Menetelmäkuvaus ravinnejalanjäljen laskemiseksi. Laskentaesimerkkinä elintarvikeketju. NUTS-hankkeen loppuraportti

Typpi, fosfori ja kalium, ovat välttämättömiä ravinteita kaikelle turvatulle ruuantuotannolle ja elämiselle. Ihmistoiminnan seurauksena kuitenkin varsinkin typpeä ja fosforia on saatettu ravinnekiertoon liikaa, mikä näkyy tuotantoketjujen ravinnevuotojen vuoksi ravinnepäästöinä ja erilaisina ympäristövaikutuksina. Päästöjen lisäksi resurssien rajallisuus rasittaa ravinnetaloutta: fosforivarannot ovat hupenemassa ja reaktiivisen typen valmistaminen ilmakehästä kuluttaa runsaasti fossiilisia polttoaineita. Jotta edellä oleviin ongelmiin voidaan puuttua yksittäisten tuotanto- ja kulutusketjujen hallinnan kautta, on ravinnevirtoja pystyttävä mittaamaan ja arvottamaan. Tässä työssä esitellään menetelmä ravinnejalanjäljen laskemiseksi. Ravinnejalanjäljellä pyritään mittaamaan erilaisten tuotanto- ja kulutusketjujen ravinteiden käytön tehokkuutta. Sillä tarkastellaan, kuinka paljon ketju ottaa käyttöön ravinnetta, ja kuinka paljon käyttöönotetusta ravinnemäärästä saadaan hyötykäyttöön, joko tarkasteltavaan tuotteeseen tai sivutuotteeseen tai muihin ravinteiden hyödyntävään hyödykkeeseen. Samalla tunnistetaan myös ketjun vuotokohdat: hukatut ravinteet voivat olla ravinnehaihtumia tai -huuhtoutumia, tai ravinteita, jotka päätyvät pitkäaikaiseen varastointiin tai jätteenä muuhun kuin ravinnehyötykäyttöön. Näiden luokitusten avulla lasketaan ravinnejalanjälki tarkasteltua toiminnallista yksikköä kohden: ”Tuotetta varten otetaan käyttöön x kg ravinnetta (typpeä tai fosforia), josta hyödynnettiin tuotteessa y % ja kaikki hyötykäyttö huomioon ottaen z %.”Tässä työssä ravinnejalanjäljen laskeminen demonstroidaan kaurahiutaleelle ja kaurapuurolle tehdyn laskelman kautta. Raportissa on ohjeistettu ravinnejalanjäljen laskenta kussakin elinkaaren vaiheessa alkaen alkutuotannon panostuotannosta ja päättyen jätehuoltoon. Laskelman tulokset osoittavat, että kaurahiutaleketju ottaa käyttöön elinkaarensa aikana 42 kg typpeä ja 7 kg fosforia. Typestä 55 % hyödynnettiin päätuotteessa, siis kaurahiutaleissa, ja kokonaisuudessaan, sivutuotteet huomioon ottaen, typen hyötykäyttöaste oli 71 %. Fosforista 55 % hyödynnettiin päätuotteessa ja kokonaisuudessaan fosforin hyötykäyttöaste oli 99 %. Selkeästi heikoimmat typen ja fosforin hyötykäyttöasteet (alle 50 %) ovat jäteveden käsittelyssä ja elintarvikejätteen käsittelyssä. Laskennan tuloksien perusteella voidaan sanoa, että eniten kehitettävää olisi erityisesti jätehuollossa. Ravinnejalanjälki tarjoaa yksinkertaisessa ja vertailukelpoisessa muodossa tietoa ravinneresurssien kulutuksesta ja käytön tehokkuudesta. Siltä osin se on rinnasteinen vesijalanjäljen kanssa vaikkakaan ei ole ravinteiden suhteellista saatavuutta samalla tapaa huomioon kuin vesijalanjälki. Tehdyn laskelman perusteella voidaan todeta ravinnejalanjäljen osoittavan potentiaalia käyttökelpoisena menetelmänä kestävyyden ympäristöllisen dimension tarkasteluun muiden LCA -pohjaisten menetelmien kuten ilmastonmuutos- ja rehevöitymispotentiaalin arvioinnin rinnalla. Ravinnejalanjäljen, hiilijalanjäljen, rehevöittämispotentiaalin sekä lisäksi biodiversiteetin muutosta kuvaavan potentiaalin ja ekotoksisen jalanjäljen arviointi antaisi yhdistettyinä tuotevirran ja tuotteiden ekologisesta kestävyydestä jo nykyistä paljon paremman kokonaiskuvan. Ravinnejalanjälkeä voidaan soveltaa elintarvikkeiden tuotantotehokkuuden tarkasteluun, mikä on järkevää lannoite- ja ruuantuotannon vastatessa suurimmasta osasta ravinnevirroista, mutta myös se soveltuu myös muihin bioenergian ja biomateriaalien tuotantoketjujen tarkasteluun ja kehittämiseen.ABSTRACT Nitrogen, phosphorus and potassium are necessary nutrients for all secure food production and all life. However, as a result of human activity, excessive amounts of nitrogen and phosphorus in particular have been introduced into the nutrient cycle, which, due to nutrient leakage from production chains, manifests itself in the form of nutrient emissions and different environmental impacts. In addition to emissions, the nutrient economy is burdened by the limited amount of resources available: the phosphorus resources are dwindling, and the manufacture of reactive nitrogen from theatmosphere requires large amounts of fossil fuels. To be able to tackle the problems described above through management of individual production and consumption chains, it must be possible to quantify and evaluate nutrient flows. This study presents a method for calculating the nutrient footprint. The aim with using the nutrient footprint is to measure the efficiency of utilisation of nutrients in various production and consumption chains. It is used for examining how much nutrients each chain takes in, and how much of this intake of nutrients is utilised, either in the product under study or its by-product, or some other commodity making use of nutrients. At the same time, the leakage points along the chain are also identified: the nutrients can be lost through evaporation or leaching, or they may end up in long-term storage, or as waste without nutrient recovery. On the basis of these classifications, the nutrient footprint per functional unit under study is calculated: “For the product, a total of x kg of the nutrient (nitrogen or phosphorus) is taken to use, of which y% was utilised in the product, the total utilisation rate amounting to z% with all practical uses considered.” In this study, the calculation of the nutrient footprint is demonstrated by means of a calculation made for oatmeal and porridge. The report includes instructions for calculating the nutrient footprint in each phase of the life cycle, beginning from input production in primary production and ending with waste management. The results of the calculation show that, during its life cycle, the oatmeal chain takes in 42 kg of nitrogen and 7 kg of phosphorus. 55% of the nitrogen was utilised in the main product, or oatmeal and, with the by-products considered, the total utilisation rate of nitrogen amounted to 71%. 55% of the phosphorus was utilised in the main product, and the total utilisation rate of phosphorus was 99%. Clearly the weakest utilisation rates of nitrogen and phosphorus (less than 50%) are achieved in sewage disposal and food waste treatment. On the basis of the results of this calculation, it could be stated that waste management is the sector with the most room for improvement. The nutrient footprint offers information on the consumption and efficiency of utilisation of nutrient resources in a simple and comparable form. In that sense, it is comparable with the water footprint, even though it does not take account of the relative access to nutrients in the same manner as the water footprint. On the basis of the calculation made, it can be concluded that the nutrient footprint would seem to be a usable method for examining the environmental dimension of sustainability alongside other LCA-based methods, such as the assessment of the climate change potential and eutrophication potential. In addition, we would be able to obtain a much clearer overall image of the ecological sustainability of the product flows and the products if the assessments of the nutrient footprint, the carbon footprint, and the eutrophication potential, as well as the ecotoxicity footprint and the potential describing the biodiversity change were combined. The nutrient footprint can be applied to the study of the production efficiency of food products, which is rational since feed and food production is responsible for the main part of nutrient flows, but it is also suited for the examination and development of other production chains for bioenergy and biomaterials.201

Ravinnejalanjälki kertoo ravinteiden käytön tehokkuudesta

201

Uudet menetelmät elintarviketurvallisuuden parantamiseksi - esiselvitystyö

Elintarviketurvallisuus -esiselvitys koostui viranomais- ja teollisuuskatsauksista sekä teknologiaselvityksestä. Teollisuusselvityksessä kartoitettiin 14 kotimaisesta elintarviketuotantolaitoksesta tarpeet määrittää vierasesineitä, vierasaineita tai laadullisia tekijöitä online-tekniikalla tulevaisuudessa. Tuotantolaitoksiin sisältyi liha-, kala-, meijeri-, mylly-, lastenruoka-, makeis-, kahvi-, kastike- sekä perunanjalostusteollisuutta. Teknologiaosuudessa selvitettiin hankkeen alussa valikoituneen XRF- eli röntgenfluoresenssi-menetelmän soveltuvuutta vierasainehavainnointiin teollisuudessa. Lisäksi tutkittiin ns. laitealustakonseptia (platform), jossa saman laitekokonaisuuden ympärillä voitaisiin joustavasti koota erilaisia, kunkin elintarviketuottajan tarpeet huomioivia mittalaiteyksiköitä. Kaikilla elintarviketuotantolaitoksilla oli halukkuutta ja tarvetta tehostaa omavalvontaa jollakin tasolla reaaliaikaiseen mittaukseen. Yleisimmät mittauksen kohteet olivat tuotantolaitoksissa hyvin samantyyppisiä, vaikka kullakin alalla oli omat erityispiirteensä. Tärkeimmät tarpeet tehostaa omavalvontaa online-tekniikalla olivat vierasesineet, mikrobiologinen laatu sekä pakkausten tarkistaminen. Mikrobiologista laatua vaarantavista tekijöistä oleellisimpina pidettiin patogeenejä: kampylobakteeria, Salmonella-, EHEC- ja Listeria monocytogenes -bakteereita. Kartoituksessa ilmeni, ettei elintarvikkeessa olevia vierasesineitä nähdä riittävän tarkasti nykytekniikalla, varsinkaan heterogeenisista matriiseista. Valmiista elintarvikepakkauksista sen sijaan halutaan tarkistaa reaaliaikaisella valvonnalla etenkin saumausten pitävyys sekä pakkausten oikeellisuus. Teknologisessa selvityksessä osoittautui, että alkuaineita havainnoivan XRF-teknologian käyttö elintarviketeollisuuden vierasainevalvonnassa ei ole mielekästä puutteellisen herkkyyden johdosta. Sen sijaan erilaisten vierasainevalvontalaitteiden yhdistäminen yhteen laitealustakonseptiin olisi järkevää. Tällöin perusajatuksena on elintarvikkeiden eri tarkastusmenetelmien yhdistäminen yhteiseen laitemekaniikkaan, tietojenkäsittelyjärjestelmään ja automaatiojärjestelmään. Selvitystyön tuloksena määritettiin viisi tärkeintä suunnitteluperiaatetta laitealusta-ajatukseen perustuvilla laitteille. Vierasesinetunnistukseen on laiteanalytiikkaa kaupallisesti tarjolla monipuolisesti, ja oletettavasti tällä taholla tehdään jatkuvaa tuotekehittelytyötä asian korjaamiseksi. Mikrobiologisessa laadunvarmistuksessa perinteisistä ja hitaista patogeenien määritysmenetelmistä halutaan päästä teollisuutta paremmin palveleviin määrityksiin. Nopeampien, mutta riittävän herkkien patogeenimääritys-menetelmien kehittämiseen tulee keskittyä tulevaisuudessa entistä enemmän.New Methods for Improving Food Safety - Prestudy This food safety prestudy included a review of authority control regulations, food production industrial requirements and a technology evaluation. The industrial requirements were approached by conducting visits and interviews to 14 domestic foodstuff production sites covering various meat, fish, dairy, grain, baby food, confectionery, coffee, dressing and potato products. ProducersŽ future needs in on-line detection of foreign objects, foreign substances or other quality factors were studied in detail. At the preparatory phase of the project X-ray fluorescence (XRF) had been selected as a promising candidate method for detecting foreign substances in food products. Applicability of XRF was evaluated by comparing commercially available equipment. As a further task, a Machine Platform concept was investigated in order to assess whether it would be technologically feasible to construct an inspection machine frame that would allow flexible integration or various measurement modules into one machine entity. This would enable adaptation to the different needs encountered at the various foodstuff production lines within the industry. It appeared that all foodstuff producers have willingness and need to streamline the self-monitoring towards on-line measurement, at least at some level. The measurement needs and targets were very similar at the various productions sites although each foodstuff industry section had its unique and specific characteristics. Self-monitoring by on-line measurements was found to be most important for detection of foreign objects, microbiological quality and possible packaging problems of the foodstuff products. Pathogenic, bacterial contaminants, such as Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli and Listeria monocytogenes were found to be most severe problems affecting microbiological quality of foodstuff products. The industrial study showed that the presently available inspection technology cannot detect foreign objects at the required accuracy, especially in case of heterogeneous products. Real time, on-line verification of airtight seams and general packing quality are most important aspects in case of inspection of completed, already packaged foodstuff products. The technological part of the prestudy revealed that the use of XRF technology for detection of foreign substances in food products is not feasible due to insufficient sensitivity and too high detection limit. XRF may be used for detection of some of the harmful elements in foodstuff, but not at the level of accuracy needed. However, it was concluded that it would highly feasible to integrate several foreign substance measurement functions or modules into one Machine Platform. This would enable use of shared mechanical structures, data acquisition system and automation system for various foodstuff inspection methods and sensors. As a result of this part of the study, five of the most important design principles were defined for an inspection machine utilizing the Platform approach. A large variety of foodstuff inspection equipment is currently commercially available, and it is assumed that all manufacturers constantly develop such equipment further to overcome the shortages in inspection of more heterogeneous products. In the area of microbiological quality control, there is a clear will and trend towards faster and possibly on-line adaptable inspection methods which would serve better the needs of the foodstuff industry. Presently applied, traditional and slow methods are not anymore sufficient. It is obvious that considerable efforts should be put in developing faster and adequately sensitive methods for detection of pathogenic contaminants of the foodstuff products.vo

Applying the nutrient footprint method to the beef production and consumption chain

201

Modelling nitrogen and phosphorus footprints, case Finnish beef chain

201

Nutrient footprint as a tool to evaluate the nutrient balance of a food chain

201