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L’agricoltura è considerata un’emettitrice netta di gas serra (GHG), ma sequestra enormi quantità di carbonio nel suolo, nei substrati bioenergetici e nei prodotti alimentari. Il sistema di contabilità globale per l’impatto climatico basato sulla metodologia di valutazione del ciclo di vita (LCA) tiene conto solo delle emissioni e non dell’assorbimento di carbonio, portando alla conclusione che le attività agricole dovrebbero diminuire per mitigare il cambiamento climatico. Questo studio ha considerato un sistema contabile alternativo, il Carbon Capture LCA (CC-LCA), che attribuisce un valore al sequestro del carbonio nei prodotti agricoli.

Per due aziende agricole in Svezia (seminativi, lattiero-caseari), la CC-LCA è stata applicata per (1) calcolare l’impronta di carbonio della produzione agricola tenendo conto delle emissioni nette di gas serra derivanti dalla produzione agricola, anziché solo delle emissioni lorde, e (2) valutare l’impatto netto del fertilizzante azotato minerale. Per l’azienda agricola, la CC-LCA ha rivelato un assorbimento netto di carbonio di 4 Mg CO2 -eq per ettaro, rispetto alle emissioni di 1,6 Mg CO 2 -eq per ettaro nella LCA. Per l’allevamento da latte, entrambi gli approcci hanno mostrato emissioni di circa 10 Mg di CO2 -eq per vacca da latte, dovute principalmente alla digestione dei ruminanti. I risultati hanno anche mostrato che il fertilizzante azotato minerale ha contribuito efficacemente al sequestro del carbonio. Rispetto a un raccolto di grano non fertilizzato, si stima che una dose di fertilizzante di 200 kg N ha assorba circa otto volte più gas serra ed energia nel grano rispetto a quelli rilasciati o utilizzati durante la produzione di fertilizzanti e la coltivazione del raccolto. Pertanto, riteniamo che le strategie future che mirano a prodotti e pratiche rispettosi del clima debbano riconoscere che l’agricoltura sequestra il carbonio nei prodotti.

 

1. Introduzione

Il cambiamento climatico è in cima all’agenda di molti paesi e gli impatti climatici di diversi settori sono sotto esame. Il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) ha stabilito un metodo per il calcolo delle emissioni di gas serra (GHG) che può essere applicato a livello globale. Viene utilizzato dalle 197 parti della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC) e, pertanto, i rapporti attuali coprono la maggior parte delle fonti di emissioni in tutto il mondo. Nel sistema IPCC, ogni paese segnala le emissioni derivanti dalla propria produzione nazionale, il che riduce il rischio di doppio conteggio e significa che, a livello globale, le emissioni vengono contabilizzate nel sito di produzione. Nel sistema di reporting sono inclusi alcuni cambiamenti del pool di carbonio, denominati Land Use, Land Use Change e Forestry (LULUCF), che sono principalmente collegati alla silvicoltura. Tuttavia, il metodo IPCC non può essere utilizzato per calcolare quanto le nazioni, le regioni o i gruppi di consumatori siano rispettosi del clima. Invece, indipendentemente dal consumatore finale di un prodotto alimentare, le emissioni di gas serra gravano sul paese produttore, che potrebbe quindi ridurre le proprie emissioni riducendo la produzione alimentare.

Tuttavia, dal punto di vista ambientale, potrebbe essere più importante per i singoli paesi modificare i consumi, piuttosto che la produzione. Ad esempio, nel 2017 la Svezia ha segnalato emissioni di gas serra pari a 52,7 × 10 6 Mg di biossido di carbonio (CO2 -eq), sulla base della produzione nazionale ed escludendo LULUCF [ 2 ]. Per una popolazione di circa 10 milioni di persone [ 3 ], ciò corrisponde a emissioni di circa 5,3 Mg di CO2 -eq per persona. Tuttavia, secondo l’Agenzia svedese per la protezione dell’ambiente (SEPA), le emissioni di gas serra derivanti dal consumo in Svezia, indipendentemente dal sito di produzione, ammontano a 10,1 Mg CO2 -eq per persona e anno (valori 2016) [ 4 ]. Pertanto, quasi la metà delle emissioni derivanti dai consumi in Svezia sono generate e contabilizzate in altri paesi, aumentandone ingiustamente l’onere.

L’impatto climatico della produzione alimentare in agricoltura è contabilizzato nel sistema IPCC in base al numero di animali (principalmente ruminanti), alla quantità di letame e fertilizzanti utilizzati e alla superficie dei diversi tipi di terreno agricolo, in particolare quelli organici. Con questo sistema contabile, un modo semplice per ridurre l’impatto climatico dell’agricoltura è semplicemente ridurre il numero di animali e/o l’area dei terreni agricoli fertilizzati, poiché altre misure di mitigazione avranno meno influenza sui risultati riportati [ 2 ] . Ciò significa che ottenere riduzioni significative delle emissioni di gas serra provenienti dall’agricoltura secondo il sistema IPCC porterebbe a una diminuzione della produzione interna di alimenti di origine animale e vegetale e di fatto all’esternalizzazione dell’approvvigionamento alimentare.

Tuttavia, questo approccio contabile ignora il fatto che l’agricoltura (e la silvicoltura) possono sequestrare grandi quantità di carbonio nei prodotti attraverso la fotosintesi. Questi prodotti possono essere utilizzati da altri settori come substrati di energia rinnovabile, fibre o alimenti. Il cibo non è considerato energia rinnovabile nel sistema contabile dell’IPCC, sebbene gli avanzi o alcuni raccolti possano essere utilizzati a questo scopo attraverso la biodigestione o la gassificazione. Pertanto, mentre la produzione alimentare è essenziale per la popolazione mondiale, nel sistema contabile dell’IPCC rappresenta solo un peso per i paesi produttori. Inoltre, nel sistema IPCC, viene presa in considerazione solo una piccola frazione del carbonio catturato in agricoltura, quando i cambiamenti nella gestione portano ad un aumento netto del carbonio organico nel suolo (SOC) [ 2 ].

Negli studi scientifici, l’impatto climatico della produzione agricola viene spesso misurato utilizzando un approccio di valutazione del ciclo di vita (LCA), seguendo gli standard ISO [ 5 , 6 ] e i manuali [ 7 ]. Nella LCA viene conteggiato tutto il potenziale di riscaldamento globale (GWP) derivante dagli input, indipendentemente dal fatto che gli input siano prodotti all’interno del paese o importati. Un approccio LCA viene utilizzato nel sistema di estensione agricola svedese per calcolare il GWP per una determinata azienda agricola o coltura, e i risultati sono generalmente espressi come emissioni di CO2 -eq per kg di prodotto [ 8 ]. Nell’ambito della LCA è possibile tenere conto del sequestro del carbonio nei prodotti agricoli, ma ciò avviene raramente. Tuttavia, se il confine del sistema è fissato all’azienda agricola, si dovrebbe tenere conto del carbonio e dell’energia legati ai prodotti, mentre le emissioni di CO2 derivanti dal consumo di cibo sono causate dal consumatore, all’esterno dell’azienda agricola. Questo metodo di calcolo considera anche l’energia o il carbonio presente nei prodotti agricoli utilizzati come combustibile al di fuori dell’azienda agricola. DeCicco [ 9 ] suggerisce una contabilità del carbonio in cui vengono valutate tutte le emissioni di CO2 derivanti dall’uso finale del carburante, indipendentemente dall’origine del carbonio (foresta, agricoltura o fossile). Frankelius [ 10 ] riferisce che l’agricoltura lega ogni anno enormi quantità di CO2 sotto forma di cereali e altri prodotti vegetali, ma sottolinea che questo effetto della fotosintesi non è pienamente considerato positivo.

Si sostiene spesso che la produzione di fertilizzanti minerali stia danneggiando il clima, a causa del suo elevato fabbisogno energetico [ 11 ]. Con un modello che tiene conto solo dei costi (emissioni) e non del reddito (cattura di carbonio ed energia), la conclusione inevitabile è che tutte le attività agricole dovrebbero diminuire. Ciò, però, significherebbe anche una diminuzione della produzione alimentare. L’articolo 2 dell’UNFCCC [ 12 ] avverte che la produzione alimentare non deve essere minacciata dalle misure di mitigazione del clima, ma nel dibattito politico questo viene spesso dimenticato e si discute solo del GWP.

I sistemi di etichettatura o certificazione esistenti per l’agricoltura, ad esempio la certificazione biologica [ 13 ], non tengono conto dell’efficienza dell’agricoltura, il che significa che la scarsità di buoni terreni coltivabili non è considerata una risorsa limitante per la futura produzione alimentare. Se i sistemi sono associati a una bassa efficienza nella produzione di beni agricoli comuni scambiati a livello globale, ciò porterà all’espansione spaziale dell’agricoltura e causerà un cambiamento indiretto nell’uso del suolo (iLUC) e le emissioni di gas serra associate [ 14 ]. Pertanto, concentrarsi esclusivamente sulle emissioni di gas serra e ignorare il sequestro del carbonio può portare a decisioni meno rispettose del clima.

Lo scopo di questo studio era di confrontare l’LCA convenzionale con un metodo LCA di cattura del carbonio (CC-LCA) per valutare il sequestro del carbonio nei prodotti agricoli utilizzati come cibo e carburante, per cui la produzione e il consumo alimentare sono separati. Il carbonio presente nei prodotti agricoli può essere utilizzato come cibo, mangime o carburante. Nell’approccio CC-LCA, le emissioni di gas serra derivanti dal consumo vengono contabilizzate nel luogo e nel settore in cui vengono consumate, come cibo o carburante. Ciò consente di calcolare l’impronta di carbonio di un’azienda agricola in modo da tenere conto delle emissioni nette di gas serra derivanti dalla produzione agricola e non solo delle emissioni lorde . Il vantaggio di questo metodo è che è possibile confrontare diverse misure in un’azienda agricola, rivelando immediatamente quale produce le emissioni nette più basse in relazione al carbonio sequestrato. Il metodo CC-LCA potrebbe quindi essere utilizzato per calcolare l’impatto netto sull’atmosfera di un particolare prodotto, o di tutte le aziende agricole di un paese, il che consentirebbe di valutare il reale impatto climatico dell’agricoltura e supportare le decisioni su una produzione alimentare più sostenibile .

Per illustrare gli impatti e le conseguenze della metodologia LCA convenzionale e del metodo CC-LCA, abbiamo utilizzato entrambi gli approcci per calcolare le emissioni nette di gas serra ed energia per due aziende agricole in Svezia e abbiamo confrontato i risultati ottenuti. Abbiamo anche utilizzato il metodo CC-LCA per calcolare l’impatto netto dell’applicazione di fertilizzanti minerali azotati a una coltura di grano invernale in Svezia in termini di produzione agricola, emissioni di gas serra e sequestro di carbonio.

2 Metodi

L’LCA convenzionale e l’LCA per la cattura del carbonio (CC-LCA) sono state entrambe utilizzate per calcolare le emissioni di gas serra da due aziende agricole tipiche in Svezia, un’azienda agricola e un’azienda lattiero-casearia. In entrambi i metodi, le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione vengono addebitate all’azienda agricola produttrice. Tuttavia, nella CC-LCA, il carbonio presente nei prodotti è considerato “reddito” per l’azienda agricola produttrice e, se il prodotto viene venduto come cibo o carburante, il carbonio viene addebitato al consumatore anziché al produttore. Se il prodotto viene venduto come mangime per animali, il carbonio è considerato un input per la produzione animale, come energia nel mangime.

2.1 Approccio LCA convenzionale

I calcoli LCA convenzionali per le due aziende agricole sono stati eseguiti utilizzando uno strumento di supporto alle decisioni chiamato VERA sviluppato dall’Ente svedese per l’agricoltura [ 15 ]. È stato originariamente progettato per calcolare il bilancio dei nutrienti nelle aziende agricole, ma è stato esteso per includere, ad esempio, le emissioni di gas serra in un LCA di base per l’azienda agricola. Prende una prospettiva del ciclo di vita, il che significa che le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di input, come fertilizzanti minerali, mangimi concentrati ed energia, sono incluse per calcolare le emissioni totali di gas serra derivanti dalla produzione. Sono incluse anche le emissioni di gas serra provenienti dal suolo, dagli animali e dal letame. I gas serra valutati sono anidride carbonica (CO 2 ), metano (CH 4 ) e protossido di azoto (N 2 O). Vengono considerate le emissioni provenienti da fonti fossili (ad esempio, combustibili fossili) e da iLUC (ad esempio, emissioni dovute alla deforestazione per la produzione di mangimi acquistati). Il carbonio di origine biologica che probabilmente verrà reimmesso rapidamente nel ciclo, come il carbonio legato nei mangimi e negli alimenti, non è incluso [ 16 ]. I valori utilizzati per le emissioni provenienti dal suolo, dagli animali, ecc. sono in linea con quelli raccomandati dall’IPCC.

2.2 Approccio CC-LCA

Nei nostri calcoli CC-LCA, il confine del sistema è stato fissato attorno all’azienda agricola e non includeva il consumatore. Ciò significa che sono state prese in considerazione le emissioni di gas serra derivanti dai fattori produttivi, dal suolo, dalla digestione animale e dal letame, ma anche la CO2 legata ai cereali prodotti e a tutti i foraggi grossolani, il latte e la carne venduti. La contabilizzazione del contenuto di carbonio nei mangimi acquistati normalmente dà luogo a emissioni di gas serra più elevate rispetto all’approccio LCA convenzionale, che considera solo le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di input.

Nei calcoli CC-LCA, abbiamo ipotizzato che 1 kg di carbonio nel prodotto raccolto catturi 3,68 kg di CO 2 dall’atmosfera, un valore basato sul peso molare di carbonio (12) e ossigeno (16). Altre ipotesi utilizzate nei calcoli erano che la sostanza secca vegetale contenga il 45% di carbonio [ 17 ], il latte contenga 0,069 Mg di carbonio per Mg [ 18 , 19 ] e gli animali vivi contengano il 18% di carbonio [ 20 , 21 ]. Per evitare un doppio conteggio del carbonio acquistato nei mangimi emesso come metano durante la digestione o dal letame, è stato necessario apportare un adeguamento. Il carbonio emesso come metano è stato quindi sottratto dalle emissioni di metano.

I cambiamenti nelle scorte di carbonio organico nel suolo (SOC) sono stati stimati utilizzando il modello di bilancio del carbonio ICBM, che può essere applicato su scale diverse da laboratorio a campo, regionale e nazionale [ 22 , 23 , 24 ]. Questo modello è utilizzato anche nella rendicontazione svedese del carbonio nell’ambito dell’UNFCCC [ 25 , 26 ], nelle applicazioni LCA [ 27 , 28 , 29 , 30 ] e negli strumenti di consulenza su scala agricola [ 31 , 32 ]. Nella presente applicazione, abbiamo utilizzato la versione a due pool di ICBM, con parametri del modello secondo Andrén et al. [ 26 ]. Gli input di carbonio attraverso i residui colturali fuori terra (paglia e stoppie) e sotto terra (radici, inclusa la rizodeposizione) sono stati calcolati dalle rese agricole secondo Bolinder et al. [ 33 ] per ciascuna coltura della rotazione nelle aziende agricole in questione.

3 Materiali e dati

3.1 Fertilizzante minerale utilizzato negli studi

Entrambe le aziende agricole utilizzano fertilizzanti minerali prodotti da Yara in Norvegia. Abbiamo utilizzato anche il fertilizzante Yara nei calcoli dell’impatto netto del fertilizzante minerale azotato, poiché è il fertilizzante più comune venduto in Svezia. Il prodotto venduto in Svezia è prodotto con una tecnologia catalitica che riduce le emissioni di N 2 O dalle piante di acido nitrico del 90% e fornisce un fertilizzante azotato con emissioni di gas serra di 3,6 kg CO2 -eq per kg di azoto, che è ben al di sotto del livello europeo livello della “migliore tecnica disponibile” (BAT) e inferiore del 50% alle emissioni dell’impianto medio europeo che non opera con le BAT. Gli stabilimenti al di fuori dell’Europa hanno generalmente un’impronta di carbonio ancora più elevata rispetto alla media europea [ 34 ].

3.2 Case farm

Entrambe le aziende agricole sono situate nella Svezia centrale e utilizzano fertilizzanti minerali di Yara ed elettricità rinnovabile (energia idroelettrica), che produce basse emissioni di gas serra (Tabella 1 ).

3.2.1 Azienda agricola seminativa

L’azienda agricola dispone di 98 ettari di terreno coltivabile, sui quali vengono prodotti orzo, avena, colza e prato raccolti come fieno o insilato. Gli input annuali all’azienda agricola sono sementi, alcuni prodotti chimici fitosanitari e 26 Mg di fertilizzante minerale come NPK 27-3-3 e 12 Mg come NPK 21-3-10. Nella coltivazione, nel raccolto e in parte nell’essiccazione del grano vengono utilizzati 13.000 litri di gasolio. Questo diesel contiene il 5% di biodiesel. L’elettricità viene utilizzata per essiccare il fieno, ecc. e il 50% del grano viene essiccato con i biocarburanti residui della foresta dell’azienda agricola. La produzione annuale dell’azienda agricola è di 126 Mg di avena, 112 Mg di orzo da malto, 20 Mg di colza e 130 Mg di sostanza secca di fieno. Il bilancio dei nutrienti mostra un deficit di 3 kg di fosforo e 26 kg di potassio per ettaro, che deve essere bilanciato dal terreno.

3.2.2 Azienda lattiero-casearia

L’azienda da latte conta 71 vacche da latte su base annua e circa 80 manze e vitelli, il che la rende leggermente più piccola dell’azienda da latte media in Svezia, che ha 92 vacche da latte (valori 2018) [ 35 ]. Il suo terreno agricolo è costituito da 65 ettari di prato stabile, 25 ettari di orzo e 15 ettari di prato seminativo. Parte dei cereali e la maggior parte del foraggio grezzo (fieno, insilato, pascolo, ecc.) utilizzati come mangime per gli animali vengono coltivati ​​nell’azienda agricola, ma il concentrato per le mucche da latte viene acquistato. Secondo la legge svedese, tutte le vacche e le giovenche devono poter pascolare in estate e le sostanze nutritive contenute nel letame animale devono essere utilizzate in modo efficiente secondo le normative per ridurne l’impatto ambientale. Le vacche dell’allevamento vengono munte tutto l’anno in un sistema di mungitura volontario (un robot di mungitura) e producono circa 11 Mg di latte a correzione energetica (ECM) pro capite all’anno. I vitelli vengono nutriti principalmente con il latte delle vacche. Su base annua l’azienda vende quasi 772 Mg di ECM e 19,5 Mg di animali vivi come vitelli, manze o animali da carne. In termini di equilibrio dei nutrienti, l’azienda agricola fornisce abbastanza fosforo e potassio concentrato per le mucche. In totale l’azienda ha un surplus di 10 kg di fosforo e 27 kg di potassio per ettaro. Si acquista fertilizzante minerale contenente solo azoto e zolfo (20 Mg NS 27-4) e si utilizzano 11.000 litri di gasolio all’anno, di cui il 5% è biodiesel.

3.3 Impatto dei fertilizzanti minerali azotati

L’Ente svedese per l’agricoltura valuta ogni anno un gran numero di esperimenti sul campo e riporta la dose media di fertilizzante economicamente ottimale per le diverse colture [ 36 , 37 ]. La fertilizzazione con azoto aumenta la produzione agricola fino a un certo livello ottimale (Fig. 1 ). Il superamento della dose ottimale di fertilizzante diminuisce l’efficienza di utilizzo dell’azoto e aumenta il rischio di allettamento delle colture e di lisciviazione dell’azoto. Nell’approccio CC-LCA del presente studio, i calcoli della produzione netta di energia e delle emissioni di gas serra quando si utilizzavano fertilizzanti minerali azotati si basavano su 10 anni di esperimenti sul campo con grano invernale nella Svezia meridionale valutati dall’Ente svedese per l’agricoltura [36 ] . Come input per i calcoli sono stati considerati l’impronta climatica e il consumo energetico nella produzione del fertilizzante minerale.

Si presupponeva che il contenuto di umidità nel grano raccolto fosse del 18% e che fosse essiccato al 14%. Le emissioni di N 2 O dal suolo dopo l’applicazione di fertilizzanti minerali e letame sono state calcolate secondo le linee guida UNFCC:

 

$${\text{N}}_{2} {\text{O}}\;{\text{emissioni = NFERT}} \times {\text{EF1}} \times {{44} \mathord{\ sinistra/ {\vfantasma {{44} {28}}} \destra. \kern-0pt} {28}}$$       (1)

Dove: NFERT è la quantità di fertilizzante azotato minerale utilizzato, EF1 è un fattore di emissione (1% di NFERT) e 44/28 è un fattore di conversione da N 2 O-N a N 2 O, GWP 100 per 1 kg di N 2 O è 298 CO 2 -eq [ 2 ].

I dati utilizzati per calcolare l’effetto netto del fertilizzante minerale azotato sono elencati nella Tabella 2 .

4 risultati

4.1 Impronta di carbonio della produzione agricola nelle aziende agricole interessate

4.1.1 Azienda agricola: produzione agricola

 4.1.1.1 Emissioni nella LCA convenzionale

Le emissioni di gas serra provenienti dall’azienda agricola, calcolate utilizzando l’LCA convenzionale, sono mostrate in Fig. 2 . Gli input principali erano energia (elettricità e diesel), sementi e fertilizzanti minerali. Quasi la metà delle emissioni di gas serra erano associate alla fertilizzazione e alla lavorazione del terreno (Fig. 2 ). Tuttavia, questi calcoli ignoravano il carbonio e l’energia presenti nei prodotti realizzati nell’azienda agricola [ 16 ]. In totale, l’azienda agricola ha emesso 154 Mg CO2 -eq (circa 1,6 Mg CO2 -eq per ettaro). Le emissioni di gas serra per kg di prodotto prodotto sono state le seguenti: cereali 0,35 kg CO2 -eq, colza 0,8 kg CO2 -eq e fieno 0,43 kg CO2 -eq per kg di sostanza secca (DM).

4.1.1.2 Emissioni in CC-LCA

Il modello CC-LCA ha tenuto conto del carbonio legato nei prodotti realizzati nell’azienda agricola. Le emissioni totali sono state ancora una volta pari a 154 Mg CO2 -eq, ma 577 Mg CO2 -eq sono stati legati come carbonio nei prodotti agricoli ottenuti, mentre il contenuto di carbonio nel suolo è diminuito di 0,076 Mg C per ettaro e anno, corrispondente a 0,28 Mg CO2 -eq. In totale, ciò ha comportato un legame netto di carbonio di 395 Mg CO2 -eq (3,9 Mg CO 2 -eq. per ha). Pertanto, in questo approccio le emissioni erano negative (assorbimento netto) per le quattro colture prodotte nella rotazione nell’azienda agricola e anche le emissioni nette di gas serra erano negative (Fig. 3 ).

4.1.2 Azienda lattiero-casearia: produzione di latte e carne

 4.1.2.1 Emissioni nella LCA convenzionale

Le emissioni di gas serra dell’azienda lattiero-casearia, calcolate utilizzando l’LCA convenzionale, sono mostrate in Fig. 2 . Gli input principali erano energia (elettricità e diesel), fertilizzanti minerali, mangime concentrato, materiale per lettiere, ecc. La digestione del mangime è normalmente il maggiore contributore alle emissioni di gas serra nelle valutazioni ambientali degli allevamenti da latte, poiché il metano prodotto nel rumine dei ruminanti è un potente gas serra, in questi calcoli 25 volte più potente della CO 2 [ 2 ]. Per l’allevamento da latte, che produce principalmente latte e carne bovina, la LCA convenzionale ha rivelato grandi emissioni di gas serra (777 Mg CO 2 -eq), circa 10 Mg CO 2 -eq per vacca da latte. Quasi il 50% di queste emissioni derivavano dalla digestione ruminale (Fig. 2 ). Parte del carbonio presente negli input, come il concentrato di mangime, viene rilasciato come CH4 durante la digestione e durante lo stoccaggio e l’utilizzo del letame (Fig. 2 ). Le emissioni derivanti dall’uso dell’elettricità erano marginali, poiché provenivano dall’energia idroelettrica. Una parte di queste emissioni è legata agli animali venduti. In questo caso, abbiamo attribuito l’85% delle emissioni al latte e il 15% agli animali venduti [ 43 ]. Le emissioni di gas serra per kg di latte a correzione energetica (ECM) sono state pari a 0,86 kg di CO 2 -eq, un valore basso in una prospettiva internazionale [ 44 ]. Nella LCA convenzionale sono state considerate solo le emissioni derivanti dalla produzione, cioè i “costi”.

 

4.1.2.2 Emissioni in CC-LCA

L’approccio CC-LCA ha prodotto emissioni di gas serra dall’allevamento simili a quelle della LCA convenzionale (739 Mg CO2 -eq) (Fig. 4 ). Nei calcoli è stato incluso il carbonio presente nel concentrato, nella paglia, ecc. acquistati. L’azienda lattiero-casearia ha acquistato 263 mg di sostanza secca (DM) di mangime concentrato. Con un contenuto di carbonio del 45%, il concentrato di mangime acquistato conteneva 118 Mg di carbonio. Questo carbonio è stato sequestrato da un’altra azienda agricola e 434 Mg CO2 -eq (118 × 3,68) sono stati accreditati al produttore del concentrato di mangime. Nel CC-LCA, il carbonio acquistato costituiva un carico per l’azienda lattiero-casearia acquirente (Fig. 4 ). Una parte del carbonio acquistato (contabile in CO2 ) viene emessa dalla digestione come metano. In questo caso, la digestione delle mucche ha emesso 13,9 Mg di metano, corrispondenti a 349 Mg di CO2 -eq (Fig. 2 ). Per evitare il doppio conteggio del carbonio acquistato, sono state ridotte le emissioni derivanti dalla digestione; 13,9 Mg di metano contengono 10,4 Mg di carbonio e, conteggiato in CO2 , l’effetto serra è stato di 38 Mg CO2 -eq.

Allo stesso modo, sono state adeguate le emissioni derivanti da “Housing and storage” (Fig. 2 ). Queste emissioni ammontavano a 83 Mg CO2 -eq e consistevano in 0,1 Mg di protossido di azoto (N2O) e 2,1 Mg di metano. Il protossido di azoto è un gas serra molto potente, 298 volte più potente della CO2 , ma non contiene carbonio. Tuttavia, il metano emesso conteneva 1,6 Mg di carbonio, corrispondenti a 6 Mg di CO2 -eq. Le emissioni per “Housing and storage” sono state quindi ridotte di 6 Mg CO2 -eq. (Figura 4 ).

Il contenuto di carbonio nel suolo dell’azienda lattiera è aumentato di 0,38 Mg C per ettaro e anno (1,4 Mg CO2 -eq) [ 45 ], come mostrato dal valore negativo per “C nel suolo” in Fig. 4 . Anche le emissioni del latte e della carne sono state negative, ma le emissioni nette sono rimaste elevate.

4.2 Effetto netto dell’uso di fertilizzanti minerali secondo CC-LCA

Le emissioni di gas serra in ingresso e in uscita per un raccolto di grano invernale in Svezia che ha ricevuto diverse dosi di fertilizzanti minerali nelle prove sul campo sono mostrate nella Tabella 3 .

Sulla base dei dati delle prove sul campo, la raccomandazione ufficiale per la Svezia meridionale è di concimare il grano invernale con 200 kg di N per ettaro quando la resa prevista è di 9 Mg di grano per ettaro [ 37 ]. Nei calcoli CC-LCA sui dati delle prove sul campo, l’aumento della dose di fertilizzante da 0 a 200 kg N per ettaro ha aumentato il sequestro di carbonio nel prodotto raccolto di oltre 2 Mg (Tabella 3 ), il che significa che circa 7,6 Mg di CO2 sono stati preso dall’aria. Sottraendo le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di fertilizzanti, dalla coltivazione e dall’essiccazione dei cereali, si otteneva comunque un risultato positivo in termini di riduzione delle emissioni di gas serra. Quando non veniva utilizzato fertilizzante azotato, c’era un livello di resa chiamato “resa base” nella Tabella 3 . Quando questa resa di base veniva sottratta dalla resa ottenuta per il raccolto di grano fertilizzato, si otteneva comunque un risultato positivo in termini di riduzione delle emissioni di gas serra (Tabella 3 , Fig. 5 ).

Ad una dose di azoto di 200 kg per ettaro, si stima che ogni kg di azoto legasse (netti) 29 kg di CO2 -eq, mentre a tassi di fertilizzazione più bassi la quantità legata era maggiore (37-51 kg di CO2 -eq) ( Tabella 4 ). Anche il legame energetico nei cereali e il consumo netto di energia hanno mostrato un trend positivo quando la fotosintesi è stata potenziata dall’applicazione di fertilizzanti azotati, fino a un certo livello (Tabella 5 e Fig. 6 ).

5 Discussione

5.1 Impronta di carbonio della produzione agricola

L’agricoltura è importante in quanto principale produttrice di cibo per la popolazione mondiale. Nonostante ciò, l’agricoltura è spesso considerata un problema ambientale e, almeno in Svezia, i politici ricevono istruzioni di riorientarla, anche se raramente sulla base di solide prove scientifiche. I prodotti agricoli possono essere utilizzati come cibo, fibre, substrato per la produzione di bioenergia, come deposito di carbonio nel suolo, per i tessili o nella tecnosfera. Nei settori dei trasporti e dell’energia viene sempre calcolata l’efficienza di conversione energetica. Inoltre, è noto che alcuni combustibili fossili, come il diesel, sono necessari per la produzione di biocarburanti. Ad esempio, la produzione di cippato per la produzione combinata di calore ed elettricità richiede un apporto energetico pari al 4–5% del contenuto energetico del cippato [ 46 ]. Questa energia può provenire da fonti rinnovabili. È anche noto che l’industria automobilistica riporta il consumo di carburante per km percorso [ 47 ]. Si tratta di un approccio che il settore agricolo deve adottare affinché i sistemi di certificazione dell’etichettatura per l’agricoltura tengano conto dell’efficienza dell’agricoltura. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario trovare un modo per valutare il contenuto energetico e la qualità delle proteine ​​prodotte sull’area limitata di terreno coltivabile disponibile in tutto il mondo.

Le nostre stime CC-LCA per il caso di un’azienda agricola svedese hanno mostrato che quando è stata inclusa la cattura del carbonio nei prodotti, la produzione agricola è diventata un serbatoio netto di gas serra. Nel nostro caso, le emissioni nette di gas serra erano negative e il sequestro netto di carbonio era di quasi 4 Mg per ettaro. Il carbonio sequestrato viene venduto ai consumatori, agli esseri umani, agli allevamenti di animali o agli utenti di energia. Questo servizio ecosistemico di sequestrare il carbonio e di fornirlo in un prodotto adatto all’alimentazione umana dovrebbe essere valutato nel sistema di contabilità dell’impatto climatico.

L’impatto climatico dei ruminanti è stato ampiamente dibattuto da quando la FAO ha pubblicato il suo rapporto critico nel 2006 [ 48 ], e si sostiene generalmente che il bestiame dei ruminanti contribuisce al cambiamento climatico a causa delle emissioni di metano durante la digestione [ 49 ]. I nostri calcoli per un caseificio in Svezia hanno confermato che il contenuto di carbonio nel latte e nei prodotti a base di carne bovina non compensava le emissioni di metano derivanti dalla digestione dei ruminanti (Fig. 4 ). Tuttavia, il metodo di calcolo CC-LCA equipara l’energia del latte e della carne a quella dei trucioli di legno (carbonio come carbonio), il che è un confronto ingiusto. Dal punto di vista nutrizionale, il carbonio nel latte e nella carne è più prezioso di quello contenuto nei trucioli di legno, che non sono commestibili né per gli esseri umani né per gli animali. I ruminanti convertono principalmente l’erba in latte e carne, che sono importanti in molte diete. L’erba non è commestibile per l’uomo. Come mostrato da Sonesson et al. [ 50 ], è possibile valutare la qualità delle proteine ​​prodotte, anziché la quantità di prodotto, nei calcoli LCA. Se il contenuto di nutrienti nel latte e nella carne venisse valutato rispetto a quello dei trucioli di legno, il risultato sarebbe probabilmente più positivo per la produzione di latte e carne.

Anche l’impatto ambientale del consumo di carne, in particolare di manzo, è ampiamente criticato, ma ci sono molte aree in cui gli animali al pascolo forniscono servizi ecosistemici come la biodiversità nel paesaggio [ 51 ]. Solo il 6% delle emissioni di gas serra dei ruminanti può essere evitato se la Svezia mantiene la sua attuale superficie da pascolo [ 52 ]. Inoltre, in alcune parti del mondo, come la Svezia settentrionale, dove solo poche colture riescono a far fronte alla breve stagione di crescita e agli inverni freddi, i cereali primaverili e da prato per l’alimentazione animale rappresentano le opzioni più redditizie per gli agricoltori. L’uso alternativo più probabile del territorio sarebbe la foresta, che è l’uso del suolo dominante in Svezia, ma ciò ridurrebbe la biodiversità in questi paesaggi.

Le analisi dell’impatto dell’agricoltura sul cambiamento climatico dovrebbero includere sia i terreni coltivabili che l’allevamento di animali. Non tutte le colture prodotte sono di qualità adatta all’alimentazione umana. Se le proprietà di cottura del chicco di grano sono basse, è classificato come mangime per animali. Anche i sottoprodotti e i prodotti di scarto della produzione della birra, della produzione dello zucchero, dei panifici, ecc. vengono utilizzati come mangime per animali. Inoltre, il prato è normalmente un’importante coltura alternativa nella produzione arabile, soprattutto quando si coltivano colture come patate, semi oleosi, fagioli e piselli. In altre parole, l’allevamento degli animali ha diversi feedback positivi sulla produzione agricola. Su scala globale, l’allevamento degli animali è uno dei principali fattori di deforestazione, a causa della crescente domanda di mangimi e di terreni da pascolo. Questo effetto indiretto dell’agricoltura sul cambiamento globale dell’uso del suolo e sulle emissioni di gas serra associate non è stato incluso nella nostra analisi, che si è concentrata sulla scala aziendale. Tuttavia, tenere conto del sequestro netto del carbonio nei prodotti, invece di concentrarsi solo sulle emissioni derivanti dagli input, riconoscerebbe il fatto che i buoni terreni coltivabili sono una risorsa limitata.

5.2 Effetto netto dell’uso di fertilizzanti minerali

La nostra analisi ha dimostrato che un uso equilibrato di fertilizzanti minerali azotati può essere efficace nell’aumentare il sequestro del carbonio. Si stima che una coltura svedese di grano invernale coltivata utilizzando la dose raccomandata (~ 200 kg/ha) di fertilizzante azotato possa legare circa otto volte più gas serra nel grano rispetto a quelli rilasciati durante la produzione del fertilizzante minerale e la coltivazione della coltura (effetti del non sono inclusi la fertilizzazione zero e i benefici aggiuntivi derivanti dalla paglia di grano e dal contenuto di carbonio del suolo). Sebbene l’energia sia necessaria nella produzione di fertilizzanti minerali, si stima che l’uso dei fertilizzanti alla dose raccomandata in agricoltura restituisca circa nove volte più energia nei prodotti (Tabella 5 ). Yara, il principale produttore di fertilizzanti minerali in Scandinavia, attualmente utilizza gas naturale nella produzione. Il processo potrebbe essere migliorato dal punto di vista climatico se si utilizzasse energia da fonti rinnovabili. Negli impianti pilota attualmente in costruzione, l’energia idroelettrica e quella solare verranno utilizzate come input energetici (Mogens Erlingson, Yara, comunicazione personale, 2019).

Come affermato in precedenza, un buon terreno coltivabile è una risorsa limitata e deve essere utilizzato in modo produttivo. L’uso equilibrato di fertilizzanti minerali con un basso impatto ambientale, prodotti con la migliore tecnica disponibile, è un modo efficace e rispettoso dell’ambiente per aumentare l’utilizzo dei terreni coltivabili.

5.3 Effetto dell’approccio contabile ufficiale

L’EPA svedese [ 2 ] ha segnalato un aumento di quasi il 5% delle emissioni di gas serra provenienti dall’agricoltura tra il 2016 e il 2017, in parte dovuto al maggiore utilizzo di fertilizzanti minerali e all’aumento della produzione di animali. Un altro rapporto, sull’efficienza energetica nell’agricoltura svedese, afferma che i fertilizzanti minerali sono ad alta intensità energetica e che, dal punto di vista dell’uso energetico, sarebbe vantaggioso diminuirne l’uso [ 53 ]. Queste conclusioni si basano esclusivamente sulle emissioni derivanti dalla produzione di fertilizzanti minerali, mentre il sequestro del carbonio nei prodotti viene ignorato. I nostri calcoli CC-LCA per un raccolto di grano invernale svedese hanno mostrato che l’aumento del tasso di fertilizzante al livello raccomandato per la regione ha aumentato sostanzialmente il contenuto di carbonio ed energia nel prodotto raccolto, mentre il risultato netto è stato positivo in termini di energia e riduzione delle emissioni di gas serra .

Nel 2010, il Parlamento svedese ha deciso che i problemi ambientali in Svezia avrebbero dovuto essere risolti senza aumentare i problemi ambientali e sanitari al di fuori dei confini svedesi, un obiettivo chiamato “obiettivo generazionale”. Va sottolineato che è raro includere i consumi effettivi nell’analisi dell’impatto ambientale dell’agricoltura. Tuttavia, secondo la SEPA, il 73% del GWP causato dal consumo alimentare in Svezia nel 2016 si è verificato in altri paesi, con un aumento dell’8% rispetto al 2010 [ 4 , 54 ]. Questa cifra probabilmente continuerà ad aumentare in futuro se la produzione alimentare nazionale non sarà valutata per tutti i suoi benefici, inclusa la sua impronta climatica relativamente bassa. Le importazioni di alimenti e mangimi possono causare cambiamenti indiretti nell’uso del suolo, convertendo le foreste di altri paesi in terreni agricoli, con conseguenze sul cambiamento climatico.

 

Il sistema di contabilità globale per l’impatto climatico (LCA convenzionale) tiene conto solo dei costi (emissioni) e non dei ricavi (vincolanti di carbonio ed energia). Di conseguenza, l’effetto positivo delle attività agricole viene trascurato e l’agricoltura sembra contribuire in modo determinante alle emissioni di gas serra. Gli studi futuri dovrebbero cercare di applicare l’approccio CC-LCA ai sistemi di produzione agricola in diversi paesi e regioni del mondo, il che potrebbe aiutare a sviluppare un sistema più equo per la contabilità delle emissioni.

6. Conclusioni

Il compito principale dell’agricoltura è produrre cibo sfruttando il potere della fotosintesi, ma il sequestro del carbonio non è considerato nei calcoli ufficiali sul cambiamento climatico. Un approccio più equo per valutare l’impatto ambientale sarebbe quello di misurare il flusso netto di gas serra in agricoltura, e non solo le emissioni, a livello aziendale e nazionale. Quando la CC-LCA è stata applicata a un’azienda agricola in Svezia ed è stata inclusa la cattura del carbonio nei prodotti, la produzione agricola è diventata un pozzo netto di gas serra, rispetto a una fonte netta nella LCA. Per un’azienda lattiero-casearia, entrambi gli approcci hanno dato risultati simili, principalmente perché l’energia contenuta nel latte e nella carne è ingiustamente equiparata a quella contenuta nei trucioli di legno. Un’analisi CC-LCA separata sulla produzione di grano invernale in Svezia ha mostrato che l’uso equilibrato di fertilizzanti minerali azotati può essere efficace nell’aumentare il sequestro del carbonio e la produzione netta di energia. Pertanto, invece della LCA convenzionale, raccomandiamo un approccio LCA di cattura del carbonio (CC-LCA) che consideri il carbonio sequestrato e consenta di calcolare l’utilità marginale delle singole azioni.

Le analisi dell’impatto dell’agricoltura sul cambiamento climatico dovrebbero essere olistiche e includere sia i terreni coltivabili che l’allevamento degli animali. In alcune aree non è possibile coltivare colture destinate al consumo umano, ma è possibile utilizzare gli animali al pascolo per produrre cibo. Gli animali possono anche convertire sottoprodotti e colture non idonei al consumo umano in alimenti di alta qualità. La biodiversità è un fattore importante nei sistemi ecologici e, nelle aree in cui la foresta è l’unica opzione per l’agricoltura, gli animali al pascolo aumentano la biodiversità. Nelle aree in cui domina la produzione agricola, la produzione di prati e il pascolo degli animali aumentano la biodiversità. I terreni coltivabili sono limitati e devono essere utilizzati in modo produttivo e rispettoso dell’ambiente. La produzione agricola dovrebbe basarsi sull’uso equilibrato di fertilizzanti minerali, prodotti con la migliore tecnica disponibile, che aumenti il ​​legame netto di energia e carbonio nel raccolto.

Per consentire processi decisionali e azioni rispettosi dell’ambiente, i requisiti di qualità energetica specifica dell’uomo negli alimenti dovrebbero essere valutati in modo simile alla qualità specifica del carburante per le automobili. Ciò rappresenterebbe un cambiamento significativo nella formulazione dei futuri strumenti di indirizzo politico e richiederebbe sistemi di etichettatura più orientati al clima. Gli approcci futuri per indirizzare i consumatori e i politici verso prodotti e pratiche più rispettosi del clima devono riconoscere che l’agricoltura sequestra il carbonio nei prodotti grezzi (cibo, fibre, combustibili rinnovabili).

 

Abbreviazioni

BAT: La migliore tecnica disponibile

CC-LCA: Valutazione del ciclo di vita che tiene conto della cattura del carbonio tramite la fotosintesi

CO2 _– eq: Equivalente di anidride carbonica, un termine per descrivere diversi gas serra in un’unità comune

DM: Sostanza secca

ECM: Latte corretto dal punto di vista energetico, adeguato a 3,14 MJ/kg (750 kcal)

FAO: Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura

GHG: Gas serra

GWP: Potenziale di riscaldamento globale

ICBM: Modello introduttivo del bilancio del carbonio

iLUC: Cambiamenti indiretti nell’uso del suolo, ad esempio, emissioni dovute alla deforestazione per la produzione di mangimi acquistati

IPCC: Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici, organismo delle Nazioni Unite

ISO: Organizzazione internazionale per la standardizzazione

L: Litro

LCA: Valutazione del ciclo di vita

LULUCF: Uso del suolo, cambiamenti nell’uso del suolo e silvicoltura

Mg: 1.000.000 g

NPK: Azoto, fosforo, potassio

SEPA: Agenzia svedese per la protezione dell’ambiente

SOC: Carbonio organico nel suolo

UNFCCC: Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici

 

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Articolo tratto da:

A Springer Nature Journal

Pubblicato:22 giugno 2020

Autori: K.Linderholm, T.Katterer & JE Mattsson

https://link.springer.com/article/10.1007/s42452-020-3101-9#citeas

 

Autori e affiliazioni

K.Linderholm: Silvberg Environmental Technology, Borlange, Svezia

Katterer: Dipartimento di Ecologia, Università svedese di scienze agrarie, Uppsala, Svezia

JE Mattsson: Dipartimento di Biosistemi e Tecnologia, Università svedese di Scienze Agrarie, Alnarp, Svezia

 

Traduzione ed adattamento 

Fausto Cavalli