The planet we eat : Comparing environmental impacts of protein-rich food and feed ingredients from cellular agriculture, agriculture and aquaculture

Advancements in agriculture and increases in the human population have led to a surge in agricultural and aquacultural production. This increase in production has come at a cost. The consequences of current food production for the environment have never been so pronounced in human history, threatening the relatively stable state in which the Earth system has remained over the past 11,700 years of the Holocene epoch. Intensive farming systems often rely heavily on external inputs such as pesticides, herbicides and fertilizers to suppress the natural process of species diversification on the land, which lead to problems such as eutrophication, soil exhaustion and desertification. Other examples of environmental impacts resulting from current agricultural practices include deforestation and land degradation leading to the loss of valuable ecosystems and biodiversity, accelerated climate change, over-extraction of groundwater, terrestrial acidification, and biological crises such as the outbreak of COVID-19 pandemic. To reduce the environmental impacts of the food system, the search for more sustainable protein alternatives to replace animal-based proteins is one of the foremost research topics in food science and biotechnology today. Cellular agriculture — the production of agricultural products using cell-culturing technologies — is an approach that seeks to decouple food production from conventional agricultural farming, and, therefore, has the potential to decrease the environmental burden of food production. Cell-culturing technologies usually utilize bioreactors, creating closed production processes that allow for efficient recycling of inputs, and control of emissions from the production process. Another benefit of cell-cultured products is increased resilience of the food production system towards environmental changes, due to reduced reliance on conventional agricultural inputs. However, estimates of the environmental impacts of cell-cultured foods are still mostly lacking due to the novelty of these products. The aim of this dissertation is to improve the understanding of environmental impacts of protein-rich cellular agricultural products in comparison with those of existing protein-rich food and feed ingredients originating from agricultural and aquacultural systems. The environmental impacts of protein-rich cellular agricultural products were quantified to gain an understanding of the production processes contributing most to these impacts, and how these differ from agricultural and aquacultural products. Lastly, the work presented in this dissertation seeks to explore how the environmental impacts of cellular agricultural protein products can be reduced through alterations to their production processes. However, as GHG emissions resulting from aquacultural production in mangrove forests have been systematically excluded from environmental impacts assessments, a fair comparison between protein produced by cellular agriculture and aquaculture is compromised. The work in this dissertation, therefore, additionally focuses on the development and application of a method to quantify the GHG emissions caused by LULUC of mangrove forest. The protein-rich food and feed ingredients studied were microbial protein produced using hydrogen-oxidizing bacteria (HOB) (hereafter referred to as MP) and ovalbumin produced using the Trichodora reesei fungi (Tr-OVA). Shrimp was selected on the basis that aquaculture products are often underrepresented in environmental assessment studies in contrast to their importance as a protein source for many people(Gephart et al., 2021). MP and Tr-OVA are recently developed cellular agricultural products that can be used either as food or feed ingredients and are examples of cellular (MP) and acellular (Tr-OVA) products. To address the aims of the research, the life cycle assessment (LCA) method was used. LCA allows for the quantification of inputs and outputs at all production stages throughout a product’s life cycle and the coupling of these to various environmental impact categories, such as global warming potential (GWP), land use, and eutrophication. This enables a fair comparison between different protein-rich food and feed products originating from distinctly different systems. The environmental impacts of the three protein-rich products studied were also compared to the environmental impacts of other protein-rich products found in literature. GHG emissions caused by land use and land-use change (LULUC) of mangrove forests are often overlooked in LCA studies, despite the large contribution of LULUC emissions to climate change (approximately 13% of global emissions in the year 2015). Article I, consequently, focuses on the introduction of a method to include this specific emissions source and on applying it to a case study of shrimp farming in mangrove areas. Article II quantifies the environmental impacts of MP production. MP is a single-cell protein in the form of a flour-like powder with a 65% protein content. Because MP production uses autotrophic HOB there is no reliance on any agricultural inputs. Article III investigates the environmental impacts of Tr-OVA production. Like MO, Tr-OVA is a protein-rich powder produced in bioreactors through a closed process and has a 92% protein content. However, unlike MP, its production relies on glucose from agriculture. Using modern biotechnological tools, the gene carrying the blueprint for ovalbumin (SERPINB14) is inserted into the fungus, which then starts to produce the same protein — ovalbumin — that is normally found in chicken eggs. Cell-cultured ovalbumin can be used as a direct replacement for the chicken-based egg white that is widely used in food processing. The results of this dissertation showed great potential for MP and Tr-OVA to reduce the environmental impacts associated with protein production — especially when replacing protein from livestock sources — with the greatest reductions seen in land use and GWP compared to other protein-rich food and feed sources. The amount of land needed to produce MP and Tr-OVA was 0.1-1.3% of the land required for beef herds. Even by comparison to peas, which generally require little land compared to other animal and plant-based protein sources, land use requirements were 73-97% less. Both MP and Tr-OVA production also led to reductions in GWP when compared to other protein-rich foods, especially by comparison to animal-based protein sources. However, agricultural protein alternatives with a lower GWP were also identified, such as peas, rapeseed cake and soybean meal. Differences in the impacts of MP and Tr-OVA production were mostly explained by the reliance of Tr-OVA on agricultural inputs. Depending on the impact category, up to 94% of the environmental impacts of Tr-OVA production were related to its use of agriculturally sourced glucose. For MP, environmental impacts were mainly caused by the use of electricity; up to 90% depending on the category. For Tr-OVA, the impacts caused by the use of electricity were between 0% and 56%. The results for shrimp clearly indicated the importance of the inclusion of LULUC emissions from mangrove deforestation, as GHG emissions were 14-60 times higher for shrimp farming systems located in former mangrove areas than for systems that were not. The GHG emissions of shrimp produced in mangrove areas far outweighed the GWP of other protein-rich food sources and were 4.5 times higher than that of beef production from beef herds. Despite the great potential of cellular agriculture products to reduce the environmental impacts of protein production, minor trade-offs were found. For example, the potential for ozone depletion and water scarcity were higher for Tr-OVA in comparison to other feed protein alternatives. The environmental impacts of cellular agricultural products could be further reduced by using renewable or low-carbon energy sources. However, the electricity requirements for cellular agricultural products are higher than those of agriculture and aquaculture. As many sectors are looking to move away from fossil fuels towards low-carbon electricity sources, potential greater demand for electricity from the food sector will add further pressure to increase sustainable electricity production capacity. The work in this dissertation focused solely on the environmental impacts of food production. Additional research is needed into the role of cell-cultured food within a sustainable food system. This means that the research begun in this dissertation should be expanded to include other environmental impact categories such as biodiversity impacts, and the loss of ecosystem services. Additionally, there is a need to increase understanding of the social and economic implications of the introduction of cell-cultured foods, such as MP and Tr-OVA, into the food systems in different regions of the world.Ruoantuotannon ympäristövaikutukset eivät ole koskaan aikaisemmin olleet näin merkittäviä ihmiskunnan historiassa. Tehoviljelyjärjestelmät tukeutuvat usein voimakkaasti ulkopuolisiin tuotantopanoksiin, kuten torjunta-aineisiin ja lannoitteisiin, jotka tukahduttavat lajien luonnollisen monimuotoistumisprosessin maassa. Tämä johtaa rehevöitymisen, maaperän köyhtymisen ja aavikoitumisen kaltaisiin ongelmiin. Muita esimerkkejä nykyisten maatalouskäytäntöjen aiheuttamista ympäristövaikutuksista ovat metsäkato ja maaperän köyhtyminen, jotka johtavat arvokkaiden ekosysteemien ja biologisen monimuotoisuuden häviämiseen, ilmastonmuutoksen kiihtymiseen ja pohjaveden liialliseen käyttöön. Solumaatalous on tuotantotapa, jolla pyritään irrottamaan ruoantuotanto tavanomaisesta maanviljelystä ja vähentämään ruoantuotannon aiheuttamaa ympäristökuormitusta. Soluviljelytekniikoissa käytetään yleensä bioreaktoreita, joissa luodaan suljettuja tuotantoprosesseja, jotka mahdollistavat raaka-aineiden tehokkaan kierrätyksen ja tuotantoprosessin päästöjen hallinnan. Soluviljeltyjen elintarvikkeiden ympäristövaikutuksista ei kuitenkaan ole vielä tehty juurikaan arvioita näiden tuotteiden uutuuden vuoksi. Tämän väitöskirjan tavoitteena on syventää ymmärrystä kahden proteiinipitoisen soluviljellyn maataloustuotteen - vetyä hapettavien bakteerien avulla tuotetun mikrobiproteiinin (MP) ja Trichodora reesei -sienen avulla tuotetun ovalbumiinin (Tr-OVA) - ympäristövaikutuksista verrattuna nykyisten maatalous- ja vesiviljelyjärjestelmistä peräisin olevien proteiinipitoisten elintarvikkeiden ja rehujen ainesosien ympäristövaikutuksiin elinkaariarvioinnin (LCA) avulla. LCA:n soveltaminen mahdollistaa ympäristöstä hyödynnettävien ja ympäristöön päästettävien virtojen laskemisen tuotteen elinkaaren eri vaiheissa sekä niiden yhdistämisen erilaisiin ympäristövaikutusluokkiin, kuten ilmaston lämmityspotentiaaliin (GWP). Tämä mahdollistaa tasapuolisen vertailun eri proteiinipitoisten elintarvikkeiden ja rehujen ainesosien välillä. Tämän väitöskirjan tulokset osoittivat, että MP:lla ja Tr-OVA:lla on potentiaalia vähentää proteiinintuotantoon liittyviä ympäristövaikutuksia, erityisesti silloin, kun niillä korvataan tuotantoeläimistä saatavia proteiineja. Suurimmat vähennykset havaittiin maankäytön ja GWP:n osalta. Esimerkiksi MP:n ja Tr-OVA:n tuottamiseen tarvittava maa-ala oli 0,1-1,3 prosenttia lihakarjan tarvitsemasta. Sekä MP:n että Tr-OVA:n tuotanto johti myös GWP:n vähenemiseen verrattuna muihin runsasproteiinisiin elintarvikkeisiin, erityisesti eläinperäisiin proteiinilähteisiin verrattuna. MP:a ja Tr-OVA:a vertailtiin myös maataloudessa käytettäviin proteiinin lähteisiin, joiden GWP on alhaisempi, kuten herneisiin, rapsikakkuun ja soijajauhoon. Erot MP:n ja Tr-OVA:n tuotannon vaikutuksissa selittyivät pääasiassa sillä, että Tr-OVA:n tuotanto on riippuvainen maatalouden raaka-aineista. Jopa 94 prosenttia Tr-OVA:n tuotannon ympäristövaikutuksista liittyi maataloudesta peräisin olevan glukoosin käyttöön. MP:n ympäristövaikutukset johtuivat pääasiassa sähkön käytöstä, poiketen maatalous- ja vesiviljelysektorin tavallisesti aiheuttamista ympäristövaikutuksista. Esimerkiksi entisissä mangrovemetsissä tapahtuvasta katkarapujen tuotannosta aiheutuvista GWP-päästöistä suurin osa johtui mangrovemetsien hävittämisestä aiheutuneista LULUC-päästöistä. Päästöt olivat 14-60 kertaa suuremmat entisillä mangrovemetsäalueilla sijaitsevissa katkarapujen kasvatusjärjestelmissä kuin sellaisissa, jotka eivät sijainneet mangrovemetsissä. Huolimatta soluviljelytuotteiden suuresta potentiaalista vähentää proteiinintuotannon ympäristövaikutuksia, havaittiin myös joitakin haittapuolia. Esimerkiksi Tr-OVA johti muihin rehuproteiinivaihtoehtoihin verrattuna suurempaan otsonikatoon ja vesivarojen vähenemisestä johtuvaan ekosysteemien kuormitukseen. Solumaataloustuotteiden ympäristövaikutuksia voitaisiin edelleen vähentää käyttämällä uusiutuvia tai matalapäästöisiä energianlähteitä. Vaihtoehtoiset glukoosin lähteet, kuten maatalouden sivuvirroista saatava glukoosi, voisivat edelleen vähentää Tr-OVA:n ympäristövaikutuksia.Julkaistu painettuna: Helsinki: 2022. Ruralia-instituutin julkaisuja ; 39. ISSN 1796-064

Environmental and nutritional Life Cycle Assessment of novel foods in meals as transformative food for the future

Sustainable diets are key for mitigating further anthropogenic climate change and meeting future health and sustainability goals globally. Given that current diets need to change significantly, novel/future foods (e.g., insect meal, cultured meat, microalgae, mycoprotein) present options for protein alternatives in future diets with lower total environmental impacts than animal source foods. Comparisons at the more concrete meal level would help consumers better understand the scale of environmental impacts of single meals and substitutability of animal sourced foods with novel foods. Our aim was to compare the environmental impacts of meals including novel/future foods with those of vegan and omnivore meals. We compiled a database on environmental impacts and nutrient composition of novel/future foods and modeled the impacts of calorically similar meals. Additionally, we applied two nutritional Life Cycle Assessment (nLCA) methods to compare the meals in terms of nutritional content and environmental impacts in one index. All meals with novel/future foods had up to 88 % less Global Warming Potential, 83 % less land use, 87 % less scarcity-weighted water use, 95 % less freshwater eutrophication, 78 % less marine eutrophication, and 92 % less terrestrial acidification impacts than similar meals with animal source foods, while still offering the same nutritional value as vegan and omnivore meals. The nLCA indices of most novel/future food meals are similar to protein-rich plant-based alternative meals and show fewer environmental impacts in terms of nutrient richness than most animal source meals. Substituting animal source foods with certain novel/future foods may provide for nutritious meals with substantial environmental benefits for sustainably transforming future food systems.Peer reviewe

Incorporation of novel foods in European diets can reduce global warming potential, water use and land use by over 80%

Global food systems face the challenge of providing healthy and adequate nutrition through sustainable means, which is exacerbated by climate change and increasing protein demand by the world's growing population. Recent advances in novel food production technologies demonstrate potential solutions for improving the sustainability of food systems. Yet, diet-level comparisons are lacking and are needed to fully understand the environmental impacts of incorporating novel foods in diets. Here we estimate the possible reductions in global warming potential, water use and land use by replacing animal-source foods with novel or plant-based foods in European diets. Using a linear programming model, we optimized omnivore, vegan and novel food diets for minimum environmental impacts with nutrition and feasible consumption constraints. Replacing animal-source foods in current diets with novel foods reduced all environmental impacts by over 80% and still met nutrition and feasible consumption constraints. The environmental impacts of more sustainable diets vary across regions. Using linear optimization, this study compares the reductions of global warming potential, water use and land use associated with the replacement of animal-sourced foods with novel or plant-based foods in European diets. Three diet types were considered to meet nutritional adequacy and consumption constraints.Peer reviewe

The Potential of Cellular Agriculture to Reduce Environmental Impacts of Food Systems

Peer reviewe

Ovalbumin production using Trichoderma reesei culture and low-carbon energy could mitigate the environmental impacts of chicken-egg-derived ovalbumin

Ovalbumin (OVA) produced using the fungus Trichoderma reesei (Tr-OVA) could become a sustainable replacement for chicken egg white protein powder—a widely used ingredient in the food industry. Although the approach can generate OVA at pilot scale, the environmental impacts of industrial-scale production have not been explored. Here, we conducted an anticipatory life cycle assessment using data from a pilot study to compare the impacts of Tr-OVA production with an equivalent functional unit of dried chicken egg white protein produced in Finland, Germany and Poland. Tr-OVA production reduced most agriculture-associated impacts, such as global warming and land use. Increased impacts were mostly related to industrial inputs, such as electricity production, but were also associated with glucose consumption. Switching to low-carbon energy sources could further reduce environmental impact, demonstrating the potential benefits of cellular agriculture over livestock agriculture for OVA production.Peer reviewe

An attributional life cycle assessment of microbial protein production : A case study on using hydrogen-oxidizing bacteria

Novel food production technologies are being developed to address the challenges of securing sustainable and healthy nutrition for the growing global population. This study assessed the environmental impacts of microbial protein (MP) produced by autotrophic hydrogen-oxidizing bacteria (HOB). Data was collected from a company currently producing MP using HOB (hereafter simply referred to as MP) on a small-scale. Earlier studies have performed an environmental assessment of MP on a theoretical basis but no study yet has used empirical data. An attributional life cycle assessment (LCA) with a cradle-to-gate approach was used to quantify global warming potential (GWP), land use, freshwater and marine eutrophication potential, water scarcity, human (non-)carcinogenic toxicity, and the cumulative energy demand (CED) of MP production in Finland. A Monte Carlo analysis was performed to assess uncertainties. The impacts of alternative production options and locations were explored. The impacts were compared with animal- and plant-based protein sources for human consumption as well as protein sources for feed. The results showed that electricity consumption had the highest contribution to environmental impacts. Therefore, the source of energy had a substantial impact on the results. MP production using hydropower as an energy source yielded 87.5% lower GWP compared to using the average Finnish electricity mix. In comparison with animal-based protein sources for food production, MP had 53-100% lower environmental impacts depending on the reference product and the source of energy assumed for MP production. When compared with plant-based protein sources for food production, MP had lower land and water use requirements, and eutrophication potential but GWP was reduced only if low-emission energy sources were used. Compared to protein sources for feed production, MP production often resulted in lower environmental impact for GWP (FHE), land use, and eutrophication and acidification potential, but generally caused high water scarcity and required more energy.Peer reviewe

Tulevaisuuden ruokamurros : proteiinit, solumaatalous, maankäyttö ja energia

Suomalaisten proteiininsaannista suurin osa tulee nykyisin eläinkunnan tuotteista. Muutos kestävämmäIle uralle tarkoittaisi huomattavaa muutosta tavassamme tuottaa ja kuluttaa ruokaa. Kasvipohjaiset proteiinilähteet ja solumaataloustuotteet voivat korvata eläinproteiineja. Solumaataloudessa hyödynnetään soluviljelytekniikoita sekä mikrobi-, eläin- tai kasvisoluja. Solumaatalouden tuotteita ovat esimerkiksi viljelty liha ja mikrobien tuottama kananmunan valkuaisproteiini. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, miten kotieläintuotteiden korvaaminen kasvipohjaisilla raaka-aineilla tai solumaatalouden tuotteilla vaikuttaisi proteiinien tuotantoon tarvittavaan maa-alaan ja energiankulutukseen Suomessa.Tuotantoa tarkasteltiin tiloilla tapahtuvan alkutuotannon osalta tilan portille asti (systeemin rajaus). Vertailussa olivat mukana naudanliha, sian- ja siipikarjanliha, maito sekä kananmunat. Naudanlihaa saadaan maitoketjun osana tulevasta lihasta (80 %) ja lihakarjasta (20 %). Kasviperäisiä proteiininlähteitä olivat tässä selvityksessä palkokasvit ja viljat. Solumaataloustuotteita olivat viljelty liha, kaasufermentoitu mikrobiproteiini ja rekombinanttiproteiini (mikrobien avulla tuotettu proteiini). Toiminnalliseksi yksiköksi valittiin proteiinikilo. Maankäyttöön sisältyi viljelymaan käyttö. Lihatuotteista suurin tuotekohtainen maankäyttö oli tässä tutkimuksessa lihakarjan lihalla (100 m2/kg proteiinia) ja pienin siipikarjan lihalla (33,6 m2/kg proteiinia). Maidon maankäytöksi arvioitiin 120m2/kg proteiinia ja kananmunien 44,6 m2/kg proteiinia. Palkokasvit ja viljat (15-20 m2/kg proteiinia) olivat maankäytön kannalta edullisia proteiininlähteitä kotieläintuotantoon verrattuna. Viljellyn lihan (5,6 m2/kg proteiinia) ja rekombinanttiproteiinin (4,1 m2/kg proteiinia) viljelymaan käyttö oli alhaisempi verrattuna muihin proteiininlähteisiin. Alhaisin maankäyttö oli kaasufermentoidulla mikrobiproteiiniIla, jonka tuotanto ei vaadi maatalousmaata. Selvityksessä tehtiin tulevaisuuden skenaario, jossa tarkastellut kotieläintuotteet korvataan kokonaan joko kasvipohjaisilla raaka-aineilla tai solumaatalouden tuotteilla. Suomessa tuotettiin (2019-2021) vuodessa keskimäärin 160 miljoonaa kiloa eläinproteiinia selvitykseen sisällytettyjen tuotteiden osalta. Suomalaisen kotieläintuotannon vuotuiseksi maa-alan tarpeeksi arvioitiin 1,34 miljoonaa hehtaaria. Kun rehujen maankäytössä otetaan huomioon vielä viljarehujen siementen tuottamiseen tarvittava maa-ala, eläintuotannon käyttämän maa-alan arvio on noin 1,58 miljoonaa hehtaaria. Tämä vastaisi jo 78 % osuutta viljellystä maatalousmaasta. Jos vastaava määrä proteiinia tuotettaisiin pelkästään kasviperäisillä tuotteilla, maa-alaa tarvittaisiin eläintuotantoon verrattuna vuosittain noin viidennes. Kasvintuotannon maa-alan käytössä tulisi lisäksi ottaa huomioon viljelykierron vaatimukset sekä Suomen maaperä- ja ilmasto-olojen vaihtelu. Kun kasvinsuojelun ja ravinnekierron vaatimukset otetaan huomioon, maa-alan vaade on suurempi ja kohdistuu eteläisen Suomen suotuisiin viljelyolosuhteisiin. Solumaatalouden keinoin tuotettuna viljelymaata kuluisi keskimäärin alle 5 % kotieläintuotannon käyttämästä alasta. Solumaatalous on kuitenkin energiaintensiivistä (erityisesti sähköenergian tarve). Suurin energian kulutus mallinnettiinkin viljellylle lihalle. Todellinen energiankulutus saadaanselville vasta tulevaisuudessa,kun tuotanto on skaalautunut kaupalliseen ja teolliseen mittakaavaan. Tuotekohtaisen vertailun lisäksi tarvitaan tietoa tuotantojärjestelmän vaikutuksista sekä tuotannon seurannaisvaikutuksista. Myös paikallista ravinteiden ja energiankierron merkitystä tulisi painottaa. Eläintuotannon käyttämän maa-alan vähenemiseen liittyvät vaikutukset riippuvat siitä, miten peltoalaa käytettäisiin jatkossa. Nykyisin suuria kasvihuonekaasupäästöjä tuottavien turvepeltojen jatkokäyttöön tulisi kiinnittää huomiota. Vapautuvaa viljelyalaa voitaisiin käyttää uusiutuvan energian tai biopohjaisten materiaalien tuotantoon. Vapautuva ala voitaisiin käyttää myös luonnon monimuotoisuuden tai hiilensidonnan edistämiseen. Nykyisin nautojen rehuksi käytettävä nurmi voisi soveltua esimerkiksi mikrobien rehuksi tai siitä voitaisiin eristää aminohappoja suoraan ruoaksi tai viljellyn lihan tuotantoon. Jatkossa tulisi tarkastella ruokamurroksen ympäristövaikutuksia laajemmin (biodiversiteetti, vesikysymykset) sekä lisäksi tulisi arvioida murroksen taloudelliset ja sosiaaliset vaikutukset

Tulevaisuuden ruokamurros : proteiinit, solumaatalous, maankäyttö ja energia

Suomalaisten proteiininsaannista suurin osa (65 - 70 %) tulee nykyisin eläinkunnan tuotteista. Muutos kestävämmäIle uralle tarkoittaisi huomattavaa muutosta tavassamme tuottaa ja kuluttaa ruokaa. Kasvipohjaiset proteiinilähteet ja solumaataloustuotteet voivat korvata eläinproteiineja. Solumaataloudessa hyödynnetään soluviljelytekniikoita sekä mikrobi-, eläin- tai kasvisoluja. Solumaatalouden tuotteita ovat esimerkiksi viljelty liha ja mikrobien tuottama kananmunan valkuaisproteiini. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, miten kotieläintuotteiden korvaaminen kasvipohjaisilla raaka-aineilla tai solumaatalouden tuotteilla vaikuttaisi proteiinien tuotantoon tarvittavaan maa-alaan ja energiankulutukseen Suomessa.Tuotantoa tarkasteltiin tiloilla tapahtuvan alkutuotannon osalta tilan portille asti (systeemin rajaus). Vertailussa olivat mukana naudanliha, sian- ja siipikarjanliha, maito sekä kananmunat. Naudanlihaa saadaan maitoketjun osana tulevasta lihasta (80 %) ja lihakarjasta (20 %). Kasviperäisiä proteiininlähteitä olivat tässä selvityksessä palkokasvit ja viljat. Solumaataloustuotteita olivat viljelty liha, kaasufermentoitu mikrobiproteiini ja rekombinanttiproteiini (mikrobien avulla tuotettu proteiini). Toiminnalliseksi yksiköksi valittiin proteiinikilo. Maankäyttöön sisältyi viljelymaan käyttö. Lihatuotteista suurin tuotekohtainen maankäyttö oli tässä tutkimuksessa lihakarjan lihalla (100 m2/kg proteiinia) ja pienin siipikarjan lihalla (33,6 m2/kg proteiinia). Maidon maankäytöksi arvioitiin 120m2/kg proteiinia ja kananmunien 44,6 m2/kg proteiinia. Palkokasvit ja viljat (15-20 m2/kg proteiinia) olivat maankäytön kannalta edullisia proteiininlähteitä kotieläintuotantoon verrattuna. Viljellyn lihan (5,6 m2/kg proteiinia) ja rekombinanttiproteiinin (4,1 m2/kg proteiinia) viljelymaan käyttö oli alhaisempi verrattuna muihin proteiininlähteisiin. Alhaisin maankäyttö oli kaasufermentoidulla mikrobiproteiiniIla, jonka tuotanto ei vaadi maatalousmaata. Selvityksessä tehtiin tulevaisuuden skenaario, jossa tarkastellut kotieläintuotteet korvataan kokonaan joko kasvipohjaisilla raaka-aineilla tai solumaatalouden tuotteilla. Suomessa tuotettiin (2019-2021) vuodessa keskimäärin 160 miljoonaa kiloa eläinproteiinia selvitykseen sisällytettyjen tuotteiden osalta. Suomalaisen kotieläintuotannon vuotuiseksi maa-alan tarpeeksi arvioitiin 1,34 miljoonaa hehtaaria. Kun rehujen maankäytössä otetaan huomioon vielä viljarehujen siementen tuottamiseen tarvittava maa-ala, eläintuotannon käyttämän maa-alan arvio on noin 1,58 miljoonaa hehtaaria. Tämä vastaisi jo 78 % osuutta viljellystä maatalousmaasta. Jos vastaava määrä proteiinia tuotettaisiin pelkästään kasviperäisillä tuotteilla, maa-alaa tarvittaisiin eläintuotantoon verrattuna vuosittain noin viidennes. Kasvintuotannon maa-alan käytössä tulisi lisäksi ottaa huomioon viljelykierron vaatimukset sekä Suomen maaperä- ja ilmasto-olojen vaihtelu. Kun kasvinsuojelun ja ravinnekierron vaatimukset otetaan huomioon, maa-alan vaade on suurempi ja kohdistuu eteläisen Suomen suotuisiin viljelyolosuhteisiin. Solumaatalouden keinoin tuotettuna viljelymaata kuluisi keskimäärin alle 5 % kotieläintuotannon käyttämästä alasta. Solumaatalous on kuitenkin energiaintensiivistä (erityisesti sähköenergian tarve). Suurin energian kulutus mallinnettiinkin viljellylle lihalle. Todellinen energiankulutus saadaanselville vasta tulevaisuudessa,kun tuotanto on skaalautunut kaupalliseen ja teolliseen mittakaavaan. Tuotekohtaisen vertailun lisäksi tarvitaan tietoa tuotantojärjestelmän vaikutuksista sekä tuotannon seurannaisvaikutuksista. Myös paikallista ravinteiden ja energiankierron merkitystä tulisi painottaa. Eläintuotannon käyttämän maa-alan vähenemiseen liittyvät vaikutukset riippuvat siitä, miten peltoalaa käytettäisiin jatkossa. Nykyisin suuria kasvihuonekaasupäästöjä tuottavien turvepeltojen jatkokäyttöön tulisi kiinnittää huomiota. Vapautuvaa viljelyalaa voitaisiin käyttää uusiutuvan energian tai biopohjaisten materiaalien tuotantoon. Vapautuva ala voitaisiin käyttää myös luonnon monimuotoisuuden tai hiilensidonnan edistämiseen. Nykyisin nautojen rehuksi käytettävä nurmi voisi soveltua esimerkiksi mikrobien rehuksi tai siitä voitaisiin eristää aminohappoja suoraan ruoaksi tai viljellyn lihan tuotantoon. Jatkossa tulisi tarkastella ruokamurroksen ympäristövaikutuksia laajemmin (biodiversiteetti, vesikysymykset) sekä lisäksi tulisi arvioida murroksen taloudelliset ja sosiaaliset vaikutukset

Hybrid solutions as a measure to increase energy efficiency – study of a prototype of a hybrid technology chipper

201