Carbon abatement opportunities in agriculture sector : the use of carbon handprint for sustainable animal bedding material

Abstract

Peat is currently the most used bedding material in Finland, generated as a side stream of energy peat extraction. The significant GHG emissions associated with the use of peat have evoked desire to halt its use. This has raised concerns among animal farmers for whom bedding materials are crucial in order to secure the animal wellbeing. This thesis focuses on the climate impact of alternative animal bedding materials by comparing peat to sawdust, straw, and reed canary grass. The topic is approached via the concept of carbon handprint. Carbon handprint represents the amount of avoided emissions when alternative solution with lower GHG emissions is offered to replace the base case solution. Sufficient annual bedding is used as a functional unit. The whole life cycle of the bedding materials is assessed. For end use, two scenarios of field amendment and biogas production through anaerobic digestion are included.

Carbon handprints are calculated for three case farms 1) rearing cattle with RCG, 2) rearing chickens with sawdust, and 3) rearing pigs with straw. When field amendment is used as the end use option, no positive carbon handprint is generated by replacing peat. When anaerobic digestion is used to generate biogas of which is used to replace the average CHP energy in Finland, carbon handprints of 25.17 tCO₂e, 11.52 tCO₂e, and 0.02 tCO₂ are generated with cattle and RCG, chickens and sawdust, and pigs and straw, respectively.

The GHG emission reduction potential is also calculated for the overall peat bedding use in Finland. The results are in line with the case farms as no GHG emission reduction potential is found in replacing peat with alternative materials when field amendment is used as the end use option. However, generating biogas through anaerobic digestion has emission reduction potential especially with RCG. However, the most significant GHG emission reduction potentials up to 2.40 MtCO₂e is found when the anaerobic digestion is used as the end use option for the stable manure instead of field amendment.

Energiaturpeen sivuvirtana syntyvä turve on tällä hetkellä käytetyin eläinten kuivike materiaali Suomessa. Suunnitelmat energiaturpeen alasajosta ovat herättäneet huolta eläintiloilla, joilla kuivikemateriaalit ovat tärkeitä eläinten hyvinvoinnin turvaamiseksi. Tämä opinnäyte tarkastelee vaihtoehtoisten kuivikemateriaalien ilmastovaikutuksia vertaamalla turvetta sahanpuruun, olkeen sekä ruokohelpeen. Aihetta tarkastellaan hiilikädenjäljen käsitteen kautta.

Hiilikädenjälki kuvaa päästövähenemää, joka syntyy tarjoamalla lähtötilanteeseen verrattuna vähempi päästöistä vaihtoehtoa. Toiminnallisena yksikkönä käytetään riittävää vuotuista kuivikemäärää huomioiden kuivikkeiden koko elinkaari. Loppukäyttövaihtoehtoina tarkastellaan sekä peltolevitystä että biokaasun tuotantoa anaerobisella mädätyksellä. Hiilikädenjälki lasketaan kolmelle esimerkki tilalle: 1) nautatila, jossa turpeen korvaus ruokohelvellä, 2) broileritila, jossa turpeen korvaus sahanpurulla ja 3) sikatila, jossa turpeen korvaus oljella. Kun loppukäytöksi valitaan peltolevitys, turpeen korvaaminen ei tuota positiivista hiilikädenjälkeä. Sen sijaan, kun loppukäytöksi valitan tuottaa anaerobisen mädätyksen kautta biokaasua korvaamaan keskivertoista CHP energiaa Suomessa, tuotetaan esimerkkitiloilla hiilikädenjäljet 25,17 tCO₂e, 11,52 tCO₂e ja 0,02 tCO₂e.

Kasvihuonekaasupäästöjen vähennyspotentiaalia selvitettiin myös koko Suomen kuiviketurpeen käytölle. Tulokset vastaavat tilakohtaisia tuloksia, sillä turpeen korvaamisella ei saavuteta päästövähennyksiä, kun kuivikelanta levitetään pellolle jälkikäteen. Biokaasun tuotannolla voidaan kuitenkin saavuttaa päästövähennyksiä. Merkittävin päästövähennyspotentiaali, jopa 2,40 MtCO₂e syntyykin kuivikelannan peltoleviämisen korvaamisella biokaasun tuotantoon.