Greenhouse gas assessment of soybean production: implications of land use change and different cultivation systems

The increase in soybean production as a source of protein and oil is being stimulated by the growing demand for livestock feed, food and numerous other applications. Significant greenhouse gas (GHG) emissions can result from land use change due to the expansion and cultivation of soybean. However, this is complex to assess and the results can vary widely. The main goal of this article is to investigate the life-cycle GHG balance for soybean produced in Latin America, assessing the implications of direct land use change emissions and different cultivation systems. A life-cycle model, including inventories for soybean produced in three different climate regions, was developed, addressing land use change, cultivation and transport to Europe. A comprehensive evaluation of alternative land use change scenarios (conversion of tropical forest, forest plantations, perennial crop plantations, savannah and grasslands), cultivation (tillage, reduced tillage and no-tillage) and soybean transportation systems was undertaken. The main results show the importance of land use change in soybean GHG emissions, but significant differences were observed for the alternative scenarios, namely 0.1–17.8 kg CO2eq kg−1 soybean. The original land choice is a critical issue in ensuring the lowest soybean GHG balance and degraded grassland should preferably be used for soybean cultivation. The highest GHG emissions were calculated for tropical moist regions when rainforest is converted into soybean plantations (tillage system). When land use change is not considered, the GHG intensity varies from 0.3 to 0.6 kg CO2eq kg−1 soybean. It was calculated that all tillage systems have higher GHG emissions than the corresponding no-tillage and reduced tillage systems. The results also show that N2O emissions play a major role in the GHG emissions from cultivation, although N2O emission calculations are very sensitive to the parameters and emission factors adopted

Environmental sustainability assessment of soybean and palm biodiesel systems : a life-cycle approach

Tese de doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraEm Portugal mais de 50% do biodiesel é produzido a partir de óleo de palma e soja importados. O crescimento mundial do consumo destes óleos vegetais para a produção de biocombustíveis, tem vindo a ser acompanhado por uma crescente preocupação relativa aos seus potenciais impactes ambientais, nomeadamente os impactes associados às práticas agrícolas e aos efeitos da expansão das áreas de cultivo. Esta tese tem como objetivo avaliar a sustentabilidade ambiental do biodiesel produzido a partir de soja e palma cultivados na América do Sul. A investigação é desenvolvida e implementada para várias cadeias de produção de biodiesel contribuindo assim para a modelação de ciclo de vida (CV) de cadeias multifuncionais de sistemas de bioenergia. Os aspetos críticos relacionados com a modelação de CV são avaliados através de uma análise de cenários. O modelo e inventário de CV são desenvolvidos para três cadeias de produção: A) biodiesel produzido em Portugal a partir de óleo de palma importado da Colômbia, B) biodiesel produzido em Portugal a partir de soja importada do Brasil e Argentina e C) biodiesel produzido no Brasil e em Portugal a partir de soja cultivada em quatro estados brasileiros (Mato Grosso, Goiás, Paraná e Rio Grande do Sul). A influência do local onde ocorre a extração do óleo e a produção do biodiesel de soja é também analisada. As fases de CV do biodiesel incluídas nesta investigação são: as alterações do uso do solo (AUS), o cultivo, a extração e tratamento do óleo, a produção do biodiesel e o transporte de produtos. É realizada uma análise de sensibilidade a diferentes abordagens para lidar com a multifuncionalidade na cadeia de produção de biodiesel. Dois métodos (ReCiPe e CML) foram adotados na avaliação de impactes de CV do biodiesel, sendo que os impactes relacionados com a toxicidade são avaliados através da utilização dos métodos ReCiPe e USEtox. Os efeitos da utilização de diferentes cenários de produção de biodiesel ao longo do seu CV são avaliados: AUS definidas com base na conversão de diferentes usos do solo em plantações de soja ou palma, utilização de vários fertilizantes azotados no cultivo de palma, diferentes sistemas de cultivo de soja (mobilização completa, mobilização nula e sementeira direta), gestão do biogás produzido no tratamento dos efluentes na unidade de extração de óleo de palma (libertado para a atmosfera ou capturado) e transporte de soja (diferentes distancias e tipos de veículos). As emissões relacionadas com as AUS são também calculadas com base em dados históricos da expansão da área cultivada com palma na Colômbia (1990-2010) e com soja nos quatro estados brasileiros analisados (1985-2006). As emissões de azoto (N2O, NH3 e NO3-) decorrentes do cultivo são calculadas através de duas abordagens (IPCC Tier 1 e modelos baseados em dados específicos dos locais). Os resultados demonstram a importância das AUS na intensidade de GEE do biodiesel, verificando-se porém uma grande variabilidade nos resultados: a intensidade de GEE é elevada quando florestas são convertidas em plantações de soja ou palma e é bastante baixa ou negativa quando culturas anuais são convertidas em plantações de palma e pastagens/savanas degradadas são convertidas em plantações de soja. Diferentes resultados são obtidos quando se utilizam dados históricos relativos à expansão das áreas de soja e palma, sendo que neste caso a intensidade de GEE calculada para o biodiesel de palma é mais baixa do que para o biodiesel de soja (a palma é uma cultura perene, com elevado potencial para armazenar carbono). Os impactes ambientais do biodiesel são altamente influenciados pelas práticas agrícolas e de produção adotadas ao longo do seu CV. O método adotado na avaliação dos impactes ambientais também influencia significativamente os resultados. Relativamente ao cultivo da soja, os mais impactes baixos foram obtidos para os sistemas de cultivo com mobilização reduzida ou sementeira direta, sendo que no cultivo da palma os resultados variam para os diferentes fertilizantes utilizados dependendo das categorias de impacte. Diferentes resultados foram obtidos com as duas abordagens de cálculo das emissões de azoto decorrentes do cultivo. A intensidade de GEE do cultivo da palma e soja é altamente influenciada pelas emissões de N2O, que por sua vez variam significativamente dependendo dos parâmetros utilizados no seu cálculo. Os impactes ambientais da extração de óleo de palma variam bastante e dependem da gestão do biogás produzido no tratamento dos efluentes. Verificou-se que os impactes ambientais do biodiesel de soja são altamente influenciados pelas emissões decorrentes do transporte. Relativamente ao efeito da multifuncionalidade nos resultados, verificou-se que este é consideravelmente maior para o biodiesel de soja do que para o biodiesel de palma. Os impactes ambientais calculados com alocação baseada no teor energético e nos preços dos coprodutos são similares, sendo ambos superiores aos resultados calculados com base em alocação mássica. O método da substituição é também adotado e demonstra que os resultados dependem muito do cenário considerado (qual o produto evitado). A redução das emissões de GEE do biodiesel de soja e palma relativamente ao combustível fóssil de referência é avaliada de forma a apoiar as empresas portuguesas no cálculo e cumprimento dos critérios de sustentabilidade estabelecidos na Directiva Europeia das Energias Renováveis (RED). Os resultados variam significativamente e na maioria dos cenários analisados são diferentes das emissões de GEE apresentadas na RED. A grande variabilidade de resultados apresentada nesta tese demonstra que a avaliação dos impactes ambientais do biodiesel é problemática e que cada caso deve ser analisado individualmente.FCT SFRH/BD/60328/200

Life-cycle greenhouse gas assessment of portuguese chestnut

This paper presents a life-cycle greenhouse gas (GHG) assessment of various chestnut production systems in northern Portugal. Life-cycle models and inventories were implemented for three chestnut cultivation systems and two processing lines (fresh and frozen chestnut). The overall GHG intensity ranged between 0.4-2.7 (fresh) and 0.6-2.9 (frozen) kg CO2eq kg-1 harvested chestnut. The cultivation contribution to the overall GHG intensity varied considerably (from 0.36 to 2.69 kg CO2eq kg-1 harvested chestnut) mainly due to different yields and input requirements (diesel and fertilizers) among the three chestnut cultivation systems analysed. The GHG emissions associated with chestnut processing ranged between 0.05 (for fresh chestnut, mostly from propane consumption) and 0.23 kg CO2eq kg-1 harvested chestnut (for frozen chestnut, mainly due to electricity consumption). The results demonstrate the importance of cultivation management practices, in particular an efficient use of fertilizers in order to minimize the GHG intensity of Portuguese chestnut.This research was supported by ECODEEP project (Eco-efficiency and Eco-management in the Agro Industrial sector, FCOMP–05–0128–FEDER–018643), FEDER funds through “Programa Operacional Factores de Competitividade” - COMPETE and by the Portuguese Science and Technology Foundation (FCT) project FCOMP-01-0124-FEDER-029055 (PTDC/EMS-ENE/1839/2012), project FCOMP-01-0124-FEDER-021495 (PTDC/SEN-TRA/117251/2010), and project FCOMP-01-0124-FEDER-022692. Was also supported by the R&D project EMSURE (CENTRO-07-0224-FEDER-002004).info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Carbon footprint of apple and pear: orchards, storage and distribution

Apple and pear represent 51% of fresh fruit orchards in Portugal. This paper presents a life-cycle (LC) greenhouse gas (GHG) assessment (so-called carbon footprint) of 3 apple and 1 pear Portuguese production systems. An LC model and inventory were implemented, encompassing the farm stage (cultivation of fruit trees in orchards), storage and distribution (transport to retail). The functional unit considered in this study was 1 kg of distributed fruit (at retail). Four different LC inventories for orchards were implemented based on data collected from three farms. Inventory data from two storage companies were also gathered. The main results show that the GHG emissions of apple and pear ranged between 192 and 229 gCO2eq kgfruit-1. The GHG emissions (direct and indirect) from the cultivation phase ranged from 36% to 60% of total emissions. Fruit storage, which lasted for as much as 8-10 months, was also responsible for significant emissions due to high energy requirements.Project ECODEEP (Eco-efficiency and Eco-management in the Agro Industrial sector, FCOMP–05–0128–FEDER–018643) and the Portuguese Science and Technology Foundation projects: MIT/SET/0014/2009, PTDC/SEN-TRA/117251/201

Life-cycle greenhouse gas emissions of portuguese olive oil

The main goal of this paper was to assess the greenhouse gas (GHG) intensity of olive oil production in Portugal. A life-cycle model and inventory were implemented for the entire production process, including a comprehensive analysis of olive cultivation, olive oil extraction, packaging, and distribution. Data originates from five differently-sized Portuguese olive growers and from a total of six olive oil mills, representing the three extraction processes in use: three-phase extraction, two-phase extraction, and traditional pressing. The results show that the GHG intensity lies in the range 1.8-8.2 kg CO2eq/liter and that the main contributors were fertilizers (production and field emissions). Efficient use of fertilizers thus seems to be a key factor for mitigating the GHG intensity of olive oil production

Life-cycle greenhouse gas emissions of portuguese olive oil

The main goal of this paper was to assess the greenhouse gas (GHG) intensity of olive oil production in Portugal. A life-cycle model and inventory were implemented for the entire production process, including a comprehensive analysis of olive cultivation, olive oil extraction, packaging, and distribution. Data originates from five differently-sized Portuguese olive growers and from a total of six olive oil mills, representing the three extraction processes in use: three-phase extraction, two-phase extraction, and traditional pressing. The results show that the GHG intensity lies in the range 1.8-8.2 kg CO2eq/liter and that the main contributors were fertilizers (production and field emissions). Efficient use of fertilizers thus seems to be a key factor for mitigating the GHG intensity of olive oil production

Avaliação do ciclo de vida dos produtos lácteos fabricados em Portugal continental

Mestrado em Energia e Gestão do AmbienteNeste trabalho são caracterizados os principais sistemas associados ao sector dos lacticínios em Portugal, a exploração leiteira, a indústria e os transportes, bem como identificadas e quantificadas as emissões de poluentes para a atmosfera e linhas de água em cada um destes sistemas. É também efectuada a avaliação do potencial impacte ambiental para cada uma das categorias de impacte consideradas. No ano de 2005, o sector de lacticínios em Portugal Continental foi responsável pela emissão de grandes quantidades de poluentes. De entre os sistemas que mais contribuíram para as emissões atmosféricas destaca-se a exploração leiteira que contribuiu para 97%, 86%, 93% e 100% das emissões totais de NH3, N2O, CH4 e PO4 3-, respectivamente e a indústria que contribui para 58%, 78%, 63% e 77% das emissões totais de CO2, CO, partículas e SO2, respectivamente. De entre os sistemas que mais contribuíram para as emissões líquidas destaca-se a indústria que contribuiu para 100%, 98% e 100% das emissões totais de CQO, Ntotal e Ptotal, respectivamente, e a exploração leiteira que contribuiu para 93% e 94% para as emissões totais de NO3 - e PO4 3-, respectivamente. O resultado da quantificação dos impactes ambientais do sector dos lacticínios em Portugal Continental, no ano de 2005, foi de 5,1 mil toneladas Sb eq ano-1 para o potencial de depleção abiótica, 1973 ktoneladas CO2 eq ano-1 para o potencial de aquecimento global, 539 toneladas C2H4 eq ano-1 para o potencial e formação de oxidantes fotoquímicos, 30,8 mil toneladas SO2 eq ano-1 para o potencial de acidificação e 10 mil toneladas PO4 3- eq ano-1 para o potencial de eutrofização. A exploração leiteira é o sistema que mais contribui para os potenciais de aquecimento global (60%), de acidificação (81%) e de eutrofização (86%); a indústria de produtos lácteos é o sistema que mais contribui para os potenciais de depleção de recursos abióticos (46%) e de formação de oxidantes fotoquímicos (52%) e os transportes apenas numa categoria de impacte, a depleção dos recursos abióticos, representam mais de 10% do potencial total do sector de lacticínios em Portugal Continental. Na exploração leiteira e na indústria de leite para consumo UHT, a maioria dos impactes ambientais associados a estes sistemas devem-se essencialmente às actividades desenvolvidas no próprio sistema, exploração e indústria. Pelo contrário, na indústria de produção de queijo curado essa situação inverte-se sendo que apenas para as categorias de acidificação e eutrofização as actividades desenvolvidas na própria indústria são as principais responsáveis. As actividades desenvolvidas na indústria de produção de iogurtes representam menos de 10% dos potenciais totais em todas as categorias de impacte. ABSTRACT: In this work the main systems associated with the dairy sectors in Portugal are characterized, the dairy farm, industry and transport systems, in which the polluting emissions to the atmosphere and water bodies in each and ever one of these systems are identified and quantified. Another considered factor was the evaluation of the potential environmental impacts of each one of the considered impact categories. In 2005, the dairy sector in Mainland Portugal was responsible for the emission of a large amount of pollutants. The systems that most contributed for the atmospheric emissions were the dairy farms, with 97%, 86%, 93% and 100% of the total emissions of NH3, N2O, CH4 e PO4 3-, respectively. It is also this industry that contributed for 58%, 78%, 63% and 77% of the total emissions of COD, Ntotal and Ptotal, respectively, as well as 93% and 94% for the total emissions of NO3 - and PO4 3-, correspondingly. The result of the quantification of the environmental impacts of the dairy farms in Mainland Portugal in 2005 was 5,1 thousand tons of Sb eq year-1 for the abiotic depletion potential, 1973 ktons of CO2 eq year-1 for the global warming potential, 239 tons of C2H4 eq year-1 for the potential formation of photochemical oxidants, 30,8 thousand tons of SO2 eq year-1 for the acidification potential and 10 thousand tons of PO4 3- eq year-1 for the eutrophication potential. The dairy farm is the system that largely contributes for the potential in global warming (60%), acidification (81%) and eutrophication (86%). The milk product industry is the system that most contributes for the potential depletion of the abiotic resources (46%) and the formation of photochemical oxidants (52%), whereas the transportation systems only contributes in one impact category, the depletion of abiotic resources, which represents more than 10% of the total potential of the dairy sector in Mainland Portugal. In the dairy farms and industries of UHT milk consumption, the majority of the environmental impacts associated to these systems are due essentially to the activities taken place in the actual system, farm and industry. On the other hand, in the curd cheese production industry this situation is inverted, where only in the categories of acidification and eutrophication the developed activities in the actual industry are the main responsible. The developed activities in the yogurt production industry represent less than 10% of the potential totals in all the impact categories

Life-cycle greenhouse gas assessment of Portuguese chestnut

This paper presents a life-cycle greenhouse gas (GHG) assessment of various chestnut production systems in northern Portugal. Life-cycle models and inventories were implemented for three chestnut cultivation systems and two processing lines (fresh and frozen chestnut). The overall GHG intensity ranged between 0.4-2.7 (fresh) and 0.6-2.9 (frozen) kg CO2eq kg-1 harvested chestnut. The cultivation contribution to the overall GHG intensity varied considerably (from 0.36 to 2.69 kg CO2eq kg-1 harvested chestnut) mainly due to different yields and input requirements (diesel and fertilizers) among the three chestnut cultivation systems analysed. The GHG emissions associated with chestnut processing ranged between 0.05 (for fresh chestnut, mostly from propane consumption) and 0.23 kg CO2eq kg-1 harvested chestnut (for frozen chestnut, mainly due to electricity consumption). The results demonstrate the importance of cultivation management practices, in particular an efficient use of fertilizers in order to minimize the GHG intensity of Portuguese chestnut.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Ecoeficiência e ecogestão no setor do azeite: uma avaliação do ciclo de vida

A União Europeia (UE) é a principal região produtora de azeite a níve11 mundial, com Portugal a ocupar a quarta posição, depois da Espanha, Itália e Grécia. O azeite tem, por isso, uma grande importância nos países da bacia Mediterrânica, não apenas devido à riqueza e herança cultural associada a este produto, mas também à sua enorme relevância na economia, na criação de emprego, no combate à desertificação e na manutenção das populações rurais. Apesar da importância económica e social deste produto alimentar de excecional valor nutricional, a sua produção envolve aspetos ambientais que não devem nem podem ser negligenciados. Ao longo das etapas da cadeia produtiva do azeite, desde o cu~tivo e da produção de azeitona até ao consumo final do produto, ocorrem consumos de recursos mássicos e energéticos, bem como a produção de resíduos gasososJ líquidos e sólidos com impactes e consequências negativas nos ecossistemas. Estes impactes variam ,em função das práticas e das técnicas utilizadas nas diferentes etapas, da região, do país, das características locais das explorações e ainda dos modelos de gestão. As condições sodoeconómicas, o clima ,e os aspetos culturais têm também influência nos impactes gerados.info:eu-repo/semantics/publishedVersio