Impacto ambiental de los nutrientes
Un enfoque de análisis del ciclo de vida para el contenido nutricional de los alimentos
Resumen de métodos y resultados
Usando una metodología LCA para medir el impacto ambiental en la producción de alimentos, he llegado a los 'costos' ambientales de una variedad de nutrientes derivados de una lista de 38 alimentos.
Alimentos en estudio.
Usé los siguientes datos sobre la producción por kilogramo de producto alimenticio:
- Emisiones de GEI de la cadena de suministro total (kg CO2e)
- Extracción de agua dulce (m³)
- Emisiones de eutrofización (kg PO4e)
- Uso de la tierra (m³)
- Daño a la salud humana (Años de vida ajustados por enfermedad)
- Daños a los ecosistemas (año de la especie, también conocido como pérdida de especies integrada en el tiempo)
Los costos ambientales de producción, es decir, los GEI, el uso del agua, el uso de la tierra y las emisiones de eutrofización, tienen efectos diferentes en cada uno de los puntos finales medidos; daños a la salud humana y al ecosistema .
Aquí vemos que la cebada tiene el mayor contenido de proteína por DALY (una medida del daño a la salud humana) que contribuye a su producción, mientras que las nueces proporcionan la mayor cantidad de proteína por unidad de destrucción del ecosistema.
La combinación de los dos puntos finales en una sola puntuación es controvertida pero valiosa para resumir el contenido. La controversia surge de cuantificar la equivalencia del daño a la salud humana con el daño al ecosistema, es decir, ¿cuán peor es la pérdida de especies que la pérdida de vidas humanas? La combinación de puntajes requiere un juicio de valor sobre la ponderación de la importancia relativa de esos puntos finales.
Aquí afirmé que son equivalentes e hice una tabla de clasificación de las mejores fuentes de nutrientes por impacto ambiental.
A continuación se encuentran las cinco mejores fuentes de nutrientes, medidas por el impacto relativo promedio tanto en la salud humana como en el daño al ecosistema.
Fin del resumen.
Los datos
En este estudio, combino el conjunto de datos integrado de Composición de alimentos de McCance y Widdowson con el metanálisis de Poore & Nemecek sobre los impactos ambientales de la producción de alimentos para llegar a un análisis del contenido nutricional por categoría de daño de punto final. La primera fuente contiene el contenido nutricional de todos los alimentos involucrados, mientras que la segunda contiene los costos ambientales promedio asociados con la producción de un kilogramo de alimento.
Instantánea de los datos combinados en Excel
El daño de punto final resultante causado en la producción de alimentos se evalúa luego a través del algoritmo ReCiPe LCA, cortesía de PreSustainability .
¿Qué es LCA?
El análisis del ciclo de vida es el estudio de todas las entradas y salidas de un sistema para comprender los impactos ambientales. LCA intenta calificar y cuantificar preguntas como la aparentemente insulsa pero importante, '¿cómo es malo el calentamiento global y qué daño hace?' Los métodos en LCA vinculan los resultados medibles de la producción humana, llamados puntos medios , en daños o consecuencias finales, llamados puntos finales , a través de un vínculo llamado vía de daños .
En el algoritmo LCA que estamos usando hoy, llamado ReCiPe, hay 18 categorías de puntos medios, vinculadas a 3 puntos finales a través de 9 vías de daño.
En este estudio, veremos solo cuatro categorías de punto medio en la producción de alimentos y sus efectos en dos puntos finales.
Los cuatro puntos medios son:
- Calentamiento global: medido por las emisiones de GEI en todos los pasos de la producción de alimentos
- Uso/Transformación de la tierra: medida por la tierra requerida para cultivar los alimentos
- Eutrofización de agua dulce: medida por el fosfato en la escorrentía
- Extracción de agua dulce: medida en consumo total de agua
- Daño a la salud humana: medido por años de vida ajustados por discapacidad (DALYS)
- Daño a los ecosistemas: medido por la pérdida de especies integrada en el tiempo (Species.yr)
Puntos finales, o las medidas finales del daño
Los puntos finales son la consecuencia final que pretendemos medir a partir de la larga cadena de causa y efecto de la actividad humana que se estudia. Estamos viendo solo dos.
El daño a la salud humana es el primero y se mide en AVAD. Un DALY representa un año perdido de 'vida saludable'. Esta pérdida de un año saludable puede extenderse entre una población. Entonces, si ocurriera algo que hiciera que 10 personas perdieran 0,1 años de vida saludable, el efecto total se mediría como 1 DALY.
Las dos vías de daño relevantes que contribuyen a los AVAD en nuestro estudio son:
- Aumento de la desnutrición
- Aumento de la enfermedad
Descripción de los puntos medios y su relevancia
Punto medio: cambio climático (medido a través de kg CO2e)
Role
La agricultura es una gran fuente de gases de efecto invernadero (GEI) a nivel mundial, con estimaciones de entre el 13% y el 21% de las emisiones antropogénicas provenientes de la agricultura. Las emisiones se reparten entre:
- Dióxido de carbono: uso de tractores y equipos en la producción, envío y almacenamiento de alimentos
- Metano: la cría de animales, particularmente con rumiantes, constituye una gran parte de las emisiones totales de GEI.
- Óxido nitroso: de fertilizantes orgánicos y sintéticos
Vías de daño
La ciencia del calentamiento global está bastante desarrollada, incluso si hay grandes preguntas pendientes. Lo que es casi seguro es que las emisiones de GEI provocan un aumento de la temperatura media mundial, lo que tiene un efecto en cascada tanto en el bienestar humano como en la salud de los ecosistemas.
Hay mucha matemática y ciencia detrás de la siguiente conversión de kg de GEI en daños a la salud humana y los ecosistemas. El camino está calificado arriba, pero si alguien desea verlo cuantificado, animo a aquellos lo suficientemente valientes a inspeccionar las matemáticas aquí .
En última instancia, las vías de daño se combinan para producir un resultado final sobre el daño causado por kg de CO2e.
La columna de área de protección anterior describe el punto final. Las unidades se alinean con los datos que poseemos sobre la producción de alimentos, es decir, Kg CO2e. Por lo tanto, podemos traducir las emisiones de GEI a DALY y especies por año.
Por ejemplo:
En la producción de un kg de manzanas vemos que se emiten 0,43 kg CO2e.
Multiplicando nuestras cifras juntas:
(0,43 kgCO2e/kg manzanas) x (9,28x10^-7 AVAD/kgCO2e) = 3,99x10^-7 AVAD/kg manzanas.
Dicho de otra manera; Las emisiones de GEI de la producción de un kilogramo de manzanas conducen a 0.000000399 DALY.
Debido a que el Calentamiento Global afecta tanto la salud humana como el daño al ecosistema, repetimos el cálculo con diferentes factores para evaluar el daño a las especies; sumando los factores de los ecosistemas terrestres y acuáticos:
(.43 kgCO2e / kg manzanas) x (2.80x10^-9 Especies.año / kg CO2e) +
(.43 kgCO2e / kg manzanas) x (7.65x10^-14 Especies.año / kg CO2e) = 1.29x10^-9 Especies Años.
Dicho de otra manera;
Las emisiones de GEI de la producción de un kilogramo de manzanas conducen a
0.0000000012 especies perdidas en el transcurso de un año.
Punto medio: uso del suelo (medido a través de m²)
Role
Los humanos solían ser nómadas y rara vez se establecían en algún lugar durante largos períodos de tiempo. En esa era pasada, su impacto en la tierra fue relativamente pequeño. El advenimiento de la agricultura permitió a los humanos quedarse quietos, obligando a la tierra a cumplir sus propósitos. Los seres humanos han estado talando bosques para cultivar y mantener el ganado desde entonces. Tiene sentido que una gran proporción de la tierra del mundo se utilice para la agricultura. El uso y el mal uso de la tierra fue y sigue siendo un gran contribuyente al daño del ecosistema.
Vías de daño
La cantidad de daño al ecosistema causado por una unidad de uso de área de tierra difiere de lo que la tierra estaba haciendo antes. Por ejemplo, si nivela una selva tropical para plantar árboles de palma aceitera, es probable que cause más daño al ecosistema medido por la pérdida de especies que si lograra plantar un huerto en la tundra ártica.
El uso de la tierra difiere según el tipo de cultivo plantado, pero aquí se describen las cifras generales.
Tenga en cuenta que el uso de la tierra solo afecta la salud del ecosistema, no la salud humana.
Revisando nuestro ejemplo de la manzana...
Las manzanas ocupan 0,63 m² de terreno para producir un kg de producto.
Multiplicando nuestros factores juntos se obtiene 5.59x10^-9 especies años.
Punto medio: Emisiones de eutrofización (medidas en kg de PO4e o equivalente de fosfato)
Role
Los fertilizantes han permitido el crecimiento masivo de la raza humana en los últimos siglos al impulsar el rendimiento de los cultivos a niveles nunca antes vistos. El fertilizante esencialmente funciona agregando nitrógeno adicional al suelo de un cultivo. El nitrógeno es un componente clave de la molécula de clorofila de una planta y obtener más aumenta dramáticamente el crecimiento de la planta. Se ha dicho que el elemento carbono dicta la cantidad de vida en un bioma, mientras que el nitrógeno dicta la calidad.
Vías de daño
Uno de los efectos secundarios de producir tanto fertilizante rico en nitrógeno (aparte del hecho de que su producción depende en gran medida de los combustibles fósiles) es que gran parte se lava en los ambientes acuáticos, lo que lleva a una situación conocida como eutrofización. La eutrofización es cuando un cuerpo de agua se enriquece en exceso con nutrientes, lo que provoca la proliferación de algas y otros fenómenos que degradan la riqueza ecológica del medio ambiente acuático. La eutrofización se mide en fosfato o equivalentes de fósforo, que mide el elemento fósforo en lugar de nitrógeno. Para todos los efectos, puede sustituir los dos elementos, ya que ambos se usan en fertilizantes porque estimulan el crecimiento de la clorofila, mientras que son perjudiciales para los ambientes acuáticos por la misma razón.
En nuestro ejemplo de la manzana, debemos tener cuidado, porque nuestros datos tienen los equivalentes de fosfato para un kilogramo de manzanas (kg PO4e), mientras que nuestro factor exige el equivalente de fósforo (kg Pe).
Los pesos atómicos de los átomos involucrados deben utilizarse para obtener la ponderación adecuada:
Dado que el fósforo tiene un peso atómico de 31, mientras que el oxígeno tiene un peso atómico de 16, el factor de ponderación apropiado que va de PO4e → Pe es:
(31 / (31 + 4*16)) = 0,33
Luego, multiplique los factores como lo hemos hecho anteriormente para llegar a 3.17x10^-10 especies-año por kilogramo de manzanas.
Punto medio: Extracción de agua dulce (medida en m³)
Role
Las plantas necesitan agua para crecer. También lo hacen las vacas para el caso. Dependiendo de dónde se encuentre y de lo que esté cultivando, la necesidad de agua no es una preocupación en absoluto o es el mayor factor de estrés para su cultivo y el medio ambiente. Un extremo serían las almendras cultivadas en California, donde se cultiva el 80 % de las almendras del mundo , a pesar del estrés hídrico extremo que enfrenta el estado. Más del 10% del consumo total de agua del estado se dedica solo a ese cultivo. Otro extremo sería el cultivo de mandioca, que casi no requiere agua y ha llamado la atención de Billy Gate como cultivo clave en la lucha contra el hambre en el mundo.
Vías de daño
El uso de agua dulce es similar a las emisiones de GEI en el sentido de que afecta ambos puntos finales de LCA.
Las ecuaciones para calcular el daño de punto final de las extracciones de agua dulce son fascinantes; teniendo en cuenta el clima de la región, el Índice de Desarrollo Humano y muchos otros biomarcadores. Nuevamente, cualquier persona curiosa y valiente debería considerar las formulaciones aquí .
Para completar nuestro ejemplo de las manzanas, una vez que se suman todas las vías de daño, un kilogramo de manzanas causa un total de 7.99x10^-7 DALY y 7.12x10^-9 Especies años.
***Es probable que estos números sean más bajos que los daños reales debido a la exclusión de las otras vías de impacto.***
Agregando el Elemento Nutricional, Clasificando nuestros alimentos y Discusión
Una vez que he ejecutado los cálculos de LCA para cada uno de nuestros 38 alimentos, podemos ver el daño total de DALY y años de especie al que contribuye un kilogramo de alimento. A continuación, podemos normalizar esos criterios de valoración al contenido nutricional del alimento en cuestión.
Extendiendo nuestro ejemplo de las manzanas, podemos ver la cantidad de nutrientes en ciertos alimentos por impacto DALY de su producción:
La instantánea muestra que puede obtener 7,51x10⁶ gramos de proteína de las manzanas antes de contribuir con un DALY, mientras que puede obtener 6,97x10⁷ gramos de proteína de la cebada antes de contribuir con un DALY.
Y aquí los mismos alimentos y nutrientes por especie año.
Usando estos datos podemos llegar a las mejores y peores fuentes de nutrientes según su impacto ambiental total.
En lugar de combinar los dos puntajes para llegar a nuestra tabla de clasificación de nutrientes, tomé su fuerza relativa en comparación con sus pares, combinando sus percentiles relativos de daño.
Aquí está la tabla de clasificación resultante de nuevo para mayor claridad.
¡La cebada parece un claro ganador en muchas categorías, incluidos los codiciosos premios de proteínas y calorías!
Discusión
¡¿Cebada?! ¿Quién quiere hablar de eso? Dejemos eso a un lado y hablemos de batatas...
Mientras que las batatas poseen solo 17 g de proteína por kilogramo (el maní tiene 258 g, la carne de res tiene 197 g, el arroz salvaje 122 g), ocupan el segundo lugar en la clasificación de la mejor fuente de proteína. Esto se debe a que las batatas tienen un impacto ambiental casi nulo . De los 38 alimentos estudiados, tienen el menor impacto tanto en la salud humana como en la salud del ecosistema por kilogramo de producción. Tienen un impacto tan bajo que compararlos con la carne de res produce resultados cómicos. La carne de res es entre 200 y 700 veces peor que las batatas para el medio ambiente, dependiendo de si se analizan los AVAD o el daño al ecosistema. La equivalencia es alucinante: ¡una hamburguesa de 100 g o 70 kg de batatas!
Si comparamos la proteína en las dos raciones, la hamburguesa de 100g te aporta el 39% de tu valor diario recomendado, mientras que los boniatos de 70 kg te aportan el 2380%
Si a todos en el planeta se les asignara un presupuesto ambiental, es decir, solo podrías hacer tanto daño por año por tus hábitos de consumo, creo que mucha gente dejaría la hamburguesa por los 70 kg de batatas. Solo piensa en todos los pasteles y papas fritas...
Sería un error no tener una mención para las espinacas. Si comparo los percentiles promedio de contenido de nutrientes por impacto ambiental, la espinaca supera incluso a la poderosa batata y la aburrida cebada. Puedes ver en la tabla de clasificación que la espinaca tiene toneladas de vitaminas y minerales.
Planes para futuros estudios.
- Optimización de nutrientes: establecimiento de límites en el 'costo ambiental' total y búsqueda de dietas óptimas
- Scoring de alimentos: aprendizaje de metodologías nutricionales para puntuar alimentos
- Agregar más datos de impacto: cuantos más datos de trayectoria de impacto, mejor
- Agregar precio: jugar con los precios puede ser interesante (crear una combinación ponderada del precio de los alimentos y el precio para el medio ambiente)
Esta es mi primera vez, así que sé amable. Este no es un LCA oficial para alimentos, ya que solo soy un novato. Las técnicas de LCA denuncian explícitamente el uso de un conjunto limitado de vías de impacto como lo hice aquí. Simplemente no pude evitarlo.
Nuestro mundo en datos fue una gran inspiración.
Pre-Sostenibilidad y software SimaPro.
McCance y Widdowson
Nemecek y Poore
¿Qué tan malos son los plátanos?
![¿Qué es una lista vinculada, de todos modos? [Parte 1]](https://post.nghiatu.com/assets/images/m/max/724/1*Xokk6XOjWyIGCBujkJsCzQ.jpeg)
