Sachverhalt
Der Beschwerdeführer, ein Landwirtschaftsbetrieb, der hauptsächlich Rindermast betreibt, ist Eigentümer einer Parzelle in der Landwirtschaftszone auf dem Gebiet der Gemeinde Chessel (VD) mit einer Fläche von 47'144 m2. Er ersuchte um eine Baubewilligung für eine Biogasanlage mit zwei Betonbehältern (Fermenter von 780 m3 und Lagerung des Gärrests von 1880 m3), einem Zwischenraum mit elektromechanischen Elementen, technischen Räumen zur Energieerzeugung (Wärme-Kraft-Kopplung, Holzheizung, Silo für Hackschnitzel, Büro, Steuerraum) sowie einer Halle mit einer Mistplatte von rund 230 m2 für die Annahme und Lagerung fester Substrate (Mist, Getreideabfälle) und einer Lagerfläche für Hackschnitzel von rund 55 m2.
Die nächstgelegenen Wohnhäuser in einem Villenquartier befinden sich rund 100 m entfernt (103 m von der Mistplatte und 100 m von der abgedeckten Güllegrube). Das Projekt wurde Anfang 2017 öffentlich aufgelegt und löste mehrere Einsprachen aus. Am 7. Juni 2017 erstellte die Zentrale CAMAC eine Zusammenfassung der Sonderbewilligungen und kantonalen Stellungnahmen, darunter insbesondere eine befürwortende Stellungnahme der Generaldirektion Umwelt (DGE) im Bereich Luftreinhaltung mit Auflagen. Am 7. März 2018 hob die Gemeinde die Einsprachen auf und erteilte die Baubewilligung.
Mit Urteil vom 16. Mai 2019 (AC.2018.0132) hob die Abteilung für Verwaltungsrecht des Kantonsgerichts des Kantons Waadt (CDAP) nach einem Augenschein die angefochtenen Entscheide auf. Sie anerkannte die Konformität des Projekts in den meisten Punkten, war jedoch der Auffassung, dass der Abstand zwischen der Anlage und den Wohnhäusern die Einhaltung der Luftreinhaltegesetzgebung nicht gewährleiste, und wendete dabei die gemäss der Studie Agroscope 2018 berechnete Mindestdistanz (220 m) streng an.
Der Beschwerdeführer erhebt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten an das Bundesgericht und beantragt die Bestätigung der Baubewilligung, eventualiter die Rückweisung der Sache an die Vorinstanz. Die Gemeinde beantragt die Abweisung der Beschwerde. Auch die Einsprecher beantragen die Abweisung. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hält das kantonale Urteil für bundesrechtskonform, während das Bundesamt für Raumentwicklung (ARE) auf Rückweisung der Sache schliesst.
Hauptfrage: Durfte die Vorinstanz unter strikter Anwendung der Empfehlungen Agroscope 2018 zu den Mindestabständen eine Biogasanlage in 100 m Abstand zu Wohnhäusern ablehnen, unter Verletzung von Art. 12 USG und Anhang 2 Ziff. 512 LRV?
Erwägungen
Das Bundesgericht prüft zunächst die Zulässigkeit der Beschwerde, die es als Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten gegen einen letztinstanzlich kantonalen Endentscheid in einer Streitsache des Baurechts zulässt (Art. 90, 86 Abs. 1 Bst. d, 82 Bst. a, 89 Abs. 1 BGG). Die Beweisanträge des Beschwerdeführers (Einsicht in die Akten des BFE und Auskünfte zu den Beschwerden) werden als für den Ausgang nicht relevant oder bereits erfüllt beurteilt.
In der Sache erinnert das Bundesgericht an die Regelung der vorsorglichen Begrenzung von Luftschadstoffen (Art. 11 Abs. 2 und 12 USG, Art. 3 LRV). Ziffer 512 von Anhang 2 LRV verlangt die Einhaltung von Mindestabständen zur Wohnzone gemäss den Regeln für die Tierhaltung, insbesondere den Empfehlungen der eidgenössischen Forschungsanstalt Agroscope (ehemals FAT). Eine Biogasanlage, die mit dem Tierhaltungsbetrieb verbunden ist, bildet einen Bestandteil davon. Die Abstandsregeln bezwecken den Schutz der Wohnqualität, ohne den Bau landwirtschaftlicher Anlagen in der Landwirtschaftszone unverhältnismässig zu erschweren; der Bauherr hat gemäss Art. 34 Abs. 4 Bst. b RPV nachzuweisen, dass kein geeigneterer alternativer Standort besteht.
Das Bundesgericht hält fest, dass der Verweis in Ziffer 512 dynamisch ist und die Empfehlungen Agroscope von 2018 als jüngstes Dokument vorzuziehen sind. Sie haben jedoch keinen streng verbindlichen Charakter: Sie leiten die Verwaltung, die über einen Ermessensspielraum verfügt und allgemeine und erhebliche Kritik sowie besondere Umstände berücksichtigen muss, die von der Formel nicht erfasst werden. Die Anwendung der Regeln muss mit einer Beurteilung der konkreten Umstände einhergehen; die Behörden dürfen sich nicht allein auf das Ergebnis mathematischer Formeln stützen.
Das Bundesgericht weist sodann auf Lücken in der Studie 2018 hin: Der Abstand einer Biogasanlage wird durch einen einzigen Faktor (f Biog) bestimmt, der allein einen Abstand von 201 m ergibt, unabhängig von Grösse, Verarbeitungskapazität und Technologie; die Art der Substrate wird nicht berücksichtigt; die Abdeckung der Lager wird nicht behandelt, obwohl sie in…