Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Интегральный алгоритм экологической оценки эмиссии парниковых газов при производстве мясной продукции в условиях Центрального региона России

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Интегральный алгоритм экологической оценки эмиссии парниковых газов при производстве мясной продукции в условиях Центрального региона России"

На правах рукописи

Самарджич Мильян

Интегральный алгоритм экологической оценки эмиссии парниковых газов при производстве мясной продукции в условиях Центрального региона России

Специальность: 03.02.08 - экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 3 , .! 2014

005553730

Москва-2014

005553730

Работа выполнена на кафедре экологии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева»

Научный руководитель: Васенев Иван Иванович, доктор биологических

наук, профессор, заведующий кафедрой экологии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева»

Официальные оппоненты: Филиппова Ася Вячеславовна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биоэкологи и природопользования, Института управления рисками и комплексной безопасностью ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Лукин Сергей Викторович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, директор ФГБУ «Центр агрохимической службы «Белгородский»»

Ведущая организация: ФГУП «Всероссийский научно исследовательский

институт информатизации агрономии и экологии»

Защита состоится «25» ноября 2014 г. в «16» час. «30» мин. на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете — МСХА имени К.А. Тимирязева, по адресу: 127550, г.Москва, ул. Прянишникова, 15 (тел./факс: 8(499)977-13-38 dissovet@tiinacaJ.ru).

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в ЦНБ имени Н.И. Железнова ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева и на сайте университета http://www.timacad.ru.

Автореферат разослан «_»_2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В. Селицкая

Введение

Одной из основных проблем современной экологии является глобальное изменение климата, во многом определяемое повышенной антропогенной эмиссией парниковых газов (IPCC, 2007, 2013). В настоящее время, антропогенная эмиссия парниковых газов (ПГ) составляет около 350 млрд. т год"1. На долю сельского хозяйства приходится около 16% от глобальной эмиссии парниковых газов, что сопоставимо с выбросами парниковых газов из других секторов экономики (энергетика 26%, промышленность 19%, транспорт 13%) (IPCC, 2007, 2013). Большие выбросы парниковых газов от сельскохозяйственного производства приходятся на сектор животноводства, в особенности это относится к эмиссии метана и закиси азота (Popp et al., 2009).

С присоединением России к ВТО актуализируются процессы гармонизации законодательств РФ и ЕС в области сельского хозяйства и экологии. Общие тенденции экологизации сельского хозяйства в РФ, были определены Президентом РФ (2012) и Правительством РФ (2012). Они предусматривают дальнейшее развитие экологического мониторинга, аудита и принятие мер по снижению антропогенной эмиссии парниковых газов, что, в частности, актуализирует исследования в области анализа удельной эмиссии парниковых газов на основных этапах производства, переработки и потребления мяса и мясных продуктов (начиная с предпосевной обработки почвы, заканчивая системой управления отходами).

Целью работы является проведение комплексных экологических исследований с разработкой и апробацией интегрального алгоритма оценки удельной эмиссии парниковых газов по всем этапам анализа жизненного цикла (АЖЦ / LCA) производства и потребления мясной продукции в условиях представительных arpo- и урбоэкосистем Центрального региона России.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Разработка интегрального алгоритма экологической оценки удельной эмиссии парниковых газов по пяти этапам жизненного цикла производства, переработки и потребления мясной продукции.

2. Анализ основных факторов формирования удельной эмиссии парниковых газов на этапе производства кормов в условиях представительных агроэкосистем Центрального региона России.

3. Оценка удельной эмиссии парниковых газов на этапах откорма животных, производства и переработки мяса в условиях современных животноводческих комплексов Центрального региона России, а также предприятий по переработке мяса.

4. Анализ основных составляющих эмиссии парниковых газов на этапах реализации и потребления мясной продукции в условиях представительных arpo- и урбоэкосистем Центрального региона России.

5. Системный анализ лимитирующих экологических факторов и основных направлений поэтапного снижения эмиссии парниковых газов на всех этапах жизненного цикла производства, переработки и потребления мясной продукции в условиях представительных arpo- и урбоэкосистем Центрального региона России.

Научная новизна исследований: Впервые для условий Центрального региона России проведен комплексный экологический анализ удельной эмиссии парниковых газов (С02, СН4 и N20) по всей пищевой цепи сельскохозяйственного производства, переработки, реализации и потребления мяса и утилизации отходов с оценкой основных направлений и потенциала их экологизации по показателям производства парниковых газов, что имеет важное значение для предотвращения неблагоприятных глобальных изменений климата и биосферы.

На разных этапах жизненного цикла производства и потребления мяса доминируют разные парниковые гази: на этапе производства кормов —

N2O и СОг; на этапе животноводства - СН4, N20 и ССЬ; а на остальных этапах — С02. Проведенная оценка интегральных выбросов парниковых газов с пересчетом на С02 эквивалент показала, что в условиях Центрального региона России эмиссия ПГ при производстве, реализации, потреблении и утилизации отходов отчетливо дифференцируется по видам мяса составляя 16,6 - 21,5 кг СО2 экв./кг мяса для говядины, 6,9-9,8 кг СО2 экв./кг мяса для свинины, 3 - 5,75 кг СОг экв./кг мяса для птиц. Получение результаты, с одной страны, сопоставимы с существующими данными для Европы (особенно, стран восточной части ЕС — Desjardins et al., 2012), а с другой стороны - показывают основные направления и потенциал по экологизации удельной эмиссии парниковых газов.

Практическая значимость исследований: Разработанный в рамках выполненного исследования и апробированный на примере представительных arpo- н урбоэкосистем Центрального региона России интегральный алгоритм оценки удельной эмиссии парниковых газов по всем этапам анализа жизненного цикла производства и потребления мясной продукции, создает методическую основу для развития адаптированной к условиям России профильной автоматизированной системы - калькулятора эмиссии парниковых газов. С его помощью могут эффективно решаться экологические задачи выявления и количественной оценки проблемных экологических ситуаций, сравнительного анализа перспективных способов снижения удельной эмиссии парниковых газов при производстве и потреблении мясной продукции - с учетом особенностей конкретного региона, что соответствует заданному Правительством РФ направлению экологизации сельскохозяйственного производства.

Апробация работы. Результаты исследований неоднократно докладывались в 2011-2014 гг. на заседаниях кафедры экологии, конференциях ЛАМП, международных экологических школах MOSES, на научной конференции молодых ученых в г. Нови-Сад (Сербия) в ноябре 2013 г., а так-

же конференции «Science of the Future» в С.-Петербурге в сентябре 2014 г. По результатам исследований опубликованы 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и библиографии. Изложена на 113 страницах, содержит 17 таблиц, 25 рисунков и фотографий. Фактические материалы получены автором в период 2011-2014 гг. при проведении им исследовании в рамках проекта Правительства РФ № 11 .G34.31.0079. Библиография включает 166 источников литературы, из них 136 - на иностранных языках.

Выносимые на защиту положения:

1. Преобладающие в современных условиях Центрального региона РФ системы производства, переработка и потребление мяса являются важным потенциально регулируемым источником эмиссии парниковых газов (ПГ), что необходимо учитывать при планировании, экологической экспертизе, реализации и контроле животноводческих проектов и технологических аспектов федеральных и региональных программ развития животноводства.

2. Основными направлениями снижения удельной эмиссии ПГ при производстве, переработке и потреблении мяса в условиях ЦРР являются: (i) повышение эффективности применения азотных удобрений при производстве кормов (потенциал снижения эмиссии ПГ в 30 - 45 %) и потребления кормов в мясном животноводстве (до 20 - 30%); (ii) экологическая регламентация условий хранения и переработки навоза (в 25 - 40 %); (iii) снижение объемов неутилизируемых отходов потребления мяса и мясной продукции (до 30 - 40 %) - с общим потенциалом снижения удельной эмиссии парниковых газов в 25 - 35 %.

Глава 1: Глобальные изменений климата и эмиссия парниковых газов при производстве и потреблении мясной продукции сельского хозяйства

В целом, по оценкам, доля сельского хозяйства составляет 16 процентов от общего объема антропогенных выбросов парниковых газов, что сопоставимо с долен других видов деятельности человека (промышленности, транспорта, энергетики). Состав выбросов парниковых газов на объектах сельского хозяйства отличается от выбросов из других сферах человеческой деятельности. В отличии из большинства из них, где в выбросах доминирует диоксид углерода (ССЬ) ископаемого происхождения, в секторе сельского хозяйства наиболее важными парниковыми газами являются метан (СН4) и закись азота (N20) (FAO, 2006; Flysjö, 2012).

Эмиссия метана в отрасли животноводства составляет 35 - 40% от его глобальных антропогенных выбросов (Gibbs et al„ 2001; Grubic et al., 2003; Thorpe, 2009). Эмиссия закиси азота отрасли животноводства составляет около 65% от его глобальных антропогенных выбросов (FAO, 2006; IPCC, 2007, 2013; Desjardins et al., 2012; US-EPA, 2013).

Отрасль животноводства в Российской федерации, и связанные с ней экологические проблемы (в частности - выбросы парниковых газов) имели устойчивый тренд сокращения с 1990 по 2006 год (Агроэкология, 2004; Романовская, 2008). В значительной мере это было результатом сокращения числа животных в этот период. С 2001 года наблюдается постепенное увеличение продуктивности животных. На определенном этапе, оно проходило без существенного увеличения суммарных выбросов парниковых газов, что, вероятно, являлось результатом интенсификации животноводства (Романовская, 2008).

При анализе суммарных выбросов ПГ в животноводстве РФ, как правило, оцениваются отдельно эмиссия на этапе производства кормов и эмиссия на этапе выращивания животных.

Считается что дыхание домашних животных не является существенным источником С02 (Castaldi, 2013). Наиболее значимыми источником парниковых газов является метан выделяемый жвачными животными (крупный рогатый скот, овцы, козы) вследствие их естественных процессов пищеварения (Dukes, 2004). Другим важным источником эмиссии ПГ является анаэробное разложение органических веществ в навозе (Grubic et al., 2003; FAO, 2006; Романовская, 2008).

Для производства кормов используется значительная часть мировой продукции растениеводства. При выращивании кормов для животноводства используется около 20 до 25 процентов применяемых в мире удобрений. Из этого следует, что выбросы газов, связанные с производством удобрений, нужно также рассматривать среди выбросов пищевой цепи производства и переработки продуктов животноводства.

Уровень выбросов N2O из минеральных азотных удобрений зависит от режима и времени их применения. Выбросы N20 можно оценить с помощью моделей FAO/IFA (2001), которые показывают, что выбросы закиси азота составляют в среднем 1 процент от азота, внесенного с удобрением. Эта оценка является средней для всех типов удобрений (FAO/IFA, 2001). Топливо и энергия, используемые в производстве кормов, являются вторым источником парниковых газов и вносит вклад около 25 - 30% выброса ПГ от производства корма.

Зарубежные исследования (Cederberg et al., 2004, 2009; Toldra, 2010; Hermanssen et al., 2011) показали, что значительная часть удельной эмиссии ПГ и потока углерода происходит в процессе переработки, охлаждения и перевозки мяса, связанные с затратами топлива и энергии. Энергия в основном нужна для обогрева воды, производства водяного пара и охлаждения мяса. Энергия, которая нужна для работы процессных машин, является относительно небольшой, особенно когда рассчитывается на килограмм продукта. Важно отметить, что отрасль животноводства в современном

производстве становится все более энергоемкой, что приводит к увеличению выбросов углекислого газа (Grubic et al., 2003; FAO, 2006; Flysjö, 2012).

Выбросы ПГ на этапе реализации, потребления и утилизации в основном состоят из С02 энергии для хранения и подготовки продукта, и они являются относительно незначительными. Самый большой вклад вносят потери пищевой ценности продукта (20%) на этапе реализации продукции и утилизация отходов (15 - 25%)(Сычев и др., 2007; Berlin et Sund, 2010). В более эффективных системах упаковки и хранения продуктов можно снизить потери пищевой ценности на 10%, с последующим снижением С-футпринта (С-футпринт - след от антропогенного и техногенного воздействия).

Глава 2: Методология, объекты и методы исследования

Процедура расчета, рассмотренная в работе, разработана именно для получения оценок выбросов углекислого газа (углеродный футиринт - С-футпринт) от производства продукта питания, конкретно общей эмиссии С02 и других парниковых газов (ПГ), связанных с производством, переработкой, продажей, потреблением мяса и утилизацией отходов. С-футпринт представляет собой общий выброс парниковых газов, эмитированный при производстве единицы любого товара или выполнения услуги. Единицей измерения С-футпринта является эквивалент килограмма С02 (кг С02 экв.), который рассчитывается умножением количества выброшенного парникового газа с его потенциалом глобального потепления (ПГП)(1 -для С02, 23 - для СН4 и 296 - для N20)(FA0, 2006).

Расчет С-футпринта основан на методологии анализа жизненного цикла (АЖЦ), который представляет собой метод расчета выбросов, происходящих на протяжении всего жизненного цикла продукта от производства сырья до утилизации. Расчет учитывает каждый этап и включает в себя транспорт в производственной цепочке от первого шага до определен-

ной границы системы (конца цепи). Правила и процедуры расчета стандартизированы международными стандартами ISO 14040, 14044 и 14064. В работе рассматривается расчет С-футпринта на основе калькулятора IAGRICO2 (Castaldi, 2013, Samardzic et al., 2014).

В рамках реализации данного методологического подхода (АЖЦ, С-футпринт), мы выделили 5 этапов общего процесса производства, переработки, реализации и потребления и утилизации отходов пищевого продукта (рис. 2.1):

1-й этап: Производство корма

2-й этап: Выращивание животных

3-й этап: Переработка мяса

4-й этап: Реализация мясной продукции

5-й этап: Потребление мясной продукции и утилизация отходов

Данные, используемые в работе, получены благодаря экспериментам, проведенным сотрудникам лабораторий ЛАМП на полевой опытной станции РГАУ-МСХА и в ЦЧГПБЗ им. В.В. Алехина. Также, в работе использовались данные получение в Учхозе РГАУ-МСХА «Мумовское» Саратовской области. Использовано программное обеспечение «ЛИССОЗ».

Оборудование, использованное для отбора и анализа образцов на полевой опытной станции РГАУ-МСХА, состоит из (рис. 2.2): системы микро-пульсационных измерений (устройства отмечена цифрами на рисунке): 1. CSAT3 (Campbell Scientific, USA) ультразвуковой 3D анемометр. 2. LI7500 (Li-Cor, USA) СО2-Н2О газоанализатор. Оборудование проводит измерения потоков СО2 в реальном времени, и с высокой частотой (20 измерении в секунду для потока С02 и одно измерение в секунду для метеоданных). Данные, полученные в ходе исследований, обрабатываются программной системой Eddy Pro в целях интерпретации результатов. Сводный алгоритм расчета С-футпринта состоит из 5 частных алгоритмов, соответствующих этапам АЖЦ (табл. 2.1).

Рис. 2.1: Блок-схема сводного алгоритма анализа эмиссии парниковых газов, процессов оценки жизненого цикла производства и потребления мяса и мясной продукции

Этап АЖЦ Часний алгоритм оценки С-футпринта на этапе АЖЦ и его условное обозначение Единица измерения

№ Название

1 Производство корма [1 in CFFeed = ^CCFjfj х MEFj ) + 2(CFFk X MFU) i=l k=l CFfl.cd- С-футпринт корма CFFef - С-футпринт энергии и топлива; j- вид корма MEF- количество корма CFf -С-футпринт производства и применения удобрений; к- вид корма Мкк- количество корма кг ССЬ экв. кг"' корма

2 Животноводство С FH= CFKccd + CFhee + CFEnt+ CFm CFh - С-футпринт животноводства CFhef - С-футпринт энергии и топлива на этапе животноводства CFEnt- С-футпринт кишечной ферментации CFM - С-футпринт навоза кг СОг экв. кг'1 животного

С-футпринт первичного производства (CFa) CFa= С F|ll4| + CFh кг ССЬ экв. кг"1 животного

3 Переработка мяса CFp=(CFA+(CFAxKc))+CFpTr+CFpEF+CFpack. CFp- С-футпринт переработанного мяса CFa- С-футпринт первичного производства (живой вес животного) Кс - процент съедобных частей туш животных CFp-i'r- С-футпринт транспорта животных CFpEf - С-футпринт энергии и топлива CFpack.- С-футпринт упаковки кг СО2 экв. кг"1 мяса

4 Реализация CFr= CFP + CFV + CFRTr + CFl CFr- С-футпринт реализации CFr- С-футпринт первичного производства CFREf— С-футпринт энергии и топлива на этапе реализации CF тг- С-футпринт транспорта мяса CFl - С-футпринт потери пищевой ценности продуктов кг СОг экв. кг"1 мяса

5 Потребление CFc= CFr+ CFEr+CFEc CFc - С футпринт потребления CFr - С футпринт торговли кг ССЬ экв. кг"1 мяса

СКЕг - С-футпринт энергии для хранения СГвс-С-футпринт энергии для подготовления

Утилизация отходов СГху = СРсХКлу СР\У-С-футпринт отходов СРс - С-футпринт потребления Клу - процент несъедобных отходов

С-футпринт мяса на конце АЖЦ СГК1 = скс+ с:к„ кг СО2 экв. кгмяса

Лабораторное оборудование, используемое для измерения потока N20 и СН4 состоит из подвижного и стационарного. Подвижное - почвенная экспозиционная камера, 1л-С(Ж 820 (рис. 2.3). Стационарное лабораторное оборудование: газовый хроматограф Хроматэк-Кристалл 5000.2 с ПЕД и ЭЗД детекторами и колонкой РгоРасС* 120x180.

Рис. 2.2 Вышка для измерения Рис. 2.3 ЬьССЖ 820 и почвенная

потоков парниковых газов экспозиционная камера

Глава 3: Оценка выбросов парниковых газов на этапах производства кормов и животноводства

Оценка выбросов парниковых газов на этапе производства кормов

В начале расчета эмиссии парниковых газов в процессе производства кормов, определяется их необходимое количество для роста животного до убойного веса. В среднем, для КРС требуется 20 месяцев для доведения веса животного от 640 кг. Для этого нужно их обеспечить 300 кг сена, 3334 кг ку-

курузного силоса, 949 кг ячменя, 730 кг зерна кукурузы и 535 кг гороха. Для свиней на 105 кг веса, в среднем, нужно израсходовать 125 кг кукурузы, 65 кг ячменя и 40 кг сои. Для производства 1.9 кг птицы необходимо 42 дня и 1,5 кг кукурузы, 0,7 кг пшеницы, 0,4 кг ячменя и 0,8 кг сои.

Средняя урожайность культур в условиях представительного для Саратовской области учхоза «Муммовское» составляет: кукурузы на силос - 40 т га"1, кукуруза на зерно -5т га"', ячменя и пшеницы - 6 т га "', сои — 3 т га "', гороха - 3,2 т га "' и сена - 0,5 т га Основной вклад в эмиссию парниковых газов при производстве кормов вносят топливо, энергия и удобрения.

С-футпринт топлива и энергии, используемые в производстве сельскохозяйственных культур и транспортировки кормов

Самый лучший способ пересчета объёма выбросов С02 из топлива в процессе производства и транспортировки кормов состоится в умножении расхода дизельного топлива в литрах со средним количеством СО2, образованного на литр топлива (2640 г СО2).

Определение выбросов ПГ от удобрений

Считается, что в Европе эмиссия парниковых газов на килограмм азота в удобрениях составляет 6,8 кг СО2 экв., и выбросы при использовании удобрений составляют 1% от внесённого азота, в основном - в виде N2O (IPCC, 2006, 2013).

Более 75% выбросов ПГ на стадии производства кормов происходит от применения удобрений. В этом случае сено является самым эффективным с точки зрения применения удобрений, но с другой стороны - самим неэффективным с точки зрения выбросов, связанных с применением топлива.

Оценка выбросов парниковых газов на этапе животноводства

Основными источниками эмиссии ПГ на стадии животноводства являются выбросы метана из пищеварительного тракта и закись азота из навоза.

Табл. 3.1 Расчет выбросов парниковых газов по расходу топлива и применяемых азотных удобрений

Культура Применение на га Эмиссия ПГ на га (кг С02 экв.) Эмиссия ПГ на кг урожая (кг С02 экв.) Сумма выбросов ПГ на кг урожая (кг COj экв.)

Азот (кг) Топливо (литр) Удобрении (кгС02 экв.) Топливо (кг С02 экв.) Удобрении (кгСОг экв.) Топливо (кг С02 экв.)

Кукуруза силос 83,2 ±4,1 140 ±7 810,2 ±40,5 369,6 ±18,5 0,02 0,009 0,03

Кукуруза зерно 130 ±6,5 120 ±6 1269 ±63,5 316,2 ±15,8 0,25 0,06 0,31

Пшеница 120 ±6 73,5 ±3,7 1171,2 ±58,6 194,1 ±9,7 0,19 0,03 0,22

Ячмень 110 ±5,5 69,1 ±3,4 1073,6 ±53,7 182,3 ±9,1 0,18 0,03 0,21

Горох 80 ±4 62,25 ±3,11 780,8 ± 164,3 ±8,2 0,24 0,05 0,29

Соя 70 ±3,5 65 ±3,25 683,2 ± 171,6 ±8,6 0,22 0,06 0,28

Сено 0 30 ±1,5 0 79,2 ±4 0 0,16 0,16

Влияние использования топлива и энергии

Ежегодные затраты топлива, используемого для кормления, вывоза навоза и подстилки, а также для обеспечения выпаса животных, варьируют от 26 литров на 1 голову КРС до 0,005 литра на одного бройлера

Электрическая энергия для вентиляции и отопления помещений для свиней составляет 80 кВт-ч электрической энергии на свинью. В птицеводстве электричество в основном используется для вентиляции (годовое потребление - 1,25-1,3 кВт-ч на одного бройлера), а также нередко - для отопления (годовое потребление составляет 7,7 кВт-ч на голову).

Для КРС годовое потребление электроэнергии на одну голову, в зависимости от технологии, варьирует от 38 кВт-ч (наиболее распространенные в России помещения с естественной вентиляцией) до 90 кВт-ч (для помещений с искусственной вентиляцией). Таким образом, на кормление и вывоз навоза в свиноводстве приходится примерно 46,4 кг С02 на голову животного в год, а для птиц, 0,0132 кг СОгГод"1 (табл. 3.2). При производстве 1 кВт-ч электрической энергии в условиях Российской Федерации освобождается 0,699 кг СОг (Европейский банк реконструкции и развития, 2010)

Табл. 3.2 Выбросы парниковых газов на голову животного (кг СОг экв.) при использовании топлива и энергии

Вид животных Выбросы ПГ для кормления и вывоза навоза Выбросы ПГ для вентиляции и обогрева Сумма выбросов ПГ на голову животного

КРС- стойло 114,4 63,3 177,7

КРС - пастбище 44 47,5 91,5

Свиньи 28,6 55,9 84,5

Птицы 0,01 1,46 1,47

С футпринт кормления

Для производства КРС: СРГее(1=300х0,16+3334x0,03+949x0,21+730Х0,31+535x0,29=728^6 кг С02 экв.

Для производства свиней: СРГее(1=125хО,31+65хО,21+40x0,28=63^6 кг СО: экв.

Для производства птицы: СГРееч=1,5х0,31+0,7x0,22+0,4х0,21+0,8хр,28=0,93кг С02 экв.

Влияние кишечной ферментации на производство парниковых газов во время процесса пищеварения

Выбросы метана в результате кишечной ферментации для мясных коров и быков зависят от примененной технологии выращивания животных и количества грубых кормов в кормах, а выбросы ПГ составляют 96,67 кг СН4 в течение жизни животного. Количество эмиссии метана связанной с кишеч-

ной ферментацией для свиней, составляет 1,5 кг СН4 на одно животное (01ЬЬз е! а1., 2001). В эквиваленте С02, значения кишечной ферментации: для крупного рогатого скота: СРЕп,=2223 кг С02 экв., для свиней: СРЕ„,=34,5 кг С02экв.

Оценка выбросов парниковых газов из навоза Навоз является наиболее распространенным побочным продуктом скотоводства по количеству. В среднем навоз содержит 0,5% К, 0,25% Р2С>5, 0,6% К20 и органического вещества примерно 20% (Кга^поу1с й а1., 2000). Средний годовой объем производства навоза по видам составляет: 12800 кг для КРС, 1300 кг для свиней и 3,9 кг для бройлеров. Путем умножения данного количества навоза на содержание азота получаем следующее количество эмитированного азота:

■ бычки — 64 кг азота в течение жизни,

■ свиньи - 6,5 кг азота,

■ бройлеры - 0,19 кг азота.

В России навоз, как правило, хранится на открытом воздухе в твёрдом виде, потери азота при таком виде хранения составляют около 40%. При этом 7,5% потерянного азота переходит в закись азота (7ип е1 а1., 2001). С-футпринт навоза

СРМ КРС - 947,2 кг С02 экв. СРМ Свиньи - 96,2 кг С02 экв. СРМ Птиц - 0,28 кг С02 экв.

С-футпринт на конце этапа животноводства Для КРС:

-стойло: СРд=728,7+177,7+2223+947,2=4076,6 кг СО: экв. -пастбище: СРА=728,7+91,5+2223+947,2= 3990,4 кг С02 экв. Для свиньей: СРЛ=63,6+84.5+34,5+96,2=278,8 кг С02 экв. Для птиц: СРа=0,93+1 ,47+0,28=2,68 кг С02 экв.

Таким образом, в данном случае С-футпринт животноводства для КРС не имеет значительную разницу в отношении к зоотехнологии (стойло или пастбище).

Глава 4: Оценка выбросов парниковых газов на этапе переработки мяса

Основные выбросы парниковых газов на мясоперерабатывающих заводах связаны с использованием топлива и энергии, а также включают С-футпринт упаковки. Выбросы, связанные с газами для охлаждения, не имеют существенного значения для эмиссии ПГ.

Оценка выбросов парниковых газов при перевозке животных

Для перевозки животных используются транспортные средства, которые используют дизельное топливо. Затраты дизельного топлива на 100 км — 30 л, при чем освобождается 79,2 кг С02 экв на 100 км (табл. 4.1).

Табл. 4.1 С-футпринт при перевозке животных по видам

Вид животных Число голов в прицепе СРТг (кг С02 экв.) на 100 км

КРС 19 4,17

Свиньи 41 1,93

Бройлеры 1750 0,045

Соотношение съедобных и несъедобных частей туш животных и пересчет С-футпринта на мясо с костями

Для расчета дифференцированного по этапам АЖЦ С-футпринта нужно знать соотношение съедобных и несъедобных частей туши животного. Так как несъедобные части туши не используем для питания, вклад их С-футпринта условно добавляется к футпринту съедобных частей (табл. 4.2).

С-футпринт непищевых отходов

Непищевые отходы используются в России в качестве белкового корма для животных, таким образом, выбросы ими углекислого газа определяются с

Табл. 4.2 С-футпринт по видам пересчитан на кг мяса с костями

Вид животных С-футпринт животного (кг СО} экв.) Вес животного (кг) Соотношение съедобных и несъедобных частей С-футпринт на кг мяса с костями (кг СОг экв.)

КРС 4080,8 640 55:45 11,58

Свиньи 280,7 105 65:35 4,11

Бройлеры 2,72 1,9 80:20 1,45

помощью определения выбросов углекислого газа при производстве растительных кормов, которые они заменяют. Так как непищевые продукты перерабатываются в мясокостную муку с содержанием белка от 40 до 45%, мы можем заменить ее соей в соотношении 1:1, то есть, сравнить С-футпринт сои и мясокостной муки (Castaldi, 2013).

С футпринт энергии и топлива, используемого при обработке животных

Затраты энергии во время обработки напрямую связаны со степенью интенсивности производства. Для переработки мяса необходимо обеспечить 4,4 кубических метров воды при 65 градусах за тонну обработанного мяса. Как основное топливо для обогрева воды используется природный газ, который имеет С-футпринт от 0,19 кг С02 экв. на кВт-ч. Для обогрева воды с 10 на 65 градусов нужно потратить 0,0011 кВт-ч литр °С т.е. 60,5 кВт-ч/м3. Из этого следует, что для обогрева воды, которая тратится для производства 1 тонны мяса, освобождается 50,58 кг С02. (табл. 4.3).

С-футпринт упаковки

В России используются в основном тарелки из полистирена. С-футпринт полистирена равен 3,45 кг экв. С02 (The Polystyrene Packaging Council, 2006), а средний вес тарелок для упаковки 1 кг мяса - 42,3 г. В качестве оболочки тарелок используются однослойные и многослойные пленки, изготовленные из следующих материалов: полипропилен, полиэтилен, поли-

винилхлорид и полиэстер. С-футпринт пленок равен 3,4 кг ССЬ экв (Мейек 2011). Средний вес пленок для упаковки 1 кг мяса равен 6,2 г.

С-футпринт переработанного мяса на конце этапы переработки

Переработка вносит небольшой вклад в С-футпринт переработанного мяса, по сравнению с производством производства корма и животноводством (табл. 4.3).

Табл. 4.3 С футпринт кг переработанного мяса по видам

Вид животных CF транспорта на км CF кг мяса с костями CF обогрева воды CF охлаждения мяса CF упаковки CF переработанного мяса

КРС 0,04 11,58 0,05 0,03 0,17 11,68

Свиньи 0,02 4,11 0,05 0,03 0,17 4,36

Бройлеры 0,0004 1,45 0,05 0,03 0,17 1,7

Глава 5: Оценка выбросов парниковых газов на этапах реализации и потребления мясной продукции

Оценка выбросов парниковых газов на этапе реализации мясной продукции

Оценка выбросов парниковых газов при перевозке продуктов Для транспортировки переработанного мяса обычно используют грузовик с максимальной нагрузкой от 10 до 25 тонн.

Затраты топлива увеличиваются при перевозке замороженного мяса на 22%, а для охлажденного мяса на 11% - в сравнении с затратами топлива без системы охлаждения (Berlin et Sund, 2010). Коэффициент загрузки грузовика мясом составляет в среднем около 50%

Потребление топлива, в случае замороженного мяса составляет 30,5 литра на 100 км, а в случае охлажденного - 27,75 литра на 100 км, что при переводе на С02 дает С-футпринт от 0,07 до 0,08 кг С02 экв. кг мяса"1.

С-футпринт продуктов, не соответствующих параметрам пищевой безопасности

С-футпринт продуктов, не соответствующих параметрам пищевой безопасности из-за истечения сроков хранения, нарушения целостности упаковки и качества продукции, в России, аналогично Европе, составляет около 20% от общего объема производства мяса и должно уничтожаться. С-футпринт продуктов, непригодных для потребления, добавляется к конечному продукту.

С-футпринт энергии и топлива в реализации Потребление энергии для холодильников в розничной торговле довольно высокое из-за открытых холодильников, и добавляет 0,056 кВтч/кг охлажденного продукта сутки что представляет 0,04 кг экв. COj сутки (Berlin et Sund, 2010).

С-футпринт мяса на конце этапа реализации

Мясо на конце этапа реализации собирает удельный С-футпринт всех четырех подэтапов (табл. 5.1). На этапе реализации продуктов самой большой вклад в С-футпринт готового продукта вносят потери пищевой ценности. Вклад хранения и транспортировки в формирование С-футпринта мяса незначителен.

Оценка выбросов парниковых газов на этапе потребления и утилизации отходов

Приготовление пищи и удаление отходов

Приготовление блюд из 1 кг мяса требует от 2 до 4 кВт-ч (от 1,4 до 2,8 кг СО2 экв. электроэнергии, или от 0,38 до 0,76 кг СОг экв. газа). Содержание костей в мясе (на 1 кг мяса с костью в убойном весе), в зависимости от вида животного, составляет: для свиньи - 15 - 30%, мясо птицы - 13 - 15%, крупного рогатого скота - 20 - 25%, (Kralik et al., 2006), что вместе с упаковкой представляют собой отход (табл. 5.2).

Табл. 5.1 С-футпринт упакованного мяса на конце этапа реализации

Вид мяса С-футпринт потери (кг СО^ экв.) С-футпринт мяса на выходе из этапа (кг СО^ экв.)

Говядина 2,35 14,15

Свинина 0,86 5,17

Куриное мясо 0,36 2,17

Табл. 5.2 С-футпринт на конце жизненного цикла производства, переработке и потребления мяса

Вид мяса Способ подготовки С-футпринт подготовленного мяса (кг СО2 экв.) С-футпринт отходов (кг С02 экв.)

Говядина электричество 16,3-17,17 4,07-4,3

газ 14,9-15,3 3,7-3,8

Свинина электричество 6,8-8,2 1,3-1,6

газ 5,77-6,15 1,15-1,2

Куриное мясо электричество 3,6-5 0,54-0,75

газ 2,6-2,9 0,39-0,44

В условиях России, на С-футпринт этапа потребления существенно влияет способ приготовления, так как природный газ здесь имеет в'3,5 раз меньший С-футпринт по сравнению с электричеством.

Заключение:

Оценка выбросов ПГ на этапах производства, переработки, реализации и потребления мяса, а также утилизации отходов, показала что самый большой вклад в С-футпринт продукта вносит производство кормов и собственно животноводство (68 - 77% для КРС, 54 - 65% для свиньей и 45 - 61% для птиц, в зависимости от способа ведения хозяйства).

На этапе производства кормов, самый большой вклад в С-футпринт вносят применение минеральных удобрений (до 75%) и использование топлива (до 25%). Благодаря применению точного земледелия и оптимизации

использования азотных удобрении, можно сократит эти выбросы на 40% при сохранении урожайности (8юопч^е1, 2014; Мапёешакег й а1., 2014).

На этапе животноводства большой вклад вносит кишечная ферментация у жвачных и выбросы закиси азота из навоза. Эмиссию метана из кишечной ферментации можно уменьшить на 15% посредством оптимизации кормления (меньше волокон в соотношении с энергетической ценностью корма для КРС). Наибольшими вкладчиками ПГ являются эмиссия закиси азота из навоза, при хранении в твёрдом виде на открытых площадках, вместе с энергией, используемой для кормления, вывоза навоза и вентиляции (кроме КРС, где удельная эмиссия N20 из навоза является вторым большим вкладчиком после кишечной ферментации). Эмиссию N20 из навоза можно сократить с помощью более интенсивных систем хранения и применения, примерно на 8%. При производстве биогаза, выброс закиси азота можно сократить до 30%.

Этап переработки вносит относительно небольшой большой вклад в С-футпринт мяса (от 3% до 8%), и выбросы ПГ, в основном, связанны с использованием топлива и энергии. Важно отметить, что на стадии переработки С-футпринт несъедобных частей туши прикрепляется к С-футпринту её съедобных частей, а сами отходы прикрепляются к С-футпринту кормов, которые они заменяют.

На этапе реализации большой вклад в С-футпринт вносят продукты, которые не соответствуют параметрам безопасности для питания людей из-за целостности упаковки, истечения сроков хранения или любой другой причине. Эти потери в российских условиях составляют около 20%. Посредством снижения процента потерь, можно снизить и С-футпринт мяса.

На этапе потребления можно отметить, что способ приготовления напрямую влияет на С-футпринт, так как природный газ имеет в 3,5 раза меньший С-футпринт по сравнению с электричеством.

В данный момент, углеродный футпрннт российского мяса сопоставим со средним европейским, особенно - французским и восточноевропейским, но он значительно превышает С-футпринт мяса в Великобритании и Дании (Ое5]агсИпя е1 а1, 2012; РАО, 2013). Сопоставление с ними позволяет оценить возможность дальнейшего сокращения выбросов ПГ по всем этапам жизненного цикла мяса. Выводы

1. Пять основных этапов полного жизненного цикла производства и потребления мяса существенно различаются по источникам и интенсивности потоков парниковых газов: (1) производство кормов —> (2) выращивание животных —» (3) переработка мяса —> (4) реализация продукции —> (5) потребление мяса и утилизация отходов —». Наибольшей удельной эмиссией ПГ отличаются производство кормов (728,7 кг С02 экв. на голову КРС, 63,6 кг С02 экв. - свиней, 0,93 кг С02 экв. - птиц) и откорм (9,5 кг С02 экв. на кг живого веса КРС, 3,15 кг С02 экв. - свиней, 0,73 кг С02 экв. - птиц).

2. Около 75% выбросов парниковых газов на этапе производства кормов получается в результате использования минеральных удобрений при выращивании кормовых культур. Агроэкологическая оптимизация применения азотных удобрений и внедрение систем точного земледелия позволяет снизить выбросы парниковых газов на 40% при сохранении того же уровня урожайности.

3. Самое большое количество выбросов ПГ на этапе выращивания животных происходит в результате кишечной ферментации КРС (метан - 6,31 кг С02 экв на кг живого веса) и неправильного хранения навоза (закись азота - 2,69 кг С02 экв. - КРС, 1,4 кг С02 экв. - свиней и 0,18 кг С02 экв. - птиц). Внедрение более интенсивных и сбалансированных систем кормления позволяет уменьшить эмиссию метана на 15%. Улучшение системы хранения и утилизации навоза (а также внедрение биогазовых установок) уменьшит выбросы К20 на 30 %.

4. С-футпринт на этапе переработки мяса вносит относительно небольшой вклад в конечный С-футпринт продукта на конце жизненного цикла, составляя около 3% для КРС, 5% для свиней и 8% для птиц, и не предполагает возможности его дальнейшего существенного снижения.

5. Большой вклад в общий С-футпринт конечной мясной продукции вносят продукты, которые не соответствуют требованиям безопасности для питания людей. Двукратное снижение доли таких продуктов с 20% до 10% позволяет уменьшить интегральные выбросы парниковых газов на 10 - 15%.

6. С-футпринт на этапе потребления мяса и мясной продукции напрямую связан со способом его приготовления, так как природный газ в условиях России имеет в 3,5 раза меньший С-футпринт, по сравнению с электричеством. Отсутствие дифференциации в сборе отходов, а также низкий уровень их реутилизации обуславливает значительное превышение уровня С-футпринта в России относительно многих других развитых стран, и предполагает возможность ее снижения на 5 - 10%.

7. Сравнительный анализ удельных выбросов парниковых газов на основных этапах жизненного цикла производства и потребления мясной продукции в условиях Центрального региона России и Европейских стран показал их принципиальную близость в случае применении наилучших доступных технологии и наличие существенных резервов (15 - 30%) для дальнейшего сокращения удельной эмиссии парниковых газов в условиях России.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Samardzic M., Castaldi S., Valentini R., Vasenev I.I. Calculation of Carbon Emission Resulting from Poultry Production under the Conditions of the Central Région in European Russia // Izvestiya TSHA, Vol. 2, 2014, p. 35-49

2. Самарджич М., Валентини Р., Васенев И. И. Экологическая оценка удельной эмиссии парниковых газов при производстве и потреблении мясной продукции в условиях Центрального региона России // Достижения науки и техники АПК, № 9, 2014, С. 13-17

3. Тембо А., Самарджич М., Васенев В.П., Рыжков О.В., Морев Д.В., Васенев И.И. Анализ основных факторов, влияющих на почвенную эмиссию углекислого газа черноземами Стрелецкой степи // Современные проблемы науки и образования, № 2, 2014. http://www.science-education.ni/l 16-12864

4. Тембо А., Самарджич М., Морев Д.В., Валентини Р., Васенев И.И. Аг-роэкологический мониторинг почвенных потоков закиси азота в природных и агрогенно измененных черноземах Центрально-черноземного заповедника // Агрохимический вестник, № 5, 2014, С. 2-7.