Tarım sektöründe enerji kullanımı

Tarım, birçok ülkede en önemli ekonomik sektördür. Enerji de tarımsal üretim ve katma değer için her zaman gerekli olmuştur. Tarımda üretim için insan, hayvan ve mekanik enerji yoğun olarak kullanılmaktadır [1]. Tarımsal üretimdeki birçok faaliyetin modernizasyonu mekanik enerji tüketimini artırmaktadır. Tarım sektöründeki değişim sonucunda bu sektör de diğer sektörler gibi petrol ve elektrik gibi enerji kaynaklarına bağımlı hale gelmiştir [2].

Tarımsal üretimin sürdürülebilmesi için, ekonomik tasarruf, fosil kaynakların korunması ve hava kirliliğinde azalma sağlaması nedeniyle enerjinin etkin kullanımı gerekmektedir. Ayrıca, tarım için uygun arazilerin sınırlı olması nedeniyle, üreticilerin toplam çıktıyı artırmaları için tek şansları daha fazla girdi kullanmak olacaktır. Tarım sektörünün artan nüfusa daha fazla gıda sağlamak için enerji sektörüne olan bağımlılığı ve sınırlı doğal kaynakların yanı sıra enerji kaynaklarının kullanımının çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, tarım sektöründe enerji kullanımının ve enerji verimliliğinin araştırılması önemlidir [2, 3].

Tarımsal Enerji Kullanımı

Fotosentez süreci ile tarım, güneş enerjisini insanlar için gıda enerjisine ve hayvanlar için yeme dönüştürür. Tohumları toprağa serpmek ve ardından gelen yetersiz verimi kabullenmek gibi basit tarım uygulamaları ilkel tarımı oluşturmaktadır. Günümüzde topraktan yüksek verim elde etmek için çeşitli yöntemlerin kullanıldığı modern (yoğun) tarım uygulamaları büyük ölçüde ilkel tarımın yerini almıştır [4]. Tarımsal üretim işlemlerinde yaygın olarak kullanılan insan ya da hayvan gücünden modern tarımsal üretim işlemlerinin uygulanması sonucunda yakıtların kullanıldığı mekanik enerjiye geçiş yapılmıştır [5].

Enerji, tarımsal üretim ve kırsal kalkınma için her zaman çok önemli olmuştur. Küçük organik çiftliklerden büyük endüstriyel çiftliklere kadar, tarım çok fazla enerji kullanır [6]. Günümüzde, tarım sektöründe bitkisel ve hayvansal üretim işlemlerinde enerji kullanımı doğrudan ve dolaylı olmak üzere iki grupta değerlendirilir [7].

Tarımda Doğrudan Enerji Kullanımı: "Tarımda kullanılan doğrudan enerji" ifadesi, hasat, sulama, kurutma, depolama, seraların ısıtılması ve pazarlama gibi tarımsal faaliyetlerin yanı sıra altyapı, tarım makineleri, traktörler ve kamyonlarda doğrudan kullanılan enerjiyi ifade eder [7]. Hayvansal üretimde; yem hazırlama-dağıtma, gübre temizleme, süt sağımı gibi faaliyetlerde, hayvan barınakları gibi tarımsal yapılarda aydınlatma, ısıtma, havalandırma, soğutma gibi uygulamalar için kullanılan elektrik, biyokütle, kömür, doğal gaz da doğrudan kullanılan enerji girdileri içerisinde yer almaktadır [8].

Tarımda Dolaylı Enerji Kullanımı: "Tarımda kullanılan dolaylı enerji" ifadesi, mineral gübrelerin ve kimyasal pestisitlerin, böcek ilaçlarının, herbisitlerin ve diğer tarım kimyasallarının üretiminde kullanılan enerjinin yanı sıra bunların işlenmesinde kullanılan kimyasal maddeleri de ifade eder [7]. Dolaylı enerji, terimden de anlaşılacağı gibi, çiftlikte doğrudan kullanılmaz. Bu enerji girdileri genellikle sanayi sektörü içerisinde yer almaktadır [8].

Günümüz tarımı, artan nüfus ve yüksek gıda talebi nedeniyle sıklıkla modern tarım sistemini kullanmaktadır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, modern tarım, çiftlik makineleri, su yönetimi, sulama, ekim ve hasatta enerji kullanımı da dahil olmak üzere üretimin tüm aşamalarında enerji kullanımını gerektirmektedir. Enerji, tarımsal üretimin tarım, gübre üretimi, nakliye ve işleme aşamalarında tüketilmektedir. Tarım, mahsullerin yetiştirilmesi ve hasat edilmesi ile çiftlik hayvanlarının bakımı ve kesilmesidir. Ulaşım, tarımsal ürünlerin herhangi bir ulaşım aracıyla üretimin bir sonraki aşamasına gönderilmesi sürecidir. İşleme, çiftlikten çıktıktan sonra doğrudan tüketilemeyen gıdalar için gereklidir. Gıda işleme, depolama ve pazarlara taşıma için kullanılan enerji de hasat sonrası enerji kullanımına dahildir. Ayrıca, tarımda mineral gübreler ve kimyasal pestisitler gibi birçok enerji girdisi kullanılmaktadır [9-11].

Mahsul yetiştiriciliği ve hayvancılığı içeren tarım, gıda üretim zincirinde tüketilen toplam enerjinin yaklaşık üçte birini oluşturarak gıda sisteminin en enerji yoğun aşamalarından biridir [3]. Bitkisel üretimin ilk aşaması olan toprak işleme operasyonları, genellikle en yüksek enerji gereksinimine sahip operasyonlar kullanılarak gerçekleştirilir [13].

Mahsul kurutma ve depolama da yakıt kullanımının en büyük basamaklardan biridir. Yüksek sıcaklıkta bir kurutucu, hasat edilen/kurutulan her bir hektar ürün için 55 litre akaryakıt tüketilmektedir. Nemi %20'den %15'e düşürmek için kurutulacak her bir ton ürün için yaklaşık altı litre yakıt (dizel) gerekmektedir [14].

Günümüzde çoğu sulama sistemi yüksek oranda enerji tüketmektedir. Sulama sistemi enerji tüketimi, öncelikle performansın iyileştirilmesi amacıyla teknik bir zorluk olarak görülmektedir [15]. Bazı çiftliklerin kamuya açık su kaynaklarına erişimi olsa da, çoğu çiftlik kuyu ve yeraltı suyu kaynaklarından pompa ile su temin etmektedir. Pompaj ünitelerinin çoğu elektrik kullanırken, elektrik hatlarına uzak mesafede pompalar dizel veya propan kullanılarak çalıştırılır [16, 17].

Hayvancılık faaliyetlerinde tüketilen enerji neredeyse sadece doğrudan enerji tüketimidir ve hem toplam işletme harcamalarının yüzdesi olarak hem de toplam enerji bazında mahsul faaliyetlerine kıyasla nispeten düşüktür. Hayvancılık işletmeleri havalandırma sistemleri, soğutma, aydınlatma, ısıtma, sulama, motorlar ve atık işleme için doğrudan enerji tüketirken, mahsul işletmeleri ekim, hasat, sulama ve kurutma için enerji kullanır [16].

Dolaylı enerji tüketimi kategorisinde bulunana gübre ve tarım ilaçları da önemli bir enerji tüketim basamağını oluşturmaktadır. Özellikle gübreye yapılan dolaylı enerji harcamaları dikkate alındığında, çoğu ürün için işletme giderlerinin önemli bir bölümünü oluşturmaktadır, çünkü gübre üretimi son derece enerji yoğundur ve büyük miktarlarda doğal gaz gerektirir. Yulaf, mısır, buğday ve arpa gibi bazı ürünler için enerji ve gübre harcamalarının toplamı toplam işletme giderlerinin yarısından fazlasını oluşturmaktadır. Doğrudan enerji kullanımının dolaylı enerji kullanımına oranı ürüne göre değişmektedir [16, 18]. Tarımda enerji kullanımı ilgili detaylı bilgi Tablo 1’de sunulmuştur.

Tablo 1: Tarımsal üretimde enerji kullanımı [19]

Avrupa Birliği Tarımsal Enerji Kullanımı

2020 yılında Avrupa Birliği (AB)'nin doğrudan enerji tüketimi, petrol ve petrol, elektrik, doğal gaz, yenilenebilir enerji ve katı fosil yakıtların doğrudan kullanımı 886 milyon ton petrol eşdeğeri (tep) olmuştur. Tarım ve ormancılık, 2020 yılında AB'deki toplam doğrudan enerji tüketiminin %3,2'sini tüketmiştir [20].

Tablo 2'de gösterildiği üzere, Hollanda tarım ve ormancılık sektöründeki toplam doğrudan enerji tüketiminin en yüksek oranına sahiptir; %9,0'luk pay, bahçe bitkileri, meyve ve sebzelerin sera üretiminin önemini göstermektedir. Ayrıca Letonya (%5,4) ve Polonya (%5,5) da önemli oranlara sahiptir [20].

Tablo 2: Avrupa Birliği'nde doğrudan enerji tüketimi [20]

AB'de petrol ve petrol ürünleri, 2020 yılında biyoyakıtlar hariç tarım ve ormancılık sektöründeki toplam doğrudan enerji kullanımının çoğunluğunu (%56,0) oluşturmuştur. Bu, tüm ekonomideki payından (%35,0) önemli ölçüde daha büyük bir pay olmuştur [20]. Şekil 2'de gösterildiği üzere, petrol ve petrol ürünleri AB'deki tarım ve ormancılık sektörlerinde en sık kullanılan yakıt türleridir. Bununla birlikte, bazı önemli sapmalar gösteren değerler de mevcuttur. Hollanda'da petrol ve petrol ürünlerinden elde edilen doğrudan enerji tüketimi, 2020 yılında tarım ve ormancılık endüstrisinin toplam doğrudan tüketiminin sadece %10,6'sını oluştururken, doğal gaz çoğunluğu (%53,5) ve elektrik dörtte birini (%24,3) oluşturmuştur. Yunanistan'da elektrik, tarım ve ormancılık sektörlerinin toplam doğrudan enerji kullanımının yaklaşık dörtte üçünü (%74,0) oluşturmuştur. Yenilenebilir enerji kaynakları ve biyoyakıtlar İsveç ve Avusturya'da toplam doğrudan enerji tüketiminin yaklaşık üçte birine (sırasıyla %37,1 ve %31,1) katkıda bulunmuştur [20, 21].

Ülkeler büyüklük açısından farklılık gösterdiğinden, toplam enerji tüketimini doğrudan ülkeler arasında karşılaştırmak mümkün değildir. Ülkeler arasındaki eğilimleri karşılaştırmak için ortak bir payda belirlemek gerekir. Gösterge ve payda ideal olarak güçlü bir korelasyona sahip olmalıdır. Kullanılabilir tarım alanı, ülkeler arasında tarımsal-çevresel parametreleri değerlendirmek için ortak bir paydadır (UAA). Şekil 3'te gösterildiği gibi, AB tarım ve ormancılık sektörünün ortalama doğrudan enerji tüketimi 2020 yılında hektar başına 173 kilo petrol eşdeğeri (kgoe/ha) olmuştur [20].

Hollanda'da seralarda yapılan büyük ölçekli meyve, sebze ve süs bitkileri üretimi, 2020 yılında hektar başına ortalama doğrudan enerji tüketiminin (2104 kgoe/ha) diğer Avrupa ülkelerine kıyasla oldukça yüksek olmasını açıklamaya yardımcı olmaktadır. 2000 ve 2020 yılları arasında, hektar başına görünür enerji tüketimi en dramatik şekilde Yunanistan'da düşerken (-%64,2), en keskin şekilde Macaristan'da yükselmiştir (+%54,2) [20].

Kaynakça

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

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

3. Fabio Monforti-Ferrario, J.-F.D., Irene Pinedo Pascua, Vincenzo Motola, Manjola Banja, Nicoale Scarlat, Hrvoje Medarac, Luca Castellazzi, Nicola Labanca, Paolo Bertoldi, David Pennington, Malgorzata Goralczyk, Erwin M. Schau, Erwan Saouter, Serenella Sala and G.T. Bruno Notarnicola, Pietro Renzulli, 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. 2015: Luxembourg: Publications Office of the European Union.

4. Finan, T., 8. Intensive Agriculture. Portuguese agriculture in transition, 2019: p. 141.

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

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

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

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

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., et al., Changes in Energy Consumption in Agriculture in the EU Countries. 2021. 14(6): p. 1570.

11. Silecchia, G.R.a.M. Energy Use In U.S. Agriculture: An Overview. 2020 [28.07.2023]; Available from: https://farmandenergyinitiative.org/wp-content/uploads/2020/08/Energy-Use-in-Agriculture.pdf.

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

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

14. Caslin, B. and D. Forristal, Energy Use On Tillage Farms, Energy Fact Sheet No: 1 – August 2016. 2016.

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

16. Hicks, S., 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. 2014.

17. Kalinichenko, A. and O. Kostenko, Alternative Ways of Energy Supply in Rural Areas. Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej Zarządzanie, 2019. 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., Energy-sustainable agriculture in the European Union member states: Overall productivity growth and structural efficiency. Socio-Economic Planning Sciences, 2023: p. 101520.