereinigung ist der Hauptgrund für die deutliche Abnahme der Emissionen 1990/1991. Gründe für die Abnahme der Emissionen in späteren Jahren sind Minderungsmaßnahmen wie emissionsärmere Lagerung und Ausbringung von Wirtschaftsdünger. Gegenläufig wirkt hingegen die Zunahme der tierischen Leistung sowie zeitweilig anwachsende Tierbestände. Auch die Emissionen aus der Mineraldüngerausbringung sind höher als 1990, obwohl die ausgebrachte Mineraldüngermenge (in Stickstoff-Einheiten) abgenommen hat. Dies liegt am steigenden Harnstoffanteil, da Harnstoff einen deutlich höheren Emissionsfaktor aufweist als andere Mineraldünger. Einen großen Anteil am Anstieg der NH3-Emissionen in den zurückliegenden Jahren hat die Zunahme der Vergärung von Energiepflanzen. Emissionen aus der Vergärung von Energiepflanzen und der Ausbringung von Energiepflanzengärresten werden zwar berichtet, bleiben im Hinblick auf die Einhaltung international vereinbarter Emissionsobergrenzen derzeit noch ohne Berücksichtigung (Adjustment). Ohne Emissionen aus der Vergärung von Energiepflanzen (incl. Ausbringung der Gärreste) liegen die NH3-Emissionen aus der deutschen Landwirtschaft im Jahr 2018 bei 547,8 Gg und damit um 24,4 % niedriger als 1990 mit 724,8 Gg. Mit der Vergärung von Energiepflanzen (incl. Gärrestausbringung) liegen die Gesamt-NH3-Emissionen 2018 bei 606,7 Gg (- 16,3 % gegenüber 1990).

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Haenel, Hans-Dieter / Rösemann, Claus / Dämmgen, Ulrich / et al: Calculations of gaseous and particulate emissions from German agriculture 1990 - 2018 : report on methods and data (RMD) Submission 2020. Braunschweig 2020. Johann Heinrich von Thünen-Institut.

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