Utilizarea energiei în sectorul agricol

În multe țări, agricultura este cel mai important sector economic. Energia a fost întotdeauna necesară pentru creșterea producția agricolă și obținerea unei valori adăugate. În agricultură se utilizează pe scară largă energia umană, animală și mecanică [1]. Modernizarea multor activități de producție agricolă crește consumul de energie mecanică. Sectorul agricol, ca și alte sectoare, a devenit dependent de surse de energie, ca petrolul și electricitatea, ca urmare a schimbărilor din sectorul agricol [2].

Eficiența energetică este necesară pentru a susține producția agricolă pentru a realiza economii, a conserva resursele fosile și a reduce poluarea aerului. În plus, deoarece terenurile agricole sunt limitate, singura modalitate prin care producătorii pot crește producția totală este utilizarea mai multor factori de producție. Având în vedere dependența sectorului agricol de energie pentru a hrăni o populație în creștere, precum și impactul utilizării energiei asupra mediului și sănătății umane și resursele naturale limitate, este esențial să se investigheze utilizarea energiei și eficiența energetică în sectorul agricol [2,3].

Utilizarea energiei în agricultură

Prin procesul de fotosinteză, agricultura transformă energia solară în energie alimentară pentru oameni și furaje pentru animale. Practici agricole simple, cum ar fi împrăștierea semințelor pe sol și acceptarea recoltelor modeste care rezultau, constituiau agricultura primitivă. Astăzi, practicile agricole moderne (intensive), în care se folosesc diverse metode pentru a obține randamente ridicate, au înlocuit în mare măsură agricultura primitivă [4]. Ca rezultat al implementării proceselor moderne de producție agricolă, s-a realizat o trecere de la forța umană sau animală, utilizate pe scară largă în procesele de producție agricolă, la energia mecanică bazată pe folosirea combustibililor [5].

Energia a fost întotdeauna crucială pentru producția agricolă și dezvoltarea rurală. De la ferme organice mici la ferme industriale mari, agricultura folosește multă energie [6]. Astăzi, utilizarea energiei în procesele de producție a culturilor și creșterea animalelor în sectorul agricol este clasificată în două categorii: directă și indirectă [7].

Utilizarea directă a energiei în agricultură: fraza „energia direct utilizată în agricultură” se referă la energia utilizată direct în operațiunile agricole, cum ar fi recoltarea, irigarea, uscarea, depozitarea, încălzirea serelor și comercializarea, precum și în infrastructură, utilaje agricole, tractoare și camioane [7]. În producția animală, electricitatea, biomasa, cărbunele și gazele naturale sunt folosite pentru activități precum prepararea-distribuirea furajelor, curățarea gunoiului de grajd, mulsul, iluminatul, încălzirea, ventilarea și răcirea clădirilor agricole, cum ar fi adăposturile pentru animale [8].

Utilizarea indirectă a energiei în agricultură: fraza „energia indirect utilizată în agricultură” se referă la energia utilizată în producția de îngrășăminte minerale și pesticide chimice, insecticide, erbicide și alte substanțe chimice agricole, precum și substanțele chimice utilizate în procesarea acestora [7]. Energia indirectă, așa cum sugerează și numele, nu este utilizată direct pe fermă. Aceste intrări de energie se regăsesc de obicei în sectorul industrial [8].

Agricultura de astăzi utilizează frecvent un sistem intensiv din cauza creșterii populației și a cererii ridicate de alimente. Având în vedere rotația rapidă a culturilor pe câmp și utilizarea ridicată a inputurilor, agricultura intensivă necesită ca un fermier să investească resurse financiare și cunoștințe semnificative în gestionarea terenului și a culturilor [5]. După cum se arată în Figura 1, agricultura modernă necesită utilizarea energiei în toate etapele de producție, inclusiv utilizarea energiei de către utilaje agricole, gestionarea apei, irigare, însămânțare și recoltare. Energia este utilizată în etapele de producție agricolă, cum ar fi lucrările agricole, producția de îngrășăminte, transportul și procesarea. Agricultura include cultivarea și recoltarea culturilor, precum și îngrijirea și sacrificarea animalelor. Transportul este procesul de transportare a produselor agricole către următoarea etapă de producție, utilizând orice mijloc de transport. Alimentele care nu pot fi consumate imediat după ce părăsesc ferma trebuie procesate. Utilizarea energiei post-recoltare include energia utilizată pentru procesarea alimentelor, depozitare și transportul către piețe. În plus, multe inputuri energetice, cum ar fi îngrășămintele minerale și pesticidele chimice, sunt utilizate în agricultură [9-11].

Agricultura, care include cultivarea plantelor și creșterea animalelor, este una dintre cele mai intensive etape energetice ale lanțului alimentar, reprezentând aproximativ o treime din energia totală consumată în lanțul de producție alimentară [3]. Operațiunile de arat, prima etapă a producției agricole, sunt de obicei realizate utilizând cele mai intensive operațiuni energetice [13].

Uscarea și depozitarea culturilor este, de asemenea, o etapă majoră în utilizarea combustibilului. Pentru fiecare hectar de cultură recoltată/uscată, un uscător de înaltă temperatură consumă 55 de litri de păcură. Pentru a reduce umiditatea de la 20% la 15%, aproximativ șase litri de combustibil (motorină) sunt necesari pentru fiecare tonă de cultură care trebuie uscată [14].

În zilele noastre, majoritatea sistemelor de irigație consumă cantități mari de energie. Consumul de energie al sistemului de irigație este văzut în principal ca o provocare tehnică cu scopul de a îmbunătăți performanța [15]. Majoritatea fermelor folosesc fântâni și surse de apă subterane pentru a pompa apă, deși unele au acces la surse publice de apă. Majoritatea pompelor utilizează electricitate, dar locațiile îndepărtate pot avea, de asemenea, pompe pe motorină sau propan [16, 17].

Energia consumată în operațiunile zootehnice este aproape în întregime energie directă și este relativ scăzută în comparație cu operațiunile de cultură, atât ca procent din cheltuielile totale de operare, cât și în termeni de consum total de energie. Energia este consumată direct de întreprinderile zootehnice pentru sisteme de ventilație, refrigerare, iluminat, încălzire, irigație, motoare și gestionarea deșeurilor, în timp ce fermele agricole folosesc energie pentru însămânțare, recoltare, irigație și uscare [16].

Energia reprezintă o parte semnificativă a cheltuielilor de operare pentru majoritatea culturilor, în special când se iau în considerare cheltuielile indirecte cu îngrășămintele, deoarece producția de îngrășăminte este extrem de intensivă energetic, necesitând cantități mari de gaz natural. Cheltuielile cu energia și îngrășămintele reprezintă mai mult de jumătate din cheltuielile totale de operare pentru unele culturi, cum ar fi ovăzul, porumbul, grâul și orzul.

Tabelul 1: Utilizarea energiei în producția agricolă [19].

Raportul dintre consumul de energie directă și cea indirectă variază în funcție de cultură [16, 18]. Informații detaliate despre utilizarea energiei în agricultură sunt prezentate în Tabelul 1.

Utilizarea energiei în agricultura Uniunii Europene

În 2020, consumul direct de energie al Uniunii Europene a fost de 886 de milioane de tone echivalent petrol (tep), incluzând utilizarea directă a petrolului și produselor petroliere, electricitatea, gazele naturale, sursele regenerabile și combustibilii fosili solizi. Agricultura și silvicultura au consumat 3,2% din totalul de energie directă în UE în 2020 [20]. După cum este prezentat în Tabelul 2, Țările de Jos au avut cea mai mare proporție din totalul consumului direct de energie în sectorul agricol și forestier; cota de 9,0% arată importanța producției de plante horticole, fructe și legume în sere. De asemenea, procente semnificative au avut Letonia (5,4%) și Polonia (5,5%) [20].

Tabelul 2: Consumul de energie directă în Uniunea Europeană [20].

În UE, produsele petroliere și petrolul au reprezentat majoritatea (56,0%) din totalul consumului direct de energie în sectorul agricol și forestier în 2020, excluzând biocombustibilii. Aceasta a fost o cotă semnificativ mai mare decât în întreaga economie (35,0%) [20]. După cum este prezentat în Figura 2, produsele petroliere și petrolul au fost cele mai utilizate tipuri de combustibili în sectoarele agricol și forestier din UE. Cu toate acestea, au existat câteva excepții semnificative. În Țările de Jos, consumul direct de energie din produse petroliere și petrol a reprezentat doar 10,6% din consumul direct total al industriei agricole și forestiere în 2020, gazele naturale reprezentând majoritatea (53,5%) și electricitatea reprezentând o pătrime (24,3%). În Grecia, electricitatea a reprezentat aproape trei sferturi (74,0%) din totalul consumului direct de energie de către sectoarele agricole și forestiere. Sursele regenerabile și biocombustibilii au contribuit la aproximativ o treime (37,1% și 31,1%, respectiv) din totalul consumului direct de energie în Suedia și Austria [20, 21].

Deoarece țările variază ca dimensiune, este imposibil să comparăm consumul total de energie direct între ele. Este necesar să se desemneze un numitor comun pentru a compara tendințele între națiuni. În mod ideal, indicatorul și numitorul ar trebui să fie puternic corelați. Suprafața agricolă utilizabilă este un numitor comun pentru a evalua parametrii agro-ambientali între națiuni (UAA). După cum este arătat în Figura 3, consumul mediu de energie directă al sectorului agricol și forestier al UE a fost de 173 de kilograme de echivalent petrol per hectar (kgoe/ha) în 2020 [20].

Producția pe scară largă de fructe, legume și plante în sere în Țările de Jos contribuie la explicarea consumului mediu de energie directă pe hectar de UAA în 2020 (2 104 kgoe/ha), substanțial mai mare decât în ​​alte țări europene. Între 2000 și 2020, consumul aparent de energie per hectar de UAA a scăzut cel mai dramatic în Grecia (-64,2%), dar a crescut cel mai abrupt în Ungaria (+54,2%) [20].

Bibliografie

1. Ozkan, B., Akcaoz, H., Fert, C. (2004). Energy input–output analysis in Turkish agriculture. Renewable Energy, 29(1): p. 39-51.

2. Bekhet, H.A., Abdullah, A.J.I.B.R. (2010) Energy use in agriculture sector: input-output analysis. 3(3): p. 111.

3. Fabio Monforti-Ferrario, J.-F.D., Pinedo Pascua, I., Motola, V., Banja, M., Scarlat, N., Medarac, H., Castellazzi, L., Labanca, N., Bertoldi, P., Pennington, D., Goralczyk, M., Schau, E.M., Saouter, E., Sala, S., Notarnicola, G.T.B., RFenzulli, P. (2015) Energy use in the EU food sector: State of play and opportunities for improvement, European Commission EUR 27247 EN – Joint Research Centre – Institute for Energy and Transport and Institute for Environment and Sustainability, a.M.-F.a.I.P. Pascua, Editor.: Luxembourg: Publications Office of the European Union.

4. Finan, T. (2019) Intensive Agriculture. Portuguese agriculture in transition: p. 141.

5. Sial, A., et al. (2021) Intensive Farming: It's Effect on the Environment. 12: p. 37480-37487.

6. Raser, G., Silecchia, M. (2020) Energy Use in U.S. Agriculture: An Overview, Institute for Energy and the Environment, : Vermont Law School.

7. Schnepf, R. (2004) Energy Use in Agriculture: Background and Issues.

8. Beyaz, A., et al. (2017) Tarımsal Üretimde Enerji Verimliliğinin Planlanması ve Sağlanması.

9. FAO, Chapter 2: Energy for Agriculture, The Food and Agriculture Organization (FAO) in The ninth session of the United Nations Commission on Sustainable Development (CSD-9), G. Best, Editor. 2011.

10. Rokicki, T.(2021) Changes in Energy Consumption in Agriculture in the EU Countries. 14(6): p. 1570.

11. Silecchia, G.R.A.M. (2020) Energy Use In U.S. Agriculture: An Overview.; Available from: https://farmandenergyinitiative.org/wp-content/uploads/2020/08/Energy-Use-in-Agriculture.pdf.

12. Olivier Dubois, A.F., Kojakovic, A., Irini Maltsoglou, M.P., Rincon, L. (2017) Energy Access Food and Agriculture, in International Bank for Reconstruction and Development / THE WORLD BANK, Food and Agriculture Organization of the United Nations: Washington.

13. Forgó, Z., et al. (2021) Energy Consumption Evaluation of Active Tillage Machines Using Dynamic Modelling. 11(14): p. 6240.

14. Caslin, B., Forristal, D. (2016) Energy Use On Tillage Farms, Energy Fact Sheet No: 1.

15. Daudin, K., et al. (2020) Energy consumption of irrigation systems: a functional perspective.

16. Hicks, S. (2014) Energy for growing and harvesting crops is a large component of farm operating costs, The U.S. Energy Information Administration (EIA) in Today in Energy.

17. Kalinichenko, A., Kostenko, O. (2019) Alternative Ways of Energy Supply in Rural Areas. Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej Zarządzanie. 35: p. 52-68.

18. IFA and UNEP, Industry as a partner for sustainable development, Fertilizer Industry. The International Fertilizer Industry Association and United Nations Environment Programme, 2002.

19. Schnepf, R., Energy Use in Agriculture: Background and Issues. CRS Report for Congress, 2004.

20. EUROSTAT, Agri-environmental indicator - energy use. 2022.

21. Zhu, N., et al. (2023) Energy-sustainable agriculture in the European Union member states: Overall productivity growth and structural efficiency. Socio-Economic Planning Sciences: p. 101520.