Energetska učinkovitost v kmetijstvu

Svetovno povpraševanje po energiji narašča, svetovni viri fosilnih goriv pa se hitro izčrpavajo. Toplogredni plini, ki se sproščajo v ozračje zaradi proizvodnje in porabe energije, so pomembni vzrok degradacije ekosistemov. Za trajnostni razvoj gospodarstva je ključnega pomena, da lahko dosledno in zanesljivo pridobiva potrebno energijo, ki je hkrati stroškovno ugodna in okolju prijazna. Prav tako je za zadovoljitev energetskih potreb nujna učinkovita in uspešna raba energije. Pri tem ima energetska učinkovitost ključno vlogo, saj vpliva na številne procese, od proizvodnje do porabe virov [1, 2].

Energetska učinkovitost je proces iskanja načinov, kako porabiti manj energije in hkrati ohraniti enake ravni proizvodnje in storitev [3]. Energetska učinkovitost je najčistejše in najcenejše "prvo gorivo« (first fuel), s katerim lahko zadovoljimo naraščajoča povpraševanja po energiji. Energetska učinkovitost je ključnega pomena za energetsko varnost in upravljanje virov. Prav tako zagotavlja večjo produktivnost in zaposlovanje. Vključuje tudi boj proti podnebnim spremembam. Nudi pomoč za razvoj podeželja in je ključni element pri zmanjševanju primanjkljaja tekočega računa. Energetska učinkovitost je eno od področij, ki ga je treba obravnavati previdno, saj je neposredno povezana s trajnostjo gospodarske rasti in cilji socialnega razvoja. Prav tako ima ključno vlogo pri zmanjševanju emisij toplogrednih plinov [4, 5].

Energetska učinkovitost

Energija je opredeljena kot sposobnost opravljanja dela. Energetska učinkovitost je opredeljena kot zmanjšanje porabe energije na enoto ali količino proizvoda brez znižanja življenjskega standarda ali kakovosti storitev v infrastrukturi ter kakovosti in količine proizvodnje v industrijskih podjetjih in kmetijstvu [3]. Energetska učinkovitost v širšem smislu pomeni vse ukrepe za povečanje učinkovitosti, kot so preprečevanje izgub energije v sistemih, ki uporabljajo plin, paro, toploto, svetlobo, zrak in elektriko, predelava in ponovna uporaba različnih odpadkov, zmanjšanje povpraševanja po energiji brez zmanjšanja proizvodnje z napredno tehnologijo, uporaba učinkovitejših virov energije, napredni postopki in povrnitev energije. Energetska učinkovitost je ključni element politik številnih razvitih držav [6, 7].

Študije energetske učinkovitosti se izvajajo za izboljšanje ali, če je mogoče, popolno odpravo nepotrebne rabe energije z prepoznavanjem gorišč nepotrebne rabe energije. Energetska učinkovitost ne pomeni zmanjševanja ali omejevanja povpraševanja po energiji. Nanaša se bolj na zmanjšanje količine porabljene energije na izdelek kot na stopnjo porabe energije [7].

Druga ključna sestavina energetske učinkovitosti je merjenje ali izračun. Za merjenje energetske učinkovitosti so bile razvite številne metode. Na najosnovnejši način lahko energetsko učinkovitost izračunamo tako, da primerjamo proizvodnjo s količino energije, porabljene v proizvodnem procesu. Na primer, količina energije, ki je potrebna za proizvodnjo ene enote izdelka, se lahko uporabi za ugotavljanje, ali se energija uporablja učinkovito. Po opravljenih izračunih je mogoče energetsko učinkovitost interpretirati tako, da najdemo vrednost med 0 % in 100 % [2].

Energetska učinkovitost v kmetijstvu

Energija se v kmetijstvu uporablja na vseh stopnjah procesa, vključno z izdelavo in uporabo kemikalij, delovanjem različnih delov opreme, kot so traktorji, samokolnice, gojitelji itd., ogrevanjem rastlinjakov, stavb in hlevov za živali ter oskrbo z vodo. Energetska učinkovitost je za kmete ključnega pomena. Ni je mogoče zanemariti. Energija, ki je ključni vložek v proizvodnjo, se učinkovito uporablja na nizki ravni, saj od kmetov zahteva manjši vložek in povečuje dobiček iz proizvodnje [8].

V kmetijstvu se uporablja stroje. Ti stroji delujejo na vire energije, kot so bencin, dizelsko gorivo in kurilno olje. Električna energija se uporablja pri ogrevanju in pridobivanju vode. Energija v kmetijstvu je prav tako pomembna za proizvodnjo kemikalij za kmetijstvo (agrochemicals), kmetijske opreme in infrastruktur. Anorganska dušikova gnojila se izdelujejo z uporabo velike količine zemeljskega plina [9].

Za izboljšanje energetske učinkovitosti in finančnega položaja ter zmanjšanje porabe energije in vplivov na okolje se lahko pri kmetijskih dejavnostih uporabljajo različne tehnologije in viri. Ukrepi za energetsko učinkovitost lahko s pravilnim izvajanjem pomagajo proizvajalcem prihraniti energijo in hkrati ohraniti produktivnost. Učinkovite politike, kot so usposabljanje o energetski učinkovitosti in spodbude, lahko pomagajo kmetom in omogočajo bolj učinkovito delovanje [10].

Za izboljšanje energetske učinkovitosti in finančnega položaja ter zmanjšanje porabe energije in vplivov na okolje se lahko pri kmetijskih dejavnostih uporabljajo različne tehnologije in viri. V različnih delih kmetijskega sektorja so potrebni različni pristopi k upravljanju energije. Kmetije se ne razlikujejo le po velikosti in finančnih zmožnostih. Razlikujejo se tudi glede na geografsko lego in podnebje. Oba fizična parametra vplivata na potrebe po energiji. Hladno podnebje na primer pomeni večjo porabo energije za ogrevanje, toplejše podnebje pa pomeni večjo porabo energije za klimatizacijo in uravnavanje klime [11, 12].

Povečanje energetske učinkovitosti v kmetijstvu predstavlja številne izzive. Pomembne ovire so razlike v geografiji, podnebju in strukturi industrije ter pomanjkanje informacij in dostopa do kapitala, potrebnega za izvajanje posodobitev učinkovitosti. Zvezni programi za odpravo teh ovir so imeli pomembno vlogo pri spodbujanju trga k učinkovitejši opremi in praksam [8].

Uvedba energetske učinkovitosti v kmetijstvu

Tako kot v drugih sektorjih je tudi v kmetijstvu zelo pomembno zmanjšati stroške energije. Kmetijska vozila, rastlinjaki, sušilniki, stavbe, namakalni sistemi in kmetijska oprema so del vsakodnevnega delovanja rastlinskih in živinorejskih kmetij. Ti dejavniki lahko povzročajo visoke energetske stroške [13]. Z učinkovito rabo energije je mogoče znižati energetske stroške, ne da bi pri tem znižali kakovost ali učinkovitost izdelkov. Učinkovito rabo energije v kmetijskih dejavnostih je mogoče zagotoviti z različnimi politikami in praksami. Učinkovitost v kmetijskih podjetjih je mogoče doseči z varčevanjem z energijo in učinkovito rabo naravnih virov [14, 15].

Podatki o porabi energije so ključnega pomena. Energetska revizija se nanaša na celotno študijo, ki vključuje postopke zbiranja informacij, merjenja, vrednotenja in poročanja za povečanje energetske učinkovitosti. Energetski pregled vključuje tudi merjenje vseh energetskih tokov in uporabe energije v podjetju. Tako lahko ugotovimo skupno energetsko ravnovesje, ki bo osnova za načrte in uvedbe energetske učinkovitosti [16].

Pred obravnavo ukrepov za energetsko učinkovitost v kmetijstvu je treba razumeti, kje in kako prihaja do izgub energije ter kakšni so vzroki zanje. Raba energije v kmetijstvu pomeni neposredno in posredno rabo energije, povezano z vsemi vrstami vložkov, ki se uporabljajo za proizvodnjo kmetijskih proizvodov. Ugotavljanje in beleženje energetskih vložkov podjetja ter priprava potrebnih energetskih načrtov sta ključnega pomena za energetsko učinkovitost. Te številke temeljijo na povprečni proizvodnji ali najboljših ocenah. Tako se ugotovijo gorišča visoke porabe energije in načrtujejo ustrezne uvedbe [17, 18].

Obstoječe sisteme je treba redno vzdrževati. Preverjanje luči, tuljav ter ventilatorjev za prah, zamenjava tesnil in vzdrževanje grelnikov lahko na primer izboljša delovanje opreme ter zmanjša potrebo po dodatnem delu in stroških [17, 19].

V nadaljevanju so navedeni primeri dobrih praks energetske učinkovitosti v kmetijstvu.

Ogrevanje: Glede na dejavnost ima lahko ogrevanje velik vpliv na kmetijsko podjetje in predstavlja veliko priložnost za prihranek energije. Količina energije, ki se porabi za ogrevanje, je še posebej visoka pri proizvodnji v rastlinjakih [20]. Nadzor temperature je bistvenega pomena za zmanjšanje količine energije, ki se porabi v ta namen. Termostate je treba namestiti na mestih, kjer nanje ne bosta vplivala mraz ali sončna svetloba. Grelnike in cevovode je treba redno vzdrževati. Preprečiti je treba izgube toplote v stavbah, hlevih in skladiščnih objektih [17].

Kmetijska vozila: Uporaba dizelskega goriva v strojih predstavlja znaten delež neposredne energije v kmetijstvu, zlasti v poljedelstvu in pri oskrbi intenzivne živinoreje. Skrbno vzdrževanje in uporaba kmetijskih vozil bosta tako znatno izboljšala energetsko učinkovitost. Pri upravljanju energije je ključnega pomena, da se zmanjša količina goriva, ki se porabi pri obdelavi tal in drugih opravilih na polju. Za to je treba optimizirati uporabo traktorjev, orodij in strojev na polju. Postopke na polju, kot sta gnojenje in sejanje, je mogoče kombinirati, da se zmanjša število obratov po polju [13]. Pomembno je zamenjati filtre, olje, napolniti pnevmatike, prilagoditi ravnotežje, izračunati potrebno napajanje in določiti najboljše pogoje delovanja za vozila, ki se uporabljajo na terenu. Spremljati je treba tlak v pnevmatikah in izkoristek goriva. Za zmanjšanje porabe goriva je treba zmanjšati odvečno težo vozil. Prav tako je treba poznati vozne lastnosti vozila, da bi dosegli čim večjo učinkovitost porabe goriva [17, 21]. Če ima kmetija rezervoarje za gorivo, jih je treba hladiti in redno preverjati, ali puščajo, da se zmanjša izhlapevanje goriva. Podobno lahko storimo tudi za grelnike. Grelniki ohišja motorja v kmetijskih vozilih zagotavljajo, da je vozilo pripravljeno za zagon tudi v hladnem vremenu, vendar ni treba, da delujejo vso noč. Če vse v te grelnike namestijo časovniki, se lahko motor začne segrevati nekaj ur prej. Uporaba grelnikov za ohranjanje dobrega delovanja motorja pozimi je cenejša od uporabe goriva za ogrevanje motorja. Vozila v prostem teku lahko porabijo do 20 % celotne porabe goriva, zato je treba stroje izklopiti, ko niso v uporabi [13, 14].

Razsvetljava: Kmečka poslopja, rastlinjaki, hlevi za perutnino in skednji potrebujejo razsvetljavo. Sistemi naravne razsvetljave ne porabljajo energije. Prozorne plošče, ki so lahko v obliki svetlobnih cevi, se uporabljajo za naravno osvetlitev [16]. Na območjih, kjer naravna svetloba ne zadostuje, se uporabljajo dodatni viri svetlobe. Tradicionalni viri svetlobe so neučinkoviti in ustvarjajo veliko sevajoče toplote. Zato je treba za energetsko učinkovito razsvetljavo dati prednost žarnicam LED, saj porabijo manj energije in so učinkovite dlje kot običajne žarnice, ne da bi se zmanjšala njihova produktivnost. Žarnice LED se lahko uporabljajo v rastlinjakih, skednjih, perutninskih hlevih in gospodarskih poslopjih [22]. Sistem samodejnega nadzora osvetlitve zagotavlja, da se luči prižgejo le po potrebi, s čimer se doseže najučinkovitejša raven osvetlitve z najmanjšim številom prižganih luči [17].

Prezračevanje: Prezračevanje predstavlja približno 14 % vseh energetskih stroškov v kmetijstvu. Z ugotavljanjem težav in uvedbo izboljšav prezračevalnega sistema se lahko poraba energije zmanjša za do 20 %. Učinkovito prezračevanje je ključnega pomena za vsako kmetijo, vendar lahko ti ventilatorji porabijo veliko energije, zlasti v vročem vremenu. Če je mogoče, uporabite okna in vrata, ki omogočajo naravno prezračevanje. Tako se lahko ventilatorji izklopijo ali redkeje zaženejo. Menjava neučinkovitih prezračevalnih ventilatorjev z učinkovitejšimi zmanjša porabo energije in prihrani denar. Brez ustreznega vzdrževanja se lahko učinkovitost prezračevalnih sistemov zmanjša za do 60 %, kar povzroča višje obratovalne stroške in nevarnost okvare [17]. Zato je ključnega pomena, da so lopatice in rešetke ventilatorja čiste. Pretok zraka ovirajo snovi, kot so prah ali puh, ki se lepijo na površine. Za boljšo učinkovitost, manjšo porabo energije in daljšo življenjsko dobo motorja lahko inverterski ventilator motorja uporabljajo tudi frekvenčne pretvornike [14, 15].

Namakanje: Vsak namakalni sistem uporablja električno energijo. Sistemi za napajanje živali in namakanje lahko optimiziramo tako, da porabijo manj energije. Glede na število živali na kmetiji morajo biti napajalniki za živali ustrezno izolirani in ustrezne velikosti. Izbira ustreznih črpalk, nizkotlačno namakanje, kapljično namakanje in optimizacija distribucijskega sistema so ključnega pomena za namakanje pridelkov. Z nizkotlačnimi razpršilniki za namakanje poljščin lahko zmanjšamo potrebo po črpanju brez da bi zmanjšali pretok vode. Ti sistemi imajo daljšo življenjsko dobo in zagotavljajo cenovno ugodnejšo oskrbo z vodo. Namakanje z nizkimi razpršilci in natančno namakanje sta dve najučinkovitejši metodi namakanja. Obe porabita manj vode in energije. Pomembno je, da uporabljamo nizkoenergijske ali brezenergijske napajalnike za živali, saj porabijo manj energije, ohranjajo svežino in preprečujejo zmrzovanje vode. Električne črpalke zagotavljajo večjo zanesljivost, nižje obratovalne stroške in večjo učinkovitost pri zamenjavi dizelskih namakalnih črpalk. Slabost teh črpalk je potencialna potreba po trifaznem električnem napajanju velikih motorjev. V ta namen se lahko uporabljajo rotacijski fazni pretvorniki, ki enofazno moč pretvarjajo v trifazno. Namakalni sistemi so lahko s pomočjo pametnih senzorjev še učinkovitejši. Ti senzorji lahko izmerijo vlažnost tal in določijo, kdaj je treba zalivati poljščine. Prav tako lahko zaznajo pomanjkanje hranil v tleh in določijo, kdaj je treba gnojiti [13, 23].

Sušenje: V nekaterih primerih se za sušenje pridelkov porabi več energije kot za njihovo pridelavo. Za zagotavljanje suhosti izdelka je treba uporabiti merilnik vlage. Če je potrebno mehansko sušenje, se lahko uporabi naravni zrak ali nizkotemperaturni sušilni sistem [13].

Za izboljšanje energetske učinkovitosti na kmetiji je običajno potrebna manjša naložba kot za namestitev novih sistemov za proizvodnjo energije. Inovacije na področju energetske učinkovitosti v kmetijstvu je treba razviti in uvajati v praksi. Razvoj in izvajanje celovitih ter povezanih ukrepov za energetsko učinkovitost sta prav tako ključnega pomena za trajnost sistema. Energetska učinkovitost na kmetiji in v celotni dobavni verigi bo pomagala ublažiti učinke naraščajočih stroškov energije za ogrevanje, elektriko, plin in tekoča goriva [13, 17].

Direktiva Evropske unije o energetski učinkovitosti

Evropska unija je v okviru svežnja "Pripravljeni na 55" zaključila medinstitucionalna pogajanja o izboljšanem pravnem okviru za energetsko učinkovitost in predložila revidirano direktivo o energetski učinkovitosti (Energy Efficiency Directive), ki je bila uradno sprejeta 24. julija 2023 [24].

Določen cilj revidirane direktive je zmanjšanje porabe končne energije v državah članicah Evropske unije za 11,7 % do leta 2030. Poleg tega so si države Evropske unije zastavile cilj, da med letoma 2024 in 2030 povečajo povprečno letno stopnjo prihrankov energije s sedanjih 0,8 % na 1,49 %. S tem okvirom si Evropska unija želi povečati prihranke energije v ključnih panogah, kot so gradbeništvo, industrija, kmetijstvo in promet [24]. Ta direktiva z uvedbo številnih ukrepov za spodbujanje praks energetske učinkovitosti odraža pozornost, ki jo Evropska unija namenja energetski učinkovitosti [24].

Viri in literatura

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.