Ślad węglowy: Ślad węglowy produkcji mleka
Mleko jest ważnym źródłem składników odżywczych, ale jego produkcja wiąże się z emisją gazów cieplarnianych. W latach 2005–2015 odnotowano wzrost emisji gazów cieplarnianych z sektora mleczarskiego o ok. 20%. Dlatego ważna jest próba ograniczania emisji gazów cieplarnianych w sektorach hodowlanym i mleczarskim w bliskiej przyszłości.
Głównymi gazami cieplarnianymi przyczyniającymi się do śladu węglowego mleka w gospodarstwach mleczarskich są metan (pochodzący głównie z fermentacji jelitowej i gospodarowania obornikiem) oraz podtlenek azotu (pochodzący z gospodarowania obornikiem i produkcji paszy). Ponieważ oczekuje się, że żywienie zwierząt będzie miało przede wszystkim wpływ na fermentację w żwaczu, przyjrzyjmy się mechanizmom łagodzenia stężenia metanu w jelitach w odniesieniu do śladu węglowego mleka. Naukowcy obliczają ślad węglowy mleka za pomocą oceny cyklu życia (LCA, ang. life cycle assessment). Warto zauważyć, że większość badań LCA produkcji mleka opiera się na analizie „reprezentatywnego” gospodarstwa mleczarskiego lub gospodarstwa badawczego, co może nie dostarczać wiarygodnych informacji o skali regionalnej lub krajowej. Ponadto brak spójności w metodologii LCA utrudnia porównywanie wyników badań.
Należy w tym miejscu podkreślić, że metoda zastosowana do oszacowania potencjału metanu w zakresie globalnego ocieplenia może mieć duży wpływ na przewidywany efekt działań łagodzących ślad węglowy mleka. Wskaźniki stosowane do ilościowego określania emisji gazów cieplarnianych pochodzących z hodowli zwierząt gospodarskich mogą również wpływać na wnioski dotyczące praktyk łagodzących ślad węglowy mleka. Na przykład dodatek paszowy może zmniejszyć dzienną emisję metanu, ale może również zmniejszyć pobranie paszy i tym samym nie mieć pozytywnego wpływu na redukcję emisji metanu. Z kolei praktyka łagodząca ślad węglowy mleka może w ogóle nie wpływać na dobową emisję metanu lub tylko nieistotnie ją zmniejszać, jeśli zwiększa się skalę produkcji mleka. Oczywiście trzeba podkreślić, że wielkość tej emisji może różnić się w zależności od systemu produkcji mleka, praktyk i warunków panujących w danym miejscu. Ponadto, jak już wspomniano, brak spójności w metodologii obliczania śladu węglowego utrudnia porównywanie wyników badań. Aby zapewnić szerszy wgląd w ślad węglowy produkcji mleka na poziomie krajowym, przeprowadzono przegląd badań, które obejmowały dużą liczbę gospodarstw i były reprezentatywne dla badanego regionu lub kraju. Ślad węglowy mleka waha się w zależności od systemu produkcji mleka. W przypadku hodowli ekstensywnej, opartej na pastwiskach, ślad węglowy jest niższy niż w przypadku hodowli intensywnej, opartej na paszach treściwych. Średni ślad węglowy mleka w Europie wynosi około 1,4 kg CO2 e/kg mleka. W Stanach Zjednoczonych ślad węglowy jest wyższy i wynosi około 1,9 kg CO2 e/kg mleka. Największy udział w emisji gazów cieplarnianych z produkcji mleka ma produkcja paszy. Emisje związane z żywieniem zwierząt stanowią około 60% całkowitych emisji. Emisje z produkcji mleka i odchodów zwierząt stanowią odpowiednio 25% i 15%.
Literatura przedmiotu podaje, że w zależności od systemu produkcyjnego ślad węglowy mleka jest oszacowany na zaledwie 0,75–1,21 do nawet ponad 5 kg ekwiwalentu CO2/kg mleka skorygowanego. Alokacja głównych gazów cieplarnianych do źródeł emisji zależy od systemu produkcji i różni się w zależności od regionu i w jego obrębie. W związku z tym rola żywienia w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych i ślad węglowy mleka zależą w dużej mierze od systemu produkcji. Generalnie ogólna tendencja jest taka, że ślad węglowy mleka jest niższy w systemach produkcji intensywnej w porównaniu z ekstensywną. Można na przykład oszacować, że w ekstensywnych systemach produkcji mleczarskiej opartych na pastwiskach, w których ≥80% gazów cieplarnianych może pochodzić z fermentacji jelitowej, 30-procentowa redukcja emisji metanu w przewodzie pokarmowym doprowadziłaby do 26% ogólnej redukcji śladu węglowego mleka. Dla porównania w systemach intensywnej produkcji mleczarskiej, w przypadku gdy udział emisji metanu w jelitach może wynosić <50% całkowitych gazów cieplarnianych, wpływ tej samej praktyki łagodzącej na ślad węglowy mleka wyniósłby zaledwie ok. 13%. Ważne jest również zdefiniowanie, czym jest znacząca redukcja śladu węglowego mleka (można bezpiecznie założyć, że znacząca redukcja śladu węglowego mleka powinna przekraczać 10%, a najlepiej 20%).
Aby odpowiedzieć na pytanie, czy żywienie krów mlecznych może znacząco zmniejszyć ślad węglowy produkcji mleka, musimy najpierw przyjrzeć się, co stanowi ślad węglowy mleka i co przyczynia się do znaczącej redukcji jego wartości. Następnie musimy ocenić potencjalny wpływ przyjęcia dostępnych strategii ograniczania emisji gazów cieplarnianych związanych z żywieniem zwierząt. Ponadto, aby właściwie porównać ślad węglowy różnych pasz w żywieniu krów mlecznych, należy uwzględniać gaz cieplarniany pochodzący z produkcji samej paszy i sekwestracji dwutlenku węgla w glebie.
Od blisko dekady na całym świecie prowadzone są badania mające na celu lepsze zrozumienie czynników przyczyniających się do emisji metanu jelitowego u przeżuwaczy. Metaanalizy otrzymywanych wyników pozwalają identyfikować skuteczne strategie łagodzenia emisji tego gazu. Do zalecanych strategii łagodzenia emisji metanu jelitowego u przeżuwaczy, w tym bydła mlecznego, należą inhibitory metanu, alternatywne pochłaniacze elektronów, oleje roślinne i nasiona oleiste, a także pasze bogate w garbniki. Należy jednak zauważyć, że wyższy udział olejów i tłuszczy w paszy może wpływać negatywnie na pobranie paszy, funkcjonowanie żwacza i wydajność zwierząt, a w szczególności na składniki mleka u krów mlecznych. W przypadku pochłaniaczy elektronów (fumarany, azotany, różnego typu związki azotowe) obawy związane ze zdrowiem zwierząt mogą utrudniać zastosowanie tej metody w praktyce i należy indywidualnie rozważać potencjalne kompromisy w zakresie emisji metanu. Garbniki i pasze w nie bogate mogą mieć negatywny wpływ na strawność składników odżywczych i oczekuje się dalszych badań, aby potwierdzić ich wpływ na ogólną wydajność zwierząt w długoterminowych eksperymentach ze zwierzętami o wysokiej wydajności. Aby zrekompensować obniżoną strawność paszy, konieczne może być włączenie większej ilości pasz treściwych do diety, co może – ale nie musi – zmienić bezwzględną emisję metanu, wydajność i intensywność, zwiększając niestety koszty paszy. Należy pamiętać, że manipulacje dietą mogą powodować zmiany w składzie obornika, co może skutkować zwiększoną emisją metanu z obornika z powodu zwiększenia wydalania materii organicznej z kałem (tj. ze zmniejszonej strawności żwacza lub błonnika w całym przewodzie pokarmowym z powodu zwiększonego włączenia pasz treściwych).
Zwiększenie strawności paszy i pobrania paszy strawnej może zmniejszyć emisje metanu jelitowego u przeżuwaczy. Jedna ze strategii polega na zastępowaniu kiszonki z trawy kiszonką z kukurydzy lub kiszonkami z roślin strączkowych. Kiszonki z kukurydzy i roślin strączkowych mają niższą zawartość błonnika niż kiszonka z trawy, co prowadzi do zmniejszenia produkcji metanu. Inna strategia polega na zwiększaniu udziału pasz treściwych w diecie. Pasze treściwe są bardziej strawne niż pasze objętościowe, co prowadzi do zmniejszenia produkcji metanu. Jednak wdrożenie tej strategii może być ograniczone dostępnością pasz, kosztami i ryzykiem zaburzeń funkcji żwacza. Dojrzałość roślin paszowych podczas zbioru i ich gatunek mogą również wpływać na emisje metanu jelitowego. Na przykład niektóre rośliny strączkowe, takie jak koniczyna czerwona, mogą zwiększać emisje metanu. Rośliny strączkowe bogate w garbniki mogą zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych poprzez zmniejszenie zarówno jelitowego metanu, jak i obornika.
Stosowanie dodatków składników roślinnych, a w szczególności olejków eterycznych (jako źródeł tlenku etylenu), również było przedmiotem badań dotyczących redukcji emisji metanu jelitowego u przeżuwaczy. Jednakże wpływ tej kategorii dodatków na ilość metanu w kontrolowanych badaniach jest niespójny, a wielu badaczy nie zaleca ich stosowania. Ogólnie rzecz biorąc, w warunkach in vivo zmienność reakcji zwierząt na takie dodatki bywa niezwykle duża. Związki te mają na ogół szerokie spektrum działania, w niektórych przypadkach negatywnie wpływając na ogólną fermentację w żwaczu, i sugeruje się, że w tej dziedzinie może skorzystać bardziej ukierunkowane podejście oparte na związkach. Warto jednak zauważyć, że w wielu badaniach wykazano łagodzące działanie składników roślinnych w warunkach in vitro.
Lipidy dietetyczne i suplementy lipidowe mogą zmniejszyć emisje metanu u przeżuwaczy, w tym krów mlecznych. Średnio zmniejszają one emisje o 19%, nie wpływając na produkcję zwierzęcą. Mechanizm działania lipidów polega na zapewnieniu zwierzęciu wysoce strawnego źródła energii. Oleje roślinne są bardziej skuteczne w zmniejszaniu emisji metanu niż tłuszcze zwierzęce, ponieważ mogą być uwalniane w żwaczu w wolniejszym tempie. Należy jednak zachować ostrożność podczas podawania przeżuwaczom olejów roślinnych, ponieważ mogą one mieć szkodliwy wpływ na fermentację w żwaczu, prowadząc do obniżenia poziomu tłuszczu w mleku. Ponadto należy rozważyć koszt suplementacji lipidami. Niektóre pasze będące produktami ubocznymi, takie jak ekstrudowana śruta z nasion oleistych lub wysokoolejowe ziarna gorzelnicze, mogą również zmniejszać emisje metanu, jednak ich wpływ w tym zakresie wydaje się niespójny.
Włączenie do diety pasz garbnikowych jest kolejną zalecaną strategią łagodzenia emisji metanu jelitowego, chociaż obserwuje się niższy efekt łagodzący w porównaniu z innymi zalecanymi strategiami. Tym bardziej, że badacze niejednokrotnie podkreślają, że jednocześnie strawność błonnika ulega redukcji. Ponadto badania dotyczące takich pasz nie dostarczają danych o wydajności zwierząt. Karmienie lub wypas paszami z garbnikami są szczególnie atrakcyjne w przypadku systemów produkcji ekstensywnej i systemów opartych na pastwiskach, ale potrzebne są bardziej długoterminowe badania z udziałem zwierząt o wysokiej wydajności, aby stwierdzić z całą pewnością, że garbniki i pasze garbnikowe są realną i opłacalną strategią łagodzenia zmiany klimatu w celu zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych przez zwierzęta gospodarskie.
Najnowsze badania dotyczące stosowania pochłaniaczy elektronów skupiają się na 3-nitrooksypropanolu (3-NOP, monoazotanowy ester 1,3-propanodiolu) u krów mlecznych. Związek ten jest inhibitorem enzymu reduktazy metylokoenzymu M, która katalizuje ostatni etap metanogenezy. Metaanalizy dowodzą stałego spadku dziennej emisji metanu jelitowego z jednoczesnym brakiem wpływu na spożycie suchej masy, produkcję mleka, masę ciała lub zmianę masy ciała oraz nieznaczny wzrost stężenia tłuszczu mlecznego i wydajności. Wydaje się również, że 3-NOP zwiększa stężenie azotu mocznikowego w mleku. Ponadto odnotowuje się wykładnicze zmniejszenie efektu łagodzącego inhibitora wraz ze zwiększeniem jego dawki (z 40 do 200 mg/kg suchej masy paszy, co odpowiada spożyciu 3-NOP w ilości od 1 do 4,8 g/krowę na dobę). Niektórzy badacze donoszą o potencjalnym spadku skuteczności 3-NOP po długim czasie podawania zwierzętom, co wymaga dokładniejszej analizy w badaniach długoterminowych z pełną laktacją lub mnogimi laktacjami.
W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie zastosowaniem makroalg do łagodzenia emisji jelitowego metanu u przeżuwaczy. Grupy badawcze na całym świecie przebadały czerwone, brązowe i zielone makroalgi pod kątem działania antymetanogennego. Niektóre badania wykazały, że czerwone makroalgi Asparagopsis spp. (A. taxiformis i A. armata) mogą najskuteczniej (spośród badanych mikroalg) zmniejszyć emisje metanu – o 80–90% u bydła mlecznego i mięsnego. Wedle obecnego stanu wiedzy aktywność antymetanowa Asparagopsis spp. opiera się na zawartości bromoformu (bromowa pochodna metanu, organiczny związek chemiczny z grupy halogenków alkilu), który hamuje syntezę metanu w jelitach przeżuwaczy. Jednak bromoform jest lotny i może ulegać rozkładowi, dlatego konieczne jest zbadanie, czy jego działanie jest trwałe w warunkach praktycznego zastosowania. Badania wyraźnie dowodzą, że zmniejszenie stężenia bromoformu i jego spożycia liniowo zmniejsza potencjał łagodzący A. taxiformis. Ponadto istnieją obawy dotyczące wpływu bromoformu na środowisko i zdrowie zwierząt. Niedawno opublikowane nowe dane eksperymentalne sugerują, że łagodzące działanie Asparagopsis taxiformis może być przemijające, zanikając w 9. tygodniu doświadczalnym. Inne gatunki wodorostów również wykazują obiecujące wstępne wyniki eksperymentów, które jednak muszą zostać potwierdzone w doświadczeniach na zwierzętach. Należy zatem zbadać długoterminowy wpływ wodorostów na produktywność, zdrowie, reprodukcję i jakość mleka zwierząt, gdyż ekonomika masowego stosowania w światowym przemyśle mleczarskim i wołowym jest niejasna. Konieczne są również dalsze badania, aby ocenić bezpieczeństwo i efektywność stosowania makroalg w łagodzeniu emisji metanu przez przeżuwaczy.
Aby osiągnąć znaczącą redukcję śladu węglowego mleka, konieczne jest wdrożenie zestawu strategii łagodzących, obejmujących zarówno żywienie, jak i zarządzanie zwierzętami. Strategie żywieniowe, takie jak stosowanie dodatków mających na celu zmniejszenie produkcji metanu, mogą zmniejszyć emisje o 10–20%. Jednak ich skuteczność może ulec zmniejszeniu w czasie lub w wyniku zmiany składu diety. Strategie zarządzania zwierzętami, takie jak poprawa zdrowia i dobrostanu, mogą również przyczynić się do zmniejszenia emisji. Na przykład zdrowsze krowy są bardziej wydajne, co może skutkować zmniejszeniem emisji na jednostkę mleka. Jeśli wszystkie te strategie zostaną zastosowane, możliwe jest zmniejszenie emisji metanu w jelitach nawet o 50–60%. Jednakże konieczne jest zapewnienie, że nie prowadzą one do skutków ubocznych, aby były akceptowane przez producentów mleka.
Przyjęcie strategii łagodzenia emisji gazów cieplarnianych w sektorze mleczarskim zależy od wielu czynników, w tym kosztów, polityki rządowej i gotowości konsumentów do płacenia wyższej ceny za produkty pochodzenia zwierzęcego o zmniejszonym śladzie węglowym. Kluczowym aspektem jest koszt wdrożenia strategii o udowodnionej skuteczności. Chociaż potencjał techniczny w zakresie łagodzenia emisji jest duży, jego udział, który można osiągnąć przy rozsądnych kosztach ekonomicznych, będzie prawdopodobnie znacznie mniejszy. Sama skuteczność strategii łagodzenia emisji – bez rewolucyjnych ulepszeń technologicznych lub interwencji rządowych i rynkowych – nie wystarczy, aby zapewnić jej przyjęcie przez przemysł mleczarski. Ważne jest również uwzględnienie czynników globalnych, takich jak ucieczka emisji, efekty odbicia, ustalanie cen emisji i skutki uboczne związane z popytem. Skuteczność jest kluczowym czynnikiem przy wyborze strategii łagodzenia emisji gazów cieplarnianych w sektorze mleczarskim, jednak należy również wziąć pod uwagę koszty, politykę rządową, gotowość konsumentów i czynniki globalne.
