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Green cheese: Partial life cycle assessment of greenhouse gas emissions and energy intensity
of integrated dairy production and bioenergy systems
Journal of Dairy Science © American Dairy Science Association®, 2015
March 2015, Volume 98, Issue 3, Pages 1571–1592 http://dx.doi.org/ 10.3168/jds.2014-8850
March 2015, Volume 98, Issue 3, Pages 1571–1592 http://dx.doi.org/ 10.3168/jds.2014-8850
H.A. Aguirre-Villegas, T.H. Passos-Fonseca, D.J. Reinemann, L.E. Armentano, M.A. Wattiaux,
V.E. Cabrera, J.M. Norman, and R. Larson
V.E. Cabrera, J.M. Norman, and R. Larson
Abstract: The objective of this study was to evaluate the effect of integrating dairy and bioenergy systems on land use, net energy intensity (NEI), and greenhouse gas (GHG) emissions. A reference dairy farm system representative of Wisconsin was compared with a system that produces dairy and bioenergy products. This integrated system investigates the effects at the farm level when the cow diet and manure management practices are varied. The diets evaluated were supplemented with varying amounts of dry distillers grains with solubles and soybean meal and were balanced with different types of forages. The manure-management scenarios included manure land application, which is the most common manure disposal method in Wisconsin, and manure anaerobic digestion (AD) to produce biogas. A partial life cycle assessment from cradle to farm gate was conducted, where the system boundaries were expanded to include the production of biofuels in the analysis and the environmental burdens between milk and bioenergy products were partitioned by system expansion. Milk was considered the primary product and the functional unit, with ethanol, biodiesel, and biogas considered co-products. The production of the co-products was scaled according to milk production to meet the dietary requirements of each selected dairy ration. Results indicated that land use was 1.6 m2, NEI was 3.86 MJ, and GHG emissions were 1.02 kg of CO2-equivalents per kilogram of fat- and protein-corrected milk (FPCM) for the reference system. Within the integrated dairy and bioenergy system, diet scenarios that maximize dry distillers grains with solubles and implement AD had the largest reduction of GHG emissions and NEI, but the greatest increase in land use compared with the reference system. Average land use ranged from 1.68 to 2.01 m2/kg of FPCM; NEI ranged from −5.62 to −0.73 MJ/kg of FPCM; and GHG emissions ranged from 0.63 to 0.77 kg of CO2-equivalents/kg of FPCM. The AD contributed 65% of the NEI and 77% of the GHG emission reductions.
Key words: bioenergy, greenhouse gas emission, energy intensity, life cycle assessment, dairy system |
Resumo: O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da integração de sistemas de produção de leite e bioenergia sobre o uso da terra, intensidade energética líquida (IEL), e emissão de gases de efeito estufa (GEE). Um sistema representativo de fazenda leiteira do estado de Wisconsin foi usado como referência e comparado a um sistema que produz leite e biocombustíveis. Esse sistema integrado investiga os efeitos de variações nas dietas das vacas e nas práticas de manejo de dejetos no âmbito da fazenda. As dietas avaliadas foram suplementadas com diferentes quantidades de farelo de soja e resíduos da destilação de milho com solúveis, e balanceadas com diferentes tipos de forragem. Os cenários de manejo de dejetos foram: aplicação de dejetos no solo, que é a maneira mais comum de descarte de dejetos em Wisconsin, e digestão anaeróbica (DA) dos dejetos para produção de biogás. Conduziu-se uma análise parcial do ciclo de vida, desde as fontes dos recursos até a porteira da fazenda. Os limites do sistema foram expandidos para incluir a produção de biocombustíveis na análise, e os impactos ambientais foram divididos entre os produtos leite e bioenergia por meio da expansão do sistema. O leite foi considerado o produto primário e a unidade funcional; etanol, biodiesel, e biogás foram considerados co-produtos. A produção dos co-produtos foi ajustada de acordo com a produção de leite para suprir os requerimentos nutricionais de cada dieta. Os resultados mostraram que o uso da terra foi 1,6 m2, IEL foi 3,86 MJ, e as emissões de GEE foram 1,02 kg de CO2-equivalentes por quilo de leite corrigido para gordura e proteína (LCGP) no sistema de referência. No sistema integrado de leite e bioenergia, os cenários de dietas que maximizam resíduos da destilação de milho com solúveis e implementam DA tiveram a maior redução de emissões de GEE, porém tiveram o maior aumento no uso de terra em comparação com o sistema de referência. A média do uso de terra variou de 1,68 a 2,01 m2/kg de LCGP; A IEL variou de −5,62 a −0,73 MJ/kg de LCGP; e as emissões de GEE variaram de 0,63 a 0,77 kg de CO2-equivalentes/kg de LCGP. A DA contribuiu com redução de 65% da IEL e 77% das emissões de GEE.
Palavras-chave: bioenergia, emissão de gases de efeito estufa, intensidade energética, análise do ciclo de vida, sistema leiteiro |