Референце

Директни ефекти сточарске производње на емисију GHG: ентеричка ферментација, управљање стајњаком и потрошња енергије

Сточарска производња је према проценама значајан извор емисије гасова стаклене баште, која учествује са 14,5% у укупној антропогеној емисији, односно 8,1 гигатона CO₂ еквивалента годишње [1]. CO₂ еквивалент (CO₂-eq) je јединица мере за угљен-диоксид која се обично изражава у метричким тонама и користи се за стандардизацију мерења свих гасова стаклене баште (GHG) који доприносе глобалном загревању. Ови гасови задржавају топлоту у Земљиној атмосфери, што доводи до пораста температура и других климатских промена. Као мера количине CO₂ и других GHG емисија које се ослобађају у атмосферу током људских активности (употреба енергије, транспорт, производња хране итд.) користи се угљенични отисак. Он заправо представља начин да се квантификују укупне количине емисија GHG које производи одређена активност, производ или појединац. Да би се израчунао угљенични отисак, све емисије GHG се претварају у њихов CO₂-eq на основу њиховог потенцијала глобалног загревања (GWP). GWP указује колико топлоте гас зароби у атмосфери у поређењу са CO₂, током датог временског периода (обично 100 година). Тако, метан има GWP од 28-36 пута већи од CO2 током 100 година, у зависности од извора, тако да је емисија 1 тоне метана еквивалентна емисији 28-36 тона CO₂-eq. GWP азот-оксида је 265 пута већи од CO₂ током 100 година, тако да је емисија 1 тоне азот-оксида еквивалентна емисији 265 тона CO₂-eq. Коришћењем мере CO₂-eq могуће је упоредити емисије различитих GHG и пратити напредак у смањењу укупних емисија GHG током времена.

Метан (CH₄), азот-оксид (N₂O) и угљен-диоксид (CO₂) су три примарна гаса стаклене баште које стока ослобађа. Угљен-диоксид се углавном ослобађа сагоревањем фосилних горива у погонским машинама, као и сагоревањем биомасе путем микробног разлагања. До емисије угљен-диоксида може доћи и приликом конверзије обрадивог земљишта у трајни травњак (променом намене земљишта) или прилагођавањем у управљању земљиштем у ратарству. Разградњом органске материје у анаеробним условима (током ентеричке ферментације код преживара, складиштењем стајњака или органског отпада прерађивачке индустрије) настаје метан. Током микробијалне трансформације азота у земљишту или стајњаку долази до емисије азот-оксида.

FAO модел глобалне процене животне средине у сточарству (GLEAM) [2] коришћен је за анализу релативне заступљености поменутих гасова, а IPCC (2014) 100-годишњи потенцијал загревања (298 за N₂O и 34 за CH₄) за конвертовање њиховог нивоа у CO₂ еквиваленте (CO₂-eq).

Према овом моделу, метан (CH₄), азот-оксид (N₂O) и угљен-диоксид (CO₂) чине 50%, 24% и 26% емисија респективно у ланцу снабдевања анималним производима (слика 1). Са учешћем од око 62% укупне емисије свих врста стоке, говеда представљају главни извор GHG. При томе, млечна и товна говеда производе сличне количине емисија. Емисије других врста (укључујући свиње, живину, биволе и мале преживаре) крећу се од 7 до 11% појединачно. На слици 2 приказано је процењено учешће емисија по врстама стоке.

Процењене вредности емисије CO₂-eq путем GLEAM модела [2] у говедарској производњи су 3,0 за месо и 1,6 гигатона за млеко. Производњом свињског меса емитује се 0,82 гигатона CO₂-eq, пилећег меса и јаја 0,79 гигатона CO₂-eq, бивољег меса и млека 0,7 гигатона CO₂-eq и 0,5 гигатона CO₂-eq производњом меса и млека малих преживара. Остатак емисија отпада на осталу живину и нејестиве производе.

Поређење емисије између различитих врста анималних производа на бази производње протеина, представља можда релевантнији начин изражавања ових релација. У том случају, бивоље месо са просеком од 404 кг CO₂-eq по кг произведеног протеина карактерише највећи интензитет емисије. На другом месту је производња говеђег меса са просеком од 295 кг CO₂-eq по кг протеина. Следе месо и млеко малих преживара и млеко бивола чије су емисије 201, 148 и 140 кг CO₂-eq по кг протеина респективно. У групу нижег интензитета емисије-мање од 100 кг CO₂-eq по кг протеина, при овом обрачуну, спадају производња крављег млека, пилећег меса и јаја и свињског меса [2]. Важно је нагласити да процењени интензитет емисије значајно варира у зависности од региона тј. агро-еколошких услова, примењене производне технологије и целокупног менаџмента.

Директним емисијама сматрају се оне које настају гајењем животиња, укључујући ослобађање штетних гасова путем ентеричке ферментације и стајњака. У групу директних емисија могу се сврстати и емисије које настају кроз пратећу потрошњу енергије. Индиректне емисије углавном потичу од производње сточне хране и повезаних промена коришћења земљишта. Однос величина директних и индиректних емисија за сада још није у потпуности разјашњен тј. не може се још увек прецизирати који од ова два типа емисија има већи удео [3;4].

Ентеричка ферментација

У дигестивном систему преживара (слика 3), одиграва се процес ентеричке ферментације која подразумева разградњу органске материје у којој преовлађују влакнаста –целулозна хранива под утицајем присутне микрофлоре [5]. Ово је у суштини јединствен и користан процес који омогућава конверзију тешко разградивих материја (целулоза, лигнин) у нутритивни вредне материје које се, у крајњем користе за исхрану људи. Међутим, током ентеричке ферментације долази и до настајања штетног гаса-метана који животиње одају у спољашњу средину (издисањем, подригивањем, дефекацијом). На тај начин, преживари представљају групу домаћих животиња која највише доприноси емисији метана у атмосферу [6].

Метан настао ентеричком ферментацијом чини 39,1% укупне GHG емисије (слика 1) и има 28 пута већи потенцијал загревања атмосфере од CO₂ [7]. Производња метана код непреживара се такође одвија, али у неупоредиво мањим количинама. Ипак, количина произведеног метана код преживара не представља константу, већ се налази се под утицајем различитих фактора (слика 4). На емисију су од највећег утицаја унос тј. количина конзумираних хранива као и њихов квалитет. Тако, са повећањем сварљивости хранива, опада синтеза метана а расте продуктивност животиња. Уколико животиње конзумирају обилније оброке то се одражава и на повећану емисију метана. Поред тога, здравствено стање животиња и присуство адитива у хранивима такође могу бити од утицаја на емисију. Може се закључити да врста преживара, систем производње као и регионалне карактеристике синергијски –здружено утичу на то којом брзином ће се енергија хране конвертовати у метан [1]. Са обзиром на допринос преживара емисији CH₄, као и неповољном утицају метаногенезе на продуктивност, неопходно је пронаћи ефикасне начине за ублажавање овог процеса. До сада је дефинисано неколико стратегија које се генерално односе на модулације исхране и менаџмента, манипулације буражне активности као и напредне стратегије на молекуларном и биохемијском нивоу. О овоме ће детаљно бити разматрано у једном од наредних поглавља.

Управљање стајњаком

Интензивирање и специјализација сточарске производње доводе до повећања количине стајњака који је извор гасова стаклене баште (GHG), метана (CH₄) и азот-оксида (N₂O). Процењено је да је стајњак одговоран за скоро 10% укупне емисије GHG гасова [2]. Нето емисије ових гасова резултат су различитих микробних активности у стајњаку [9]. Говеда и свиње представљају највећи извор емисије метана пореклом из стајњака као што је приказано на слици 5 [4; 10]. За разлику од ентеричке ферментације којом се највише ослобађа метан, стајњак поред метана представља супстрат за ослобађање азот-оксида.

Према слици 1. просечни доприноси емисија метана и азот-оксида из стајњака укупној GHG емисији износе 4,3% и 5,2% респективно. Апсолутне и релативне вредности емисије ових гасова из стајњака зависе од услова околине (температуре ваздуха, влаге), трајања складиштења и руковања стајњаком као и од типа исхране животиња. Тако, настајању метана погодују анаеробни услови, док су за стварање азот-оксида из амонијака потребни и аеробни и анаеробни услови [4]. Утврђено је да се депоновањем стајњака у чврстом стању или апликовањем у земљиште, ослобађају највеће количине азот-оксида [3]. Ово одговара процењеном уделу емисије азот- оксида од 16,4 % за депоновани/апликовани стајњак као што је приказано на слици 1. Супротно томе, складиштењем стајњака у течном стању (лагунама), емисија гасова се повећава у корист метана [10].

Потрошња енергије

Многи процеси производње у сточарству захтевају употребу енергије нпр. производња ђубрива, употреба машина и транспорт сточне хране и стоке. На самим фармама, енергија је неопходна за грејање/хлађење, храњење, вентилацију, осветљење, мужу и управљање стајњаком. Електрична енергија се генерално користи за осветљење, храњење и системе за мужу, док се фосилна горива повезана са директнoм потрошњом енергије користе за управљање стајњаком и грејање. Производња хранива за стоку, као и производња анималних производа такође се одвијају уз утрошак енергије. Може се закључити да је потрошња енергије у сточарству сконцентрисана на производњу сточне хране, смештај и управљање стајњаком.

Извор енергије у сточарству су углавном фосилна горива, а њена потрошња представља још један извор емисије C0₂. Процењено је да укупна потрошња енергије у производном циклусу анималних производа доприноси око 25% укупних емисија у сектору сточарства [1].

У целокупном производном процесу, сматра се да производња сточне хране (концентрати, конзервисана крма или испаша) представља највећег потрошача енергије [11]. Проблем је што овде постоје извесне аналитичке неусаглашености јер се употреба енергије повезане са производњом сточне хране дешава ван фарме и углавном се не приписује сектору сточарства у званичним пољопривредним статистикама. Производња хранива за стоку, њено складиштење и транспорт су интензивни процеси током којих се троше велике количине енергије повезане са горивом, ђубривом и пестицидима. Осим тога, производња анималних производа је генерално енергетски неефикасна јер се велики део енергије оброка троши за одржавање телесне структуре (регенерација ткива) и физиолошкe процесe (топлотни губици), а мањи на производњу структура које се користе у људској исхрани [12].

Од свих параметара који утичу на потрошњу енергије у сточарству најважнији су врста и тип стоке, географска локација, агро-еколошки услови и производни систем.

Када је у питању врста и тип (намена) стоке, Paris и сар. [13] навели су да се потребе за потрошњом енергије крећу од 2,1 до 5,3 МЈ/кг по ЕЦМ у производњи крављег млека, 59,2 МЈ/кг за производњу у систему крава-теле, 15,9 МЈ/ кг до 22,7 МЈ/кг у производњи свињског меса, 9,6 МЈ/кг до 19,1 МЈ/кг у производњи бројлера, 20,5 до 3,5 МЈ/кг у производњи кокошијих јаја (Слика 6).

У мета студији Paris и сар. [13], производња сточне хране као индиректног енергетског инпута била је доминантна (75% потрошње) у свим системима сточарства (ЕУ-27) осим у производњи говедине (Табела 1). Смештај и исхрана (углавном у облику електричне енергије) и управљање стајњаком (углавном коришћењем дизела) представљају већину директне енергетске потрошње у системима производње меса. У системима производње млека, већина директних потреба за енергијом била је за мужу, хлађење млека и загревање воде. Овде су присутне варијације извора енергије у односу на географску локацију студије јер је негде за дату намену главни извор била електрична енергија, а негде директна употреба фосилних горива. Потрошња електричне енергије за пумпање воде, осветљење и друге активности показала се релативно минорном. Према укљученим студијама, енергетски најинтензивнији производни систем (по килограму меса) било је говедарство је, а затим свињарство и живинарство.

Табела 1. Интервали енергетских инпута (низак-висок) за индиректну (хранива) и директну потрошњу у различитим производним системима (МЈ/кг) [13] .

У годинама које долазе, све већа интензификација пољопривреде, захтеваће трансформацију производних процеса у сточарском сектору како би се допринело еколошкој одрживости тј. смањењу емисије штетних гасова. Ово би подразумевало транзицију сточарства ка алтернативним и одрживијим технологијама производње заснованим на органским принципима и већој употреби обновљивих извора енергије.

[1] Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., Falcucci, A., & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: A global assessment of emissions and mitigation opportunities. Tackling Climate Change through Livestock: A Global Assessment of Emissions and Mitigation Opportunities. https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20133417883

[2] Dashboard-old | Global Livestock Environmental Assessment Model (GLEAM) | Food and Agriculture Organization of the United Nations. (n.d.). Retrieved 24 March 2023, from https://www.fao.org/gleam/results/en/

[3] Steinfeld, H., Gerber, P., Wassenaar, T. D., Castel, V., Rosales M., M., & Haan, C. de. (2006). Livestock’s long shadow: Environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations.

[4] Grossi, G., Goglio, P., Vitali, A., & Williams, A. G. (2019). Livestock and climate change: Impact of livestock on climate and mitigation strategies. Animal Frontiers, 9(1), 69–76. https://doi.org/10.1093/af/vfy034

[5] Zhao, Y., Nan, X., Yang, L., Zheng, S., Jiang, L., & Xiong, B. (2020). A Review of Enteric Methane Emission Measurement Techniques in Ruminants. Animals, 10(6), Article 6. https://doi.org/10.3390/ani10061004

[6] Beauchemin, K. A., McAllister, T. A., & McGinn, S. M. (2009). Dietary mitigation of enteric methane from cattle. CABI Reviews, 2009, 1–18. https://doi.org/10.1079/PAVSNNR20094035

[7] AR5 Synthesis Report: Climate Change 2014 — IPCC. (n.d.). Retrieved 23 March 2023, from https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/

[8] Liu, G. (2012). Greenhouse Gases: Capturing, Utilization and Reduction. BoD – Books on Demand.

[9] Petersen, S. O., Blanchard, M., Chadwick, D., del Prado, A., Edouard, N., Mosquera, J., & Sommer, S. G. (2013). Manure management for greenhouse gas mitigation. Animal, 7, 266–282. https://doi.org/10.1017/S1751731113000736

[10] Johnson, D. E., & Ward, G. M. (1996). Estimates of animal methane emissions. Environmental monitoring and assessment, 42(1-2), 133–141. https://doi.org/10.1007/BF00394046

[11] Beckman, J., Borchers, A., & Jones, C. A. (2013). Agriculture’s Supply and Demand for Energy and Energy Products (SSRN Scholarly Paper No. 2267323). https://doi.org/10.2139/ssrn.2267323

[12] de Visser, C. L. M., de Buisonje, F. E., Ellen, H. H., Stanghellini, C., & van der Voort, M. P. J. (2012). State of the Art on Energy Efficiency in Agriculture, Country data on energy consumption in different agroproduction sectors in the European countries.

[13] Paris, B., Vandorou, F., Tyris, D., Balafoutis, A. T., Vaiopoulos, K., Kyriakarakos, G., Manolakos, D., & Papadakis, G. (2022). Energy Use in the EU Livestock Sector: A Review Recommending Energy Efficiency Measures and Renewable Energy Sources Adoption. Applied Sciences, 12(4), Article 4. https://doi.org/10.3390/app12042142