Hayvansal üretimin sera gazı emisyonu üzerindeki doğrudan etkisi

Tahminlere göre hayvancılık, sera gazı emisyonlarının önemli bir kaynağıdır ve toplam antropojenik emisyonların %14,5'ine, yani yılda 8,1 gigaton CO₂ eşdeğerine katkıda bulunmaktadır [1] . CO₂ eşdeğeri (CO₂-eq), karbondioksit için genellikle metrik ton cinsinden ifade edilen bir ölçüm birimidir ve küresel ısınmaya katkıda bulunan tüm sera gazlarının (GHG'ler) ölçümünü standartlaştırmak için kullanılır. Bu gazlar Dünya atmosferindeki ısıyı tutarak sıcaklıkların artmasına ve diğer iklim değişikliklerine yol açar.

İnsan faaliyetleri (enerji kullanımı, ulaşım, gıda üretimi vb.) sırasında atmosfere salınan CO₂ ve diğer sera gazı emisyonlarının miktarının bir ölçüsü olarak kullanılır. Belirli bir faaliyet, ürün veya kişi tarafından üretilen sera gazı emisyonlarının toplam miktarını ölçmenin bir yolunu sağlar. Karbon ayak izini hesaplamak için tüm sera gazı emisyonları, küresel ısınma potansiyeline (GWP) dayalı olarak CO₂ -eşdeğerine dönüştürülür. GWP, belirli bir süre boyunca (genellikle 100 yıl) bir gazın CO₂'ye kıyasla atmosferde ne kadar ısı tuttuğunu gösterir. Dolayısıyla, kaynağa bağlı olarak metan, 100 yıllık süreçte CO₂'nin GWP değerine göre 28-36 kat daha fazla bir GWP değerine sahiptir, dolayısıyla 1 ton metan emisyonu, 28-36 ton CO₂ eşdeğeri emisyonuna eşdeğerdir . Nitröz oksidin GWP değeri 100 yıldaki CO₂'nin 265 katıdır, dolayısıyla 1 ton nitröz oksit emisyonu 265 ton CO₂ emisyonuna eşdeğerdir. CO₂ -eq ölçümünü kullanarak, farklı sera gazı emisyonlarını karşılaştırmak ve zaman içinde toplam sera gazı emisyonlarının azaltılmasındaki ilerlemeyi izlemek mümkündür.

Metan (CH₄) , nitröz oksit (N₂O) ve karbondioksit (CO₂) , hayvancılık tarafından salınan üç temel sera gazıdır. Karbondioksit, öncelikle fosil yakıtların elektrikli makinelerde yakılmasından ve biyokütlenin mikrobiyal ayrışma yoluyla yakılmasından açığa çıkar. Karbondioksit emisyonları aynı zamanda ekilebilir arazilerin kalıcı otlaklara dönüştürülmesinden (arazi kullanımı değişikliği yoluyla) veya tarımsal arazi yönetimindeki ayarlamalardan da kaynaklanabilir. Metan, organik malzemenin anaerobik koşullar altında ayrışması sırasında (geviş getiren hayvanların enterik fermantasyonu, gübrenin depolanması veya işleme endüstrisinden gelen organik atıklar sırasında) üretilir. Azot oksitler, topraktaki veya gübredeki azotun mikrobiyal dönüşümü sırasında açığa çıkar.

Bahsi geçen gazların göreceli bolluğunu analiz etmek için FAO Küresel Çevresel Değerlendirme Modeli (GLEAM) [2] kullanıldı ve IPCC'nin (2014) 100 yıllık ısınma potansiyeli (N₂O için 298 ve CH₄ için 34) seviyelerini CO2-eq'ya dönüştürmek için kullanıldı.

Bu modele göre metan (CH₄), nitröz oksit (N₂O) ve karbondioksit (CO₂), hayvansal ürünler tedarik zincirindeki emisyonların sırasıyla %50, %24 ve %26'sını oluşturmaktadır (Şekil 1). Tüm canlı hayvan türlerinin toplam emisyonunun yaklaşık %62'sini oluşturan sığırlar, sera gazının ana kaynağıdır. Aynı zamanda süt ve besi sığırlarının her ikisi de benzer miktarlarda emisyon üretir. Diğer türlerden (domuzlar, kümes hayvanları, manda ve küçükbaş hayvanlar dahil) kaynaklanan emisyonlar ayrı ayrı %7 ila %11 arasında değişmektedir. Şekil 2'de besi hayvanı türlerine göre emisyonların tahmini payı gösterilmektedir.

GLEAM modeli [2] kullanılarak tahmin edilen sığır üretimindeki CO₂ eşdeğeri emisyon değerleri sığır eti için 3,0 ve süt için 1,6 gigatondur. Küçükbaş hayvan eti ve süt üretiminden domuz eti üretimi 0,82 gigaton CO₂ -eq, tavuk eti ve yumurta 0,79 gigaton CO₂ -eq, manda eti ve süt 0,7 gigaton CO₂ -eq ve 0,5 gigaton CO₂ -eq salınmaktadır. Diğer kümes hayvanları ve yenmeyen ürünler emisyonların geri kalanını oluşturuyor.

Protein üretimine dayalı farklı hayvansal ürün türleri arasındaki emisyonların karşılaştırılması belki de bu ilişkileri ifade etmenin daha anlamlı bir yoludur. Bu durumda manda eti, üretilen proteinin kg'ı başına ortalama 404 kg CO₂-eq ile en yüksek emisyon yoğunluğuyla karakterize edilir. İkinci sırada, kg protein başına ortalama 295 kg CO₂-eq ile sığır eti üretimi yer alıyor. Bunu sırasıyla kg protein başına 201, 148 ve 140 kg CO₂ - eq emisyonlarıyla küçükbaş hayvanların et ve sütü ve manda sütü takip ediyor. Bu hesaplamada, emisyon yoğunluğu en düşük olan grup (kg protein başına 100 kg CO₂ - eq'den az) inek sütü, kümes hayvanı eti ve yumurtası ile domuz eti üretimini kapsamaktadır [2]. Tahmini emisyon yoğunluğunun bölgeye, yani tarımsal-ekolojik koşullara, uygulanan üretim teknolojisine ve genel yönetime bağlı olarak önemli ölçüde değiştiğini vurgulamak önemlidir.

Doğrudan emisyonlar, enterik fermantasyon ve gübre yoluyla zararlı gazların salınması dahil, hayvancılıktan kaynaklanan emisyonlardır. Doğrudan emisyon grubu aynı zamanda enerji tüketimine bağlı olarak ortaya çıkan emisyonları da içerebilir. Dolaylı emisyonlar esas olarak hayvan yemi üretiminden ve ilgili arazi kullanımı değişikliklerinden kaynaklanmaktadır. Doğrudan ve dolaylı emisyonların boyutlarının oranı henüz tam olarak açıklığa kavuşmamıştır; yani bu iki emisyon türünden hangisinin daha büyük paya sahip olduğunu belirlemek henüz mümkün değildir [3; 4].

Enterik Fermantasyon

Ruminantların sindirim sisteminde (şekil 3), mevcut mikrofloranın etkisi altında organik maddenin, esas olarak lifli-selülozik tipte ayrışmasını içeren enterik fermantasyon süreci gerçekleşir [5]. Bu, özünde, bozunması zor maddelerin (selüloz, lignin) sonuçta insan beslenmesinde kullanılan, besin açısından değerli maddelere dönüştürülmesini sağlayan benzersiz ve kullanışlı bir süreçtir. Ancak enterik fermantasyon sırasında hayvanların çevreye saldığı (nefes verme, geğirme, dışkılama yoluyla) zararlı gaz-metan oluşumu da söz konusudur. Bu sayede atmosfere metan emisyonuna en fazla katkı sağlayan evcil hayvan grubu ruminantlardır [6].

Enterik fermantasyonla üretilen metan, toplam sera gazı emisyonlarının %39,1'ini oluşturur (Şekil 1) ve CO₂'den 28 kat daha yüksek atmosferik ısınma potansiyeline sahiptir [7]. Geviş getirmeyen hayvanlarda da metan üretimi gerçekleşir, ancak kıyaslanamayacak kadar küçük miktarlardadır. Bununla birlikte geviş getiren hayvanların ürettiği metan miktarı sabit olmayıp çeşitli faktörlerden etkilenmektedir (Şekil 4).

Yem alımı yani tüketilen besin miktarı ve kalitesi, emisyon üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Buna göre yemin sindirilebilirliği arttıkça metan sentezi azalır ve hayvan verimliliği artar. Hayvanlar daha bol miktarda yem tüketirse, bu durum metan emisyonlarının artmasına neden olur. Ayrıca hayvanların sağlık durumu ve yem katkı maddelerinin varlığı da emisyonlar üzerinde etkili olabilir.

Ruminant türlerinin, üretim sisteminin ve bölgesel özelliklerin, gıda enerjisinin metana dönüşme hızını sinerjik olarak etkilediği sonucuna varılabilir [1].

Ruminantların CH₄ emisyonlarına katkısı ve metanojenezin üretkenlik üzerindeki olumsuz etkisi göz önüne alındığında, bu süreci azaltmanın etkili yollarının bulunması gerekmektedir. Şimdiye kadar, genellikle diyet ve yönetim modülasyonları, rumen aktivitesinin manipülasyonları ve moleküler ve biyokimyasal seviyelerde ileri stratejilerle ilgili çeşitli stratejiler tanımlanmıştır. Bu konu bir sonraki bölümde ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Gübre Yönetimi

Hayvancılık üretiminin devam eden yoğunlaşması ve uzmanlaşması, sera gazları (GHG) metan (CH₄) ve nitröz oksit (N₂O) kaynağı olan gübre miktarında artışa yol açmaktadır. Gübrenin toplam sera gazı emisyonlarının yaklaşık %10'undan sorumlu olduğu tahmin edilmektedir [2]. Bu gazların net emisyonları gübredeki çeşitli mikrobiyal aktivitelerden kaynaklanmaktadır [9]. Sığırlar ve domuzlar, Şekil 5'te gösterildiği gibi gübreden kaynaklanan metan emisyonlarının en büyük kaynağını temsil etmektedir [4;10]. Esas olarak metan salan enterik fermantasyonun aksine, gübre metana ek olarak azot oksitlerin salınması için de bir substrattır.

Şekil 1 gübreden kaynaklanan metan ve nitrojen oksit emisyonlarının toplam sera gazı emisyonlarına ortalama katkısının sırasıyla %4,3 ve %5,2 olduğunu göstermektedir. Gübreden kaynaklanan bu gazların emisyonlarının mutlak ve bağıl değerleri çevre koşullarına (hava sıcaklığı, nem), gübrenin depolama ve işleme süresine ve hayvan yeminin türüne bağlıdır. Örneğin, metan oluşumu anaerobik koşullardan olumlu etkilenirken, amonyaktan nitrojen oksit oluşumu için hem aerobik hem de anaerobik koşullar gereklidir [4].

Gübre katı halde bırakıldığında veya zemine yayıldığında en büyük miktarda nitrojen oksitin açığa çıktığı bulunmuştur [3]. Bu, Şekil 1'de gösterildiği gibi, biriktirilen/uygulanan gübre için tahminen %16,4'lük nitrojen oksit emisyon payına karşılık gelir. Tersine, gübre sıvı halde (lagünler) depolandığında, gaz emisyonları metan lehine artar [10].

Enerji tüketimi

Hayvancılıkta gübre üretimi, makine kullanımı, yem ve canlı hayvan taşımacılığı gibi birçok üretim süreci enerji kullanımını gerektirir. Çiftliklerde ısıtma/soğutma, besleme, havalandırma, aydınlatma, sağım ve gübre yönetimi için enerjiye ihtiyaç vardır. Elektrik genellikle aydınlatma, yemleme ve sağım sistemlerinde kullanılırken, doğrudan enerji tüketimiyle ilişkilendirilen fosil yakıtlar gübre yönetimi ve ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Hayvan yemi üretiminin yanı sıra hayvansal ürünlerin üretimi de enerji tüketimini içermektedir. Hayvancılıkta enerji tüketiminin yem üretimi, barınma ve gübre yönetiminde yoğunlaştığı sonucuna varılabilir.

Hayvancılıkta enerji kaynağı esas olarak fosil yakıtlardır ve tüketimi C0₂ emisyonlarının bir başka kaynağını temsil etmektedir. Hayvansal ürünlerin üretim döngüsündeki toplam enerji tüketiminin, hayvancılık sektöründeki toplam emisyonların yaklaşık %25'ine katkıda bulunduğu tahmin edilmektedir [1].

Üretim süreci boyunca hayvan yemi üretiminin (konsantre yem, konserve yem veya mera) en büyük enerji tüketimini temsil ettiği varsayılmaktadır [11]. Yem üretimiyle ilişkili enerji tüketimi çiftlik dışında gerçekleştiğinden ve resmi tarım istatistiklerinde genellikle hayvancılık sektörüne atfedilmediğinden, burada bazı analitik tutarsızlıklar var.

Yem üretimi, depolanması ve taşınması, yakıt, gübre ve pestisitlerle ilişkili büyük miktarda enerji tüketen yoğun süreçlerdir. Ek olarak, hayvansal ürünlerin üretimi genellikle enerji açısından verimsizdir, çünkü yemeğin enerjisinin büyük bir kısmı vücut yapısının (doku yenilenmesi) ve fizyolojik süreçlerin (ısı kayıpları) bakımı için harcanır ve daha azı insan beslenmesinde kullanılan yapıların üretimi için harcanır [12]. Hayvancılık üretiminde enerji tüketimini etkileyen tüm parametreler arasında en önemlileri hayvan türü ve tipi, coğrafi konum, tarımsal ekolojik koşullar ve üretim sistemidir.

Paris ve diğerleri [13], hayvancılığın cinsi ve türü (amacı) ile ilgili olarak, inek sütü üretiminde enerji tüketiminin ECM başına 2,1 ila 5,3 MJ/kg, inek-buzağı sistemi üretiminde 59,2 MJ/kg, domuz üretiminde 15,9 MJ/kg ila 22,7 MJ/kg, etlik piliç üretiminde 9,6 MJ/kg ila 19,1 MJ/kg, yumurta üretiminde 20,5 ila 23,5 MJ/kg arasında değiştiğini bulmuştur (Şekil 6).

Paris ve diğerleri tarafından yapılan bir meta-çalışmada [13], sığır eti üretimi hariç tüm hayvancılık sistemlerinde (AB-27) yem üretimi dolaylı enerji girdisi olarak (tüketimin %75'i) hakimdir (Tablo 1). Barınma ve besleme (çoğunlukla elektrik şeklinde) ve gübre yönetimi (çoğunlukla dizel kullanılarak), sığır eti üretiminde doğrudan enerji tüketiminin çoğunluğunu oluşturmaktadır. Süt hayvancılığında sağım, sütün soğutulması ve suyun ısıtılması doğrudan enerji kullanımının büyük çoğunluğunu oluşturmaktadır. Burada, bazı lokasyonlar öncelikle elektriği belirli bir amaç için kullanırken, bazıları ise doğrudan fosil yakıtları kullandığından, çalışmanın yapıldığı coğrafi lokasyona bağlı olarak enerji kaynaklarında farklılıklar bulunmaktadır. Su pompalama, aydınlatma ve diğer faaliyetler için elektrik kullanımının nispeten düşük olduğu kanıtlanmıştır. Derlenen çalışmalara göre, büyükbaş hayvancılık (bir kilogram et başına) en fazla enerji yoğun üretim sistemi olurken, bunu domuz ve kümes hayvancılığı takip ediyor.

Tablo 1. Farklı üretim sistemlerinde dolaylı (yemler) ve doğrudan tüketim için enerji girdilerinin (düşük-yüksek) aralıkları (MJ/kg) [13].

Önümüzdeki yıllarda tarımın giderek yoğunlaşması, çevresel sürdürülebilirliğe katkıda bulunmak, yani zararlı gazların emisyonunu azaltmak amacıyla hayvancılık sektöründeki üretim yöntemlerinin dönüştürülmesini gerektirecektir. Bu, hayvancılık üretiminin ekolojik ilkelere dayalı alternatif ve daha sürdürülebilir üretim teknolojilerine dönüştürülmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla kullanılması anlamına gelmektedir.

Kaynaklar

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