L; енергетичний слід системи харчування - Les Greniers d; Достаток

Енергетика: про що ми говоримо ?

Енергія - це фізична величина, яка вимірює зміни стану речовини, або іншими словами, зміни в навколишньому світі [1]. Ви не можете створити або знищити його, лише перетворіть з однієї форми в іншу. І при кожному перетворенні більша або менша частина енергії розсіюється у вигляді тепла. Всім живим потрібно забирати енергію з навколишнього середовища, щоб рости, рухатися, розмножуватися ... Ми, інші тварини, отримуємо цю енергію з їжі [2]. Ця енергія дозволяє здійснювати незліченну кількість хімічних реакцій, будувати нові клітини, підтримувати скорочення м’язів і підтримувати роботу нервової системи. Однак ефективність цих реакцій досить низька, більшість - скажімо, 70% - енергії розсіюється у вигляді тепла.

Отже, харчування забезпечує наше тіло енергією [3]. Але нам також потрібно витрачати енергію, щоб отримувати їжу, будь то полювання на оленів чи вирощування картоплі. А щоб не голодувати, краще відновити більше енергії, ніж витраченої! Це співвідношення між відновленою енергією та енергією, яку потрібно було інвестувати, називається коефіцієнтом віддачі енергії (ERR [4]). Помилка 2 означає, що ми відновлюємо вдвічі більше енергії, ніж витратили. Помилка менше 1 означає, що ми витратили більше енергії, ніж те, що ми відновили. ERR можна розрахувати на рівні окремої людини, ферми чи системи харчування в цілому. Це дає уявлення про загальну ефективність системи при перетворенні сонячної енергії в їжу. У зв'язку з цим слід зазначити, що ця сонячна енергія не враховується в розрахунках ERR, що стосуються продуктів харчування. Він вважається "безкоштовним", на відміну від інших видів енергії, що витрачаються на виробництво їжі (енергія м'язів людини і тварин, спалювання викопного палива або біомаси ...).

Дослідники підрахували, що для американської системи харчування, вам потрібно було спалити 7,3 калорій (одиниця виміру енергії) у вигляді викопної енергії щоб відновити 1 калорію у формі їжі [5], [6], тобто ERR лише 0,14 ! Іншими словами, ми б їли більше олії, ніж їжі. У цій статті ми спробуємо зрозуміти та обговорити цей результат.

Потреби в енергії для сільськогосподарського виробництва

Обробка грунту, сівба, окопування, прополювання, збирання врожаю, обмолот, сортування, косіння, обкошування, транспортування врожаю, доїння, переробка ... Як і будь-яка діяльність, сільськогосподарські роботи вимагають енергії. До сільськогосподарської революції нового часу, вона виходила майже виключно з м’язів людей та робочих тварин. Їжа їм надходила прямо з ферми. Іншими словами, частина виробництва витрачалася самостійно для потреб фермерських господарств в енергетиці, а надлишок був призначений для несільськогосподарського населення. Нещодавно дослідники підрахували, що цей тип сільського господарства у Франції мав ERR близько 2 між 1880 і 1950 [7]. Зауважимо, що це лише ERR валового сільськогосподарського виробництва, а не всієї системи харчування.

Еволюція вкладеної енергії та енергії, виробленої (чисте виробництво) французьким сільськогосподарським виробництвом з 1882 р. Витрати енергії відповідають годівлі селян (фермерською їжею) та тяглими тваринами, розділеними між енергією, необхідною для роботи (тяга), та енергією, необхідною для утримання тварин (технічне обслуговування), палива для сільськогосподарських машин (паливних машин), для виготовлення азотистих, фосфатних та калійних добрив (добрив), для опалення теплиць (теплиць), експлуатації тваринницьких будівель та супутніх машин (ЛВ) об'єктів), виготовлення фітосанітарних продуктів та зрошення (інші). Зміни норми віддачі енергії (EROI), енергоефективності механічних робіт (тягова ефективність) та енергетичної самодостатності ферм (енергозабезпечення) показані на нижньому графіку. Рисунок з Харчауї та Чацімпіроса (2018) [8] .

Потім радикальні зміни. Всього за двадцять років (1950-1970), коней, волів та тяглових корів замінюють тракторами, а м’язову енергію - нафтою. Моторизована тяга сільськогосподарської техніки приблизно втричі ефективніше [9] ніж тяга тварин, головним чином з двох причин: по-перше, через різницю в характеристиках м’яза (близько 25% [10]) та двигуна трактора (близько 45% [11]); з іншого боку, оскільки трактор споживає енергію лише тоді, коли він використовується, на відміну від коня, якого потрібно постійно годувати.

Але нові енергетичні потреби врівноважують це покращення. По-перше, збільшення використання мінеральні добрива. Азотні добрива виробляються в промисловому процесі, зазначає Хабер-Бош, вимагаючи великої кількості природного газу з викопного палива. Фосфатні та калійні добрива виробляються шляхом видобутку корисних копалин, і тому для роботи екскаваторів, бульдозерів та вантажних автомобілів потрібна енергія у вигляді нафтопродуктів.

Більше того, тепер ми повинні враховувати енергію, необхідну для цього обігрівати теплиці, зрошувати посіви, змусити це працювати тваринницькі будівлі або синтезувати фітосанітарні продукти.

Сучасні енергетичні інвестиції в кінцевому рахунку не настільки далекі від тих, що були на початку 20 століття. Однак ми можемо відзначити дві основні відмінності між початком минулого століття і сьогодні:

збільшення врожайності дозволило подвоїти чисте сільськогосподарське виробництво (наявний надлишок), так що ERR аграрної системи також подвоївся бути близько 4 [12];
сільськогосподарська система, яка раніше працювала майже виключно на місцевих та відновлюваних джерелах енергії (біомаса та побічні продукти), тепер майже всю енергію черпає з віддалених та кінцевих енергетичних ресурсів. Ферми пройшли менш ніж за століття від ситуації енергетичної автономії до крайньої залежності від викопного палива. Джоулі все ще є, але вони змінили форму.

На сьогодні сільськогосподарський сектор (включаючи синтез добрив) становить лише 5% від загального споживання енергії у Франції [13]. Але пам’ятайте, що годування наших суспільств залежить від багатьох інших видів діяльності, ніж просто виробництво, і вони теж потребують енергії.

Енергетичний баланс у системі харчування

Енергія лежить в основі функціонування нашого індустріального суспільства. Викопне паливо є найкращим джерелом, оскільки лише нафта, газ та вугілля становлять понад 80% світового споживання первинної енергії [14]. Харчова система не застрахована від цієї залежності від викопного палива: нафта для транспортування продуктів від одного посередника до іншого, електроенергія [15] для управління харчовими фабриками та холодильними системами, газ для приготування їжі, нафта, газ та електроенергія знову для управління відходами, очистити стічні води ...

Згідно з дослідженням Heller and Keoleian (2003), наведеним на початку цієї статті, енергія, що використовується для сільськогосподарського виробництва та видобувної діяльності, від якої це залежить, буде представляти лише 20% загальної енергії необхідні для функціонування всієї харчової системи [16]. Згідно з їхніми розрахунками, енергія, яку споживають їдачі та ресторатори, наприклад, удвічі більше енергії, що використовується для сільськогосподарського виробництва. Побутові холодильники та морозильники споживають стільки енергії, скільки транспорт, задіяний у системі харчування! Ці численні додаткові споживання енергії пояснюють низьку ERR 0,14, яку отримують дослідники.

Енергетичний слід американської харчової системи у 1990-х рр. За даними Heller and Keoleian (2003) [17]. Ці значення виражаються як кількість енергії, необхідної для виробництва калорій у вигляді їжі, доступної для людини. У категорії "побутове харчування" зазначено споживання енергії, пов'язане з холодильними системами, приготуванням та підігрівом води для посуду.

Зовсім недавно з’явилося дослідження щодо енергетичного сліду французької системи харчування [18]. Аналізований обсяг не включав упаковку та транспортні засоби комерційної доставки, а натомість включав перевезення імпортованої продукції, рух споживачів, енергію, необхідну для роботи будівель громадського харчування та враховував експорт та імпорт.

Розбиття енергетичного сліду французької харчової системи. Елемент "Сільське господарство" включає енергію, що використовується на фермах, необхідну для виробництва вхідних матеріалів та енергію, необхідну для будівництва машин та сільськогосподарських будівель. IAA: агропродовольча промисловість. RHD: харчування поза домом. Ці значення відповідають кількості витраченої енергії (у мільйонах тонн нафтового еквівалента). Рисунок взято з Barbier et al. (2019) [19] .

Це дослідження французької системи показує результати, дуже схожі на аналіз американських дослідників. Головна відмінність полягає в тому більша вага транспорту оскільки вони лише представляють 31% енергетичного відбитку постачання (не враховуючи комерційних транспортних засобів). Іншим цікавим результатом є те, що енергетичний слід страв, споживаних поза домом [20], - за винятком транспорту - вдвічі вищий, ніж у домашніх страв. Цю нижчу енергоефективність частково можна пояснити необхідністю обігрівати будівлі, призначені для громадського харчування, на додаток до житла. Однак у дослідженні не вказано кількість калорій, що виробляються французькою системою харчування, що не дозволяє розрахувати ERR. Нарешті, слід зазначити, що енергетичний слід, розрахований для сектору «Сільське господарство» (8,4 Мтое), трохи перевищує той, що розрахований у дослідженні Harchaoui and Chatzimpiros (2018), представленому в попередній частині [21] (7,2 Мтое), хоча обсяг дослідження майже однаковий.

Можна припустити, що у Франції харчова система є трохи енергоефективнішою, ніж у США (менше транспорту, менше обладнання тощо). Однак Harchaoui та Chatzimpiros (2018) зазначають, що, беручи до уваги всі елементи французької продовольчої системи, ERR може також опуститися нижче 1 [22]. З іншого боку, чи доповнюють вони, якщо ERR менше 1 ефективно загрожує стійкості компанії, наприклад, експлуатація нафти, з точки зору дієти це не є визначальним критерієм. Дійсно, люди завжди використовували екзогенні джерела енергії для їжі, окрім просто м’язової сили. Вогонь для приготування їжі, сонце для висушування та консервування, вода та вітер для перетворення зерна на борошно чи олію в млинах та пресах ... Харчова система може бути дуже "енергоефективною" (з низьким коефіцієнтом похибки), це не є проблема, якщо цієї енергії достатньо. Очевидно, що наша індустріальна система відрізняється, оскільки вона в основному спирається на запас викопної енергії, який приречений висихати.

Висновок

Складність індустріальної системи харчування стає можливою завдяки безпрецедентному в історії людства споживанню енергії. Сторона сільськогосподарського виробництва, найвимогливішими видами діяльності є виробництво добрив та використання тракторів та інших машин. Але енергія також необхідна для правильного функціонування інші посилання в системі та їх зв’язок. Зокрема, він відіграє важливу роль у збереженні їжі та приготуванні їжі.

Перехід від упряженого сільського господарства до моторизованого сільського господарства під час Зеленої революції покращив енергетичну ефективність та продуктивність (вихід на одного працівника) системи, ціною - серед іншого - небезпечної залежності від нафтопродуктів. Тому з перспективою зниження світового видобутку нафти існує нагальна потреба переосмислити енергетичні потоки в нашій продовольчій системі. Нарешті, зауважимо, що енергоефективність системи харчування також залежить від частки рослинництва, виділеної сільськогосподарським тваринам, цей момент обговорюється в іншій статті.