Posibilități de eficientizare energetică a sectorului agricol

În timp ce cererea globală de energie este în creștere, resursele de energie fosilă ale lumii se epuizează rapid. Gazele cu efect de seră eliberate în atmosferă ca urmare a producției și consumului de energie joacă un rol semnificativ în degradarea ecosistemelor. Pentru ca o economie să se dezvolte în mod durabil, este esențial ca aceasta să poată obține energia de care are nevoie în mod constant și fiabil, fiind în același timp rentabilă și ecologică. În plus, este esențial să se utilizeze energia în mod eficient și eficace pentru a satisface nevoile energetice. În acest sens, eficiența energetică joacă un rol esențial, deoarece afectează multe procese, de la producerea resurselor la consumul acestora [1, 2].

Eficiența energetică este procesul prin care se găsesc modalități de a utiliza mai puțină energie, menținând în același timp același nivel de producție și servicii [3]. Eficiența energetică este „primul combustibil” cel mai curat și mai puțin costisitor care răspunde cererii noastre crescânde de energie. Eficiența energetică este esențială pentru securitatea energetică și gestionarea resurselor. Aceasta înseamnă creșterea productivității și a ocupării forței de muncă. Ea presupune combaterea schimbărilor climatice. Reprezintă asistență pentru dezvoltarea rurală. Este o componentă esențială în reducerea deficitului de cont curent. Eficiența energetică este unul dintre domeniile care trebuie abordate cu precauție din cauza relației sale directe cu durabilitatea creșterii economice și cu obiectivele de dezvoltare socială, precum și a rolului critic pe care îl joacă în reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră [4, 5].

Eficiența energetică

Capacitatea de a efectua muncă este definită ca energie. Eficiența energetică este definită ca fiind reducerea consumului de energie pe unitate sau cantitate de produs fără a reduce standardele de viață sau calitatea serviciilor în clădirile de locuințe, precum și calitatea și cantitatea producției în întreprinderile industriale și în agricultură [3]. Eficiența energetică, într-un context mai larg, se referă la toate măsurile de creștere a eficienței, cum ar fi prevenirea pierderilor de energie în sistemele care utilizează gaz, abur, căldură, lumină, aer și electricitate, recuperarea și utilizarea diferitelor deșeuri sau reducerea cererii de energie fără a reduce producția prin tehnologii avansate, surse de energie mai eficiente, procese avansate și recuperări de energie. Eficiența energetică este o componentă cheie a politicilor multor țări dezvoltate [6,7].

Studiile de eficiență energetică sunt efectuate pentru a îmbunătăți sau, dacă este posibil, pentru a elimina complet utilizarea inutilă a energiei prin identificarea punctelor de utilizare a energiei care nu sunt necesare. Eficiența energetică nu implică scăderea sau restricționarea cererii de energie; mai degrabă, se referă la scăderea cantității de energie consumată per produs, decât la rata de consum de energie [7].

O altă componentă esențială a eficienței energetice este măsurarea sau calculul. Au fost dezvoltate multe metode de măsurare a eficienței energetice. În forma sa cea mai elementară, eficiența energetică poate fi calculată prin compararea randamentului producției cu cantitatea de energie utilizată în procesul de producție. De exemplu, cantitatea de energie necesară pentru a produce o unitate de produs poate fi utilizată pentru a determina dacă energia este utilizată în mod eficient. În urma calculelor, eficiența energetică poate fi interpretată prin găsirea unei valori între 0% și 100% [2].

Eficiența energetică în agricultură

În agricultură se utilizează energie în fiecare etapă a procesului de producție, inclusiv pentru crearea și aplicarea de substanțe chimice, funcționarea diferitelor echipamente, cum ar fi tractoarele, roabele, cultivatoarele etc., încălzirea serelor, a clădirilor și a grajdurilor pentru animale, precum și pentru furnizarea de apă. Eficiența energetică este o preocupare critică pentru agricultori care nu poate fi ignorată. Energia, un input crucial în producție, este utilizată în mod eficient la un nivel scăzut, necesitând mai puțin input din partea fermierilor și crescând profitul realizat din producție [8].

Agricultura implică utilizarea de mașini. Aceste utilaje funcționează cu ajutorul unor surse de energie precum benzina, motorina și păcura. Procesele de încălzire și de extracție a apei utilizează ambele energie electrică. Pentru fabricarea produselor agrochimice, a echipamentelor agricole și diferitelor structuri, agricultura utilizează, de asemenea, energie în mod indirect. Îngrășămintele anorganice pe bază de azot sunt fabricate folosind o cantitate considerabilă de gaz natural [9].

Diverse tehnologii și resurse pot fi utilizate în activitățile agricole pentru a îmbunătăți eficiența energetică, pentru a îmbunătăți situația financiară, pentru a reduce consumul de energie și pentru a reduce impactul asupra mediului. Atunci când sunt implementate corect, măsurile de eficiență energetică pot ajuta producătorii agricoli să economisească energie, menținând în același timp productivitatea. Politicile eficiente, cum ar fi formarea în domeniul eficienței energetice și stimulentele, pot ajuta fermierii să își îmbunătățească operațiunile [10].

Diverse tehnologii și resurse pot fi utilizate în activitățile agricole pentru a îmbunătăți eficiența energetică, condițiile economice, pentru a reduce consumul de energie și pentru a reduce impactul asupra mediului. Sunt necesare diferite abordări ale gestionării energiei în diferite părți ale sectorului agricol. Exploatațiile agricole diferă nu numai ca mărime ci și capacitate financiară. Fermele variază în funcție de geografie și climă. Acești parametri fizici influențează împreună nevoile energetice ale unui fermier. Climatele reci, de exemplu, necesită un consum mai mare de energie pentru încălzire, în timp ce climatele mai calde necesită un consum mai mare de energie pentru aer condiționat și controlul climei [11, 12].

Există mai multe provocări în ceea ce privește creșterea eficienței energetice în agricultură. Diferențele geografice, de climă și structură industrială, precum și lipsa de informații și de acces la capitalul necesar pentru a pune în aplicare îmbunătățiri ale eficienței, toate acestea reprezintă bariere. Programele naționale menite să elimine aceste impedimente au jucat un rol important în impulsionarea pieței către echipamente și practici mai eficiente [8].

Aplicații ale eficienței energetice în agricultură

Ca și în alte sectoare, reducerea costului energiei în produsele agricole este esențială. Vehiculele agricole, serele, uscătoarele, clădirile, sistemele de irigare și echipamentele agricole fac parte din operațiunile zilnice ale unei ferme agricole sau de creștere a animalelor și pot duce la costuri energetice ridicate [13]. Prin utilizarea eficientă a energiei, este posibil să se reducă costurile energetice fără a diminua calitatea sau eficiența produselor. Utilizarea eficientă a energiei în activitățile agricole poate fi asigurată printr-o varietate de politici și practici. Eficiența în întreprinderile agricole poate fi obținută prin conservarea energiei, precum și prin utilizarea eficientă a resurselor naturale [14, 15].

Este esențial să se dispună de informații despre consumul de energie. Auditul energetic se referă la întregul studiu care constă în etapele de colectare a informațiilor, măsurare, evaluare și raportare pentru creșterea eficienței energetice. Auditul energetic include, de asemenea, măsurarea tuturor fluxurilor de energie și a utilizării energiei în cadrul întreprinderii pentru a include bilanțul energetic total, care va servi drept bază pentru planurile și aplicațiile de eficiență energetică [16].

Înainte de a lua în considerare măsuri de eficiență energetică în agricultură, este necesar să se înțeleagă unde și cum se produc pierderile de energie, precum și cauzele acestor pierderi. Consumul de energie în agricultură include atât consumul de energie directă, cât și indirectă, asociată cu toate tipurile de inputuri utilizate pentru a produce produse agricole. Determinarea și înregistrarea intrărilor de energie ale întreprinderii, precum și elaborarea planurilor energetice necesare, sunt esențiale pentru eficiența energetică. Aceste cifre se bazează pe producția medie sau pe cele mai bune estimări. Ca urmare, se identifică punctele de consum ridicat de energie și se planifică aplicațiile corespunzătoare [17, 18].

Sistemele existente trebuie să fie întreținute periodic. Verificarea luminilor, a serpentinelor și a ventilatoarelor pentru praf, înlocuirea garniturilor și întreținerea cazanelor, de exemplu, poate îmbunătăți performanța echipamentelor și pot reduce nevoia de forță de muncă și costuri suplimentare [17, 19].

Exemple de practici de eficiență energetică în agricultură sunt următoarele.

Încălzire: În funcție de activitate, încălzirea poate avea un impact semnificativ asupra unei întreprinderi agricole, oferind o oportunitate semnificativă de economisire a energiei. Cantitatea de energie utilizată pentru încălzire este deosebit de mare în sere [20]. Controlul temperaturii este esențial pentru reducerea cantității de energie utilizată în acest scop. Termostatele trebuie instalate în zone în care nu vor fi afectate de frig sau de lumina soarelui. Cazanele și țevile ar trebui să fie întreținute în mod regulat. Ar trebui să se evite pierderile de căldură în clădiri, hambare și structuri de depozitare [17].

Vehicule agricole: Utilizarea motorinei de către utilaje reprezintă o parte semnificativă a energiei directe în agricultură, în special în cazul culturilor arabile și al furajelor pentru creșterea intensivă a animalelor. Prin urmare, o întreținere și o utilizare atentă a vehiculelor agricole va îmbunătăți semnificativ eficiența energetică. Pentru gestionarea energiei este esențial să se reducă cantitatea de combustibil utilizată în lucrările solului și în alte aplicații pe câmp. Acest lucru necesită optimizarea utilizării tractoarelor și a uneltelor/mașinilor în aplicațiile din câmp. Operațiunile de câmp, cum ar fi împrăștierea îngrășămintelor și semănatul, pot fi combinate pentru a reduce numărul de treceri pe câmp [13]. Este esențial să se schimbe filtrele, să se schimbe uleiul, să se umfle anvelopele, să se ajusteze balansul, să se calculeze necesarul de putere și să se determine cele mai bune condiții de funcționare pentru vehiculele utilizate în câmp. Trebuie monitorizate presiunea din pneuri și eficiența combustibilului. Greutatea în exces a vehiculelor ar trebui redusă pentru a reduce consumul de combustibil. De asemenea, este necesar să se înțeleagă caracteristicile de conducere ale vehiculului pentru a maximiza eficiența combustibilului [17, 21]. În cazul în care ferma are rezervoare de combustibil, acestea ar trebui să fie ținute la rece și verificate în mod regulat pentru a detecta dacă nu există scurgeri, pentru a reduce evaporarea combustibilului. Utilizarea încălzitoarelor pentru a menține motoarele în stare bună de funcționare pe timp de iarnă este mai puțin costisitoare decât utilizarea combustibilului pentru a încălzi motorul. Vehiculele care merg la ralanti pot consuma până la 20% din consumul total de combustibil, astfel încât mașinile ar trebui oprite atunci când nu sunt utilizate [13, 14].

Iluminat: Clădirile agricole, serele, adăposturile de păsări și hambarele necesită iluminat. Sistemele de iluminat natural nu utilizează energie pentru a asigura iluminarea. Pentru iluminatul natural se folosesc panouri transparente, care pot lua forma unor tuburi luminoase [16]. În zonele în care lumina naturală este insuficientă, se utilizează surse de lumină suplimentare. Sursele de lumină tradiționale sunt ineficiente și generează multă căldură radiantă. Prin urmare, ar trebui să se prefere becurile LED pentru iluminatul eficient din punct de vedere energetic, deoarece acestea utilizează mai puțină energie și durează mai mult decât becurile cu incandescență, fără a reduce productivitatea. Becurile LED pot fi utilizate în hambare, cotețe de păsări și clădiri agricole, pe lângă sere [22]. În plus, sistemul de control automat al iluminatului asigură faptul că luminile sunt aprinse doar atunci când este necesar, obținându-se cel mai eficient nivel de iluminare cu cele mai puține lumini [17].

Ventilație: Ventilația reprezintă aproximativ 14% din totalul facturilor de energie din industrie. Identificarea și punerea în aplicare a îmbunătățirilor sistemului de ventilație poate reduce consumul de energie cu până la 20%. O ventilație eficientă este esențială pentru orice fermă, dar aceste ventilatoare pot consuma multă energie, în special când vremea este caldă. Dacă este posibil, este recomandată folosirea ferestrelor și ușilor care să permită o ventilație naturală. Ca urmare, ventilatoarele sunt oprite sau funcționează mai rar. Înlocuirea ventilatoarelor ineficiente cu altele mai eficiente reduce consumul de energie și economisește bani. În lipsa unei întrețineri adecvate, eficiența sistemelor de ventilație poate fi redusă cu până la 60%, ceea ce duce la creșterea costurilor de funcționare și la riscul de defecțiune [17]. Din acest motiv, este esențială menținerea paletelor și a grilelor ventilatoarelor curate. Fluxul de aer este împiedicat de substanțe precum praful, scamele și altele, care se lipesc de suprafețe. Motoarele ventilatoarelor cu invertor pot beneficia, de asemenea, de acționări cu frecvență variabilă pentru a îmbunătăți eficiența, a reduce consumul de energie și a prelungi durata de viață a motorului [14, 15].

Irigare: Orice sistem de irigare utilizează energie electrică. Sistemele de adăpare a animalelor și de irigare pot fi realizate astfel încât să utilizeze mai puțină energie. În funcție de numărul de animale din fermă, adăpătoarele pentru animale trebuie să fie izolate corespunzător și să aibă dimensiuni adecvate Alegerea pompelor potrivite, irigarea cu presiune joasă, irigarea prin picurare și optimizarea sistemului de distribuție sunt esențiale pentru irigarea culturilor. Duzele de aspersoare de joasă presiune pentru irigarea culturilor reduc cerințele de pompare fără a reduce debitul de apă. Aceste sisteme au o viață mult mai lungă și furnizează apă într-un mod mai eficient din punct de vedere al costurilor. Aplicarea prin aspersiune de joasă înălțime și aplicarea de precizie de joasă înălțime sunt două dintre cele mai eficiente tehnici de irigare. Aceste procedee utilizează mai puțină apă și consumă mai puțină energie.

Este important ca adăpătoarele pentru animale să aibă consum energetic redus sau să fie fără consum de energie, să păstreze apa proaspătă și să prevină înghețarea. Pompele electrice oferă o fiabilitate mai mare, costuri de funcționare mai mici și o eficiență mai bună atunci când înlocuiesc pompele de irigare diesel. Dezavantajul acestor pompe este potențiala nevoie de energie electrică trifazată pentru motoarele mari. În acest scop, pot fi utilizate convertoare de fază rotative, care convertesc energia monofazată în energie trifazată. Sistemele de irigații pot deveni mai eficiente cu ajutorul senzorilor inteligenți. Aceștia pot măsura umiditatea solului și pot determina când trebuie udate culturile. De asemenea, aceștia pot detecta deficiențele de nutrienți din sol și pot determina când trebuie să aibă loc fertilizarea [13, 23].

Uscare: În unele cazuri, uscarea unei culturi consumă mai multă energie decât cultivarea acesteia. Pentru a asigura uscarea produsului, trebuie utilizat un aparat de măsurare a umidității. În cazul în care este necesară uscarea mecanică, se poate folosi aerul natural sau un sistem de uscare la temperaturi scăzute [13].

Îmbunătățirea eficienței energetice în cadrul fermei necesită, de obicei, investiții mai mici decât instalarea unor noi sisteme de producție de energie. Inovațiile în materie de eficiență energetică în agricultură trebuie să fie dezvoltate și puse în practică. Dezvoltarea și implementarea măsurilor integrate de eficiență energetică este, de asemenea, esențială pentru durabilitatea producției. Eficiența energetică la fermă și în întregul lanț de aprovizionare va contribui la atenuarea efectelor creșterii costurilor energetice pentru căldură, electricitate, gaz și combustibili lichizi [13, 17].

Directiva Uniunii Europene privind eficiența energetică

Ca parte a pachetului „Fit for 55”, UE a încheiat negocierile interinstituționale privind un cadru juridic îmbunătățit pentru eficiența energetică și a prezentat o directivă revizuită privind eficiența energetică, care a fost adoptată oficial la 24 iulie 2023 [24]. Directiva revizuită stabilește un obiectiv de reducere a consumului final de energie la 11,7 % pentru 2030 pentru statele membre ale UE. În plus, națiunile UE și-au stabilit obiectivul de a crește rata medie anuală de economisire a energiei de la 0,8% în prezent la 1,49% între 2024 și 2030. În acest cadru, se urmărește creșterea economiilor de energie în industrii cruciale precum construcțiile, industria, agricultura și transporturile [24]. Prin introducerea unei serii de măsuri care să contribuie la avansarea practicilor de eficiență energetică, această directivă reflectă prioritatea ridicată pe care UE o acordă eficienței energetice [24].

Bibliografie

1. FAO, Energy, agriculture and climate change towards energy-smart agriculture, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2016.

2. Kavaz, İ., Sürdürülebilirlik Politikaları Çerçevesinde Enerji Verimliliği, SİYASET, EKONOMİ VE TOPLUM ARAŞTIRMALARI VAKFI (SETA). 2019: İstanbul.

3. EnVer. Enerji Verimliliği Nedir? 2023 [12.08.2023]; Available from: https://www.enver.org.tr/enerji-verimliligi.

4. IEA, Energy Efficiency, International Energy Agency, Editor. 2023, Energy Information Administration: Paris.

5. Liu, J., et al., Energy Efficiency, Energy Conservation and Determinants in the Agricultural Sector in Emerging Economies. 2021. 11(8): p. 773.

6. YILDIZ, A., S. AKGÜL, and S. GÜVERCİN, Sanayide Enerji Verimliliği ve Uygulamaları. Journal of Advanced Technology Sciences, 2017. 7(1).

7. ETKB, Enerji Verimliliği Eğitim Kitabı, E.v.T.K.B.E.V.v.Ç.D. Başkanlığı, Editor. 2023: Ankara.

8. Levine, A., Energy Efficiency in Agriculture: A Review of the Role of the Federal Government and State and Private Entities An Alliance to Save Energy White Paper. Alliance to Save Energy 2012.

9. Pimentel, D., Handbook of Energy Utilization In Agriculture. 2017: CRC Press, Taylor & Francis eBooks.

10. AgrEE, Energy Saving Measures in Agriculture – Overview on the Basis of the National Reports. Agriculture and Energy Efficiency (AGREE). Project Deliverable 2.3. 2013.

11. Wang, W., et al., Overcoming Barriers to Agriculture Green Technology Diffusion through Stakeholders in China: A Social Network Analysis. Int J Environ Res Public Health, 2020. 17(19).

12. Pereira, F., N.S. Caetano, and C. Felgueiras, Increasing energy efficiency with a smart farm—An economic evaluation. Energy Reports, 2022. 8: p. 454-461.

13. Stephen Herbert, M.H., Carrie Chickering-Sears, Sarah Weis, Jacqui Carlevale, Katie Campbell-Nelson, Fact Sheet: Energy Conservation and Efficiency. University of Massachusetts Amherst, Center for Agriculture, Food, and the Environment, Extension Crops, Dairy, Livestock, Equine, 2021.

14. Susser, J. Energy Efficiency Opportunities in Agriculture. Advanced Energy 2018 [14.08.2023]; Available from: https://www.advancedenergy.org/2018/09/14/energyefficiencyagriculture/.

15. Beyaz, A., et al., Tarımsal Üretimde Enerji Verimliliğinin Planlanması ve Sağlanması, in 8. Enerji Verimliliği Forumu ve Fuarı 2017: Türkiye.

16. Can, O., Kullanici Tarafi Enerji Verimliliği ve Yönetimi Hizmetleri: Hasat 2 Projesi İP-4 Raporu. 2023.

17. Carbon Trust, Energy efficiency in agriculture: Sector guide. 2019: UK.

18. Snow, S., C. Clerc, and N. Horrocks, Energy audits and eco-feedback: Exploring the barriers and facilitators of agricultural energy efficiency improvements on Australian farms. Energy Research & Social Science, 2021. 80: p. 102225.

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

20. Iddio, E., et al., Energy efficient operation and modeling for greenhouses: A literature review. 2020. 117: p. 109480.

21. Mutlu, N., Tarımsal Üretim İçin Entegre Kaynak Verimliliği. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ejosat 2021, 2020. 20: p. 293-298, DOI: 10.31590/ejosat.782364.

22. Singh, D., et al., LEDs for energy efficient greenhouse lighting. 2015. 49: p. 139-147.

23. Iliev, I., et al., Energy Efficiency and Energy Management Handbook. Bulgaria Energy Efficiency for Competitive Industry Financing Facility (BEECIFF): Project Preparation, Capacity Building and Implementation Support, ed. I.K. Iliev. 2012.

24. EU, Energy Efficiency Directive, D.-G.f. Energy, Editor. 2023: Brussels.