Pendekatan Analisis Siklus Hidup untuk kandungan gizi makanan

Rangkuman Metode dan Hasil

Dengan menggunakan metodologi LCA untuk mengukur dampak lingkungan pada produksi makanan, saya sampai pada 'biaya' lingkungan dari berbagai nutrisi yang berasal dari daftar 38 makanan.

Makanan dalam penelitian.

Saya menggunakan data produksi per kilogram produk makanan berikut:

• Emisi GRK dari total rantai pasokan (kg CO2e)
• Pengambilan air tawar (m³)
• Emisi eutrofi (kg PO4e)
• Penggunaan lahan (m³)

• Kerusakan pada kesehatan manusia (Disease Adjusted Life Years)
• Kerusakan ekosistem (Spesies Year alias Waktu hilangnya spesies terintegrasi)

Biaya produksi lingkungan, yaitu GRK, penggunaan air, penggunaan lahan, dan emisi eutrofi, memiliki efek yang berbeda pada setiap titik akhir yang diukur; kesehatan manusia dan kerusakan ekosistem .

Di sini kita melihat bahwa jelai memiliki kandungan protein tertinggi per DALY (ukuran kerusakan kesehatan manusia) yang dikontribusikan dalam produksinya, sementara kacang memberikan protein paling banyak per unit kerusakan ekosistem.

Menggabungkan dua titik akhir menjadi satu skor kontroversial tetapi berharga dalam meringkas konten. Kontroversi berasal dari kuantifikasi persamaan kerusakan kesehatan manusia dengan kerusakan ekosistem, yaitu seberapa parah hilangnya spesies daripada hilangnya nyawa manusia? Menggabungkan skor membutuhkan penilaian nilai pada pembobotan kepentingan relatif dari titik akhir tersebut.

Di sini saya mengklaim mereka setara dan membuat papan peringkat sumber nutrisi terbaik berdasarkan dampak lingkungan.

Di bawah ini adalah lima sumber nutrisi terbaik, yang diukur dengan dampak relatif rata-rata terhadap kesehatan manusia dan kerusakan ekosistem.

Akhir ringkasan.

Data

Dalam penelitian ini saya menggabungkan kumpulan data terintegrasi Komposisi Makanan McCance dan Widdowsons dengan analisis meta Poore & Nemecek tentang dampak lingkungan dari produksi makanan untuk sampai pada analisis kandungan nutrisi per kategori kerusakan titik akhir. Sumber pertama berisi kandungan nutrisi dari semua makanan yang terlibat, sedangkan sumber kedua berisi biaya lingkungan rata-rata yang terkait dengan produksi satu kilogram makanan.

Cuplikan data digabungkan dalam excel

Kerusakan titik akhir yang diakibatkan dalam produksi makanan kemudian dinilai melalui algoritme ReCiPe LCA, milik PreSustainability .

Apa itu LCA?

Analisis Siklus Hidup adalah studi tentang semua input dan output dalam suatu sistem untuk memahami dampak lingkungan. LCA mencoba untuk memenuhi syarat dan menghitung pertanyaan seperti yang tampaknya tidak masuk akal tetapi penting, 'bagaimana pemanasan global itu buruk dan kerusakan apa yang diakibatkannya?' Metode dalam LCA menghubungkan keluaran terukur dari produksi manusia, yang disebut titik tengah , menjadi kerusakan atau konsekuensi akhir, yang disebut titik akhir , melalui hubungan yang disebut jalur kerusakan .

Dalam algoritme LCA yang kami gunakan saat ini, yang disebut ReCiPe, ada 18 kategori titik tengah, terkait dengan 3 titik akhir melalui 9 jalur kerusakan.

Dalam studi ini, kita hanya akan melihat empat kategori titik tengah dalam produksi makanan dan pengaruhnya terhadap dua titik akhir.

Keempat titik tengah tersebut adalah:

1. Pemanasan Global: diukur dengan emisi GRK di semua tahap produksi pangan
2. Penggunaan/Transformasi Lahan: diukur dengan lahan yang dibutuhkan untuk menanam makanan
3. Eutrofikasi air tawar: diukur dengan fosfat dalam limpasan
4. Pengambilan air tawar: diukur dalam total konsumsi air

1. Kerusakan pada kesehatan manusia: diukur dengan Disability Adjusted Life Years (DALYS)
2. Kerusakan ekosistem: diukur dengan hilangnya spesies yang terintegrasi waktu (Species.yr)

Titik Akhir, atau Pengukuran Akhir Kerusakan

Titik akhir adalah konsekuensi akhir yang ingin kami ukur dari rantai sebab akibat yang panjang dari aktivitas manusia yang diteliti. Kami melihat hanya dua.

Kerusakan Kesehatan Manusia adalah yang pertama dan diukur dalam DALYs. Satu DALY mewakili satu tahun yang hilang dari 'hidup sehat'. Kehilangan tahun yang sehat ini dapat menyebar di antara populasi. Jadi jika terjadi sesuatu yang membuat 10 orang kehilangan 0,1 tahun hidup sehat, efek totalnya akan diukur sebagai 1 DALY.

Dua jalur kerusakan relevan yang berkontribusi pada DALY dalam penelitian kami adalah:

1. Peningkatan gizi buruk
2. Peningkatan penyakit

Deskripsi Titik Tengah dan Relevansinya

Titik tengah: Perubahan Iklim (diukur melalui kg CO2e)

Peran

Pertanian adalah sumber besar gas rumah kaca (GRK) secara global, dengan perkiraan antara 13% dan 21% emisi antropogenik berasal dari pertanian. Emisi dibagi antara:

• Karbon dioksida: penggunaan traktor dan peralatan dalam produksi, pengiriman, dan penyimpanan makanan
• Metana: Peternakan, terutama dengan ruminansia, merupakan bagian besar dari total emisi GRK
• Nitrous Oxide: dari pupuk sintetis dan organik

Kerusakan jalur

Ilmu pemanasan global cukup berkembang meskipun ada pertanyaan besar yang belum terjawab. Apa yang hampir pasti adalah bahwa emisi GRK menyebabkan peningkatan suhu rata-rata global, yang berdampak pada kesejahteraan manusia dan kesehatan ekosistem.

Ada banyak matematika dan sains di balik konversi berikut dari kg GRK menjadi kerusakan kesehatan manusia dan ekosistem. Pathway memenuhi syarat di atas tetapi jika ada yang ingin melihatnya diukur, saya mendorong mereka yang cukup berani untuk memeriksa matematika di sini .

Pada akhirnya, jalur kerusakan digabungkan untuk menghasilkan hasil akhir pada kerusakan yang disebabkan per kg CO2e.

Area kolom proteksi di atas menggambarkan titik akhir. Satuannya sesuai dengan data produksi pangan yang kami miliki, yaitu Kg CO2e. Dengan demikian kita dapat menerjemahkan emisi GRK menjadi DALY dan tahun spesies.

Misalnya:

Dalam produksi satu kg apel, kita melihat bahwa 0,43 kg CO2e dilepaskan.

Mengalikan angka kita bersama-sama:

(0,43 kgCO2e / kg apel) x (9,28x10^-7 DALY / kgCO2e) = 3,99x10^-7 DALY / kg apel.

Mengatakan cara lain; Emisi GRK dari produksi satu kilogram apel menghasilkan 0,000000399 DALY.

Karena Pemanasan Global mempengaruhi kesehatan manusia dan kerusakan ekosistem, kami mengulangi perhitungan dengan faktor yang berbeda untuk menilai kerusakan spesies; menjumlahkan faktor ekosistem darat dan air:

(0,43 kgCO2e / kg apel) x (2,80x10^-9 Spesies.tahun / kg CO2e) +

(0,43 kgCO2e / kg apel) x (7,65x10^-14 Spesies.tahun / kg CO2e) = 1,29x10^-9 Spesies Tahun.

Mengatakan cara lain;

Emisi GRK dari produksi satu kilogram apel menyebabkan

0,0000000012 spesies hilang selama setahun.

Midpoint: Penggunaan Lahan (diukur melalui m²)

Peran

Manusia dulunya nomaden, jarang menetap di mana pun dalam jangka waktu yang lama. Di masa lalu dampaknya terhadap tanah relatif kecil. Munculnya pertanian memungkinkan manusia untuk tetap diam, memaksa bumi untuk melayani tujuan mereka. Manusia telah membuka hutan untuk bercocok tanam dan menghidupi ternak sejak saat itu. Masuk akal bahwa sebagian besar tanah dunia digunakan untuk pertanian. Penggunaan dan penyalahgunaan lahan telah dan tetap menjadi kontributor besar kerusakan ekosistem.

Jalur Kerusakan

Berapa banyak kerusakan ekosistem yang dilakukan oleh satu unit penggunaan lahan berbeda dengan apa yang dilakukan lahan sebelumnya. Misalnya, jika Anda meratakan hutan hujan tropis untuk menanam pohon kelapa sawit, kemungkinan besar Anda akan melakukan lebih banyak kerusakan ekosistem yang diukur dengan hilangnya spesies daripada jika Anda berhasil menanam kebun di tundra Arktik.

Penggunaan lahan berbeda menurut jenis tanaman yang ditanam, tetapi angka keseluruhannya dijelaskan di sini.

Perhatikan bahwa penggunaan lahan hanya memengaruhi kesehatan ekosistem, bukan kesehatan manusia.

Meninjau kembali contoh apel kita…

Apel membutuhkan lahan seluas 0,63m² untuk menghasilkan satu kg produk.
Mengalikan faktor kita bersama-sama menghasilkan 5,59x10^-9 spesies tahun.

Titik tengah: Emisi Eutrofi (diukur melalui kg PO4e, atau setara fosfat)

Peran

Pupuk telah memungkinkan pertumbuhan besar-besaran umat manusia selama beberapa abad terakhir dengan memperkuat hasil panen ke tingkat yang belum pernah terdengar oleh generasi sebelumnya. Pupuk pada dasarnya bekerja dengan menambahkan nitrogen ekstra ke tanah tanaman. Nitrogen adalah komponen kunci dari molekul klorofil tanaman dan mendapatkan lebih banyak secara dramatis meningkatkan pertumbuhan tanaman. Dikatakan bahwa unsur karbon menentukan jumlah kehidupan di bioma, sedangkan nitrogen menentukan kualitasnya.

Kerusakan jalur

Salah satu efek samping dari memproduksi begitu banyak pupuk kaya nitrogen (selain dari fakta bahwa produksinya sangat bergantung pada bahan bakar fosil) adalah banyaknya hanyut ke lingkungan perairan, yang mengarah ke situasi yang dikenal sebagai Eutrofikasi. Eutrofikasi adalah ketika badan air diperkaya secara berlebihan dengan nutrisi, yang menyebabkan ledakan ganggang dan fenomena lain yang menurunkan kekayaan ekologis lingkungan perairan. Eutrofikasi diukur dalam fosfat atau setara fosfor, yaitu mengukur unsur fosfor sebagai pengganti nitrogen. Untuk semua maksud dan tujuan, Anda dapat mengganti kedua elemen tersebut, karena keduanya digunakan dalam pupuk karena merangsang pertumbuhan klorofil, sekaligus merugikan lingkungan perairan karena alasan yang sama.

Dalam contoh apel kita, kita harus berhati-hati, karena data kita memiliki ekuivalen fosfat untuk satu kilogram apel (kg PO4e) sementara faktor kita membutuhkan ekuivalen fosfor (kg Pe).

Bobot atom dari atom yang terlibat harus digunakan untuk mendapatkan bobot yang sesuai:

Karena fosfor memiliki berat atom 31, sedangkan oksigen memiliki berat atom 16, faktor bobot yang sesuai dari PO4e → Pe adalah:

(31 / (31 + 4*16)) = 0,33

Kemudian kalikan faktor-faktornya seperti yang telah kita lakukan sebelumnya untuk mendapatkan 3,17x10^-10 spesies tahun per kilogram apel.

Titik tengah: Pengambilan Air Tawar (diukur dalam m³)

Peran

Tumbuhan membutuhkan air untuk tumbuh. Begitu juga sapi dalam hal ini. Tergantung di mana Anda berada dan apa yang Anda tanam, kebutuhan akan air bukanlah hal yang mengkhawatirkan sama sekali, atau penyebab stres terbesar pada tanaman dan lingkungan Anda. Salah satu yang ekstrem adalah almond yang ditanam di California, di mana 80% almond dunia ditanam , meskipun negara bagian menghadapi tekanan air yang ekstrem. Lebih dari 10% dari total konsumsi air negara didedikasikan untuk tanaman itu saja. Ekstrem lainnya adalah budidaya singkong, yang hampir tidak membutuhkan air sama sekali, dan telah menarik perhatian Billy Gate sebagai kultivar kunci dalam memerangi kelaparan dunia.

Jalur Kerusakan

Penggunaan air tawar mirip dengan emisi GRK karena mempengaruhi kedua titik akhir LCA.

Persamaan untuk menghitung kerusakan titik akhir dari penarikan air tawar sangat menarik; dengan mempertimbangkan iklim wilayah, Indeks Pembangunan Manusia, dan banyak biomarker lainnya. Sekali lagi, siapa pun yang ingin tahu dan berani harus mempertimbangkan formulasi di sini .

Untuk melengkapi contoh apel kita, setelah Anda menjumlahkan semua jalur kerusakan, satu kilogram apel menghasilkan total 7,99x10^-7 DALY dan 7,12x10^-9 Tahun spesies.

***Angka-angka ini kemungkinan lebih rendah dari kerusakan sebenarnya karena pengecualian jalur dampak lainnya.***

Menambah Unsur Gizi, Memberi Peringkat makanan dan Pembahasan kita

Setelah saya menjalankan kalkulasi LCA untuk masing-masing dari 38 makanan kita, kita dapat melihat total kerusakan DALY dan Tahun Spesies yang diakibatkan oleh satu kilogram makanan. Selanjutnya kita dapat menormalkan titik akhir tersebut ke kandungan gizi makanan yang dimaksud.

Memperluas contoh apel kita, kita dapat melihat jumlah nutrisi dalam makanan tertentu per dampak DALY dari produksinya:

Cuplikan menunjukkan bahwa Anda bisa mendapatkan 7,51x10⁶ gram protein dari apel sebelum menyumbangkan DALY, sementara Anda bisa mendapatkan 6,97x10⁷ gram protein dari jelai sebelum menyumbangkan DALY.

Dan di sini makanan dan nutrisi yang sama per Spesies tahun.

Dengan menggunakan data ini kita dapat sampai pada sumber nutrisi terbaik dan terburuk menurut total dampak lingkungannya.

Alih-alih menggabungkan dua skor untuk mencapai papan peringkat nutrisi kami, saya mengambil kekuatan relatif mereka dibandingkan dengan rekan mereka, sebagai gantinya menggabungkan persentil kerusakan relatif mereka.

Ini adalah papan peringkat yang dihasilkan lagi untuk kejelasan.

Barley tampaknya menjadi pemenang yang jelas dalam banyak kategori, termasuk penghargaan protein dan kalori yang tamak!

Diskusi

Jelai?! Siapa yang mau membicarakan itu? Mari kita kesampingkan itu dan berbicara tentang ubi jalar…

Sementara ubi jalar memiliki hanya 17g protein per kilogram, (kacang tanah memiliki 258g, daging sapi memiliki 197g, nasi liar 122g) mereka menempati posisi kedua dalam peringkat sumber protein terbaik. Ini karena ubi jalar memiliki dampak lingkungan yang hampir nol . Dari 38 makanan yang diteliti, mereka memiliki dampak paling rendah terhadap kesehatan manusia dan kesehatan ekosistem per kilogram produksi. Dampaknya sangat rendah sehingga membandingkannya dengan daging sapi menghasilkan hasil yang lucu. Daging sapi antara 200 dan 700 kali lebih buruk daripada ubi untuk lingkungan, tergantung pada apakah Anda melihat DALY atau kerusakan ekosistem. Persamaannya membingungkan: patty hamburger 100g atau 70 kg ubi jalar!

Jika kita membandingkan protein dalam dua porsi, hamburger 100g memberi Anda 39% dari nilai harian yang disarankan, sedangkan ubi jalar 70 kg memberi Anda 2380%

Jika setiap orang di planet ini diberi anggaran lingkungan, yaitu Anda hanya dapat melakukan begitu banyak kerugian per tahun dengan kebiasaan konsumsi Anda, saya pikir banyak orang akan menjatuhkan hamburger demi 70kg ubi jalar. Pikirkan semua pai dan kentang goreng…

Akan salah jika tidak menyebutkan bayam. Jika saya membandingkan persentil rata-rata kandungan nutrisi per dampak lingkungan, bayam bahkan mengalahkan ubi jalar dan jelai yang membosankan. Anda dapat melihat di papan peringkat bahwa bayam memiliki banyak vitamin dan mineral.

Rencana untuk studi masa depan

• Mengoptimalkan nutrisi: menetapkan pembatas pada total 'biaya lingkungan' dan menemukan pola makan yang optimal
• Penilaian makanan: mempelajari metodologi nutrisi untuk menilai makanan
• Menambahkan lebih banyak data dampak: semakin banyak data jalur dampak, semakin baik
• Menambahkan harga: mengutak-atik harga bisa jadi menarik (buat campuran harga makanan dan harga lingkungan yang berbobot)

Ini adalah pertama kalinya saya, jadi lembut. Ini bukan LCA resmi untuk makanan karena saya hanya seorang pemula. Teknik LCA secara eksplisit mencela menggunakan serangkaian jalur dampak terbatas seperti yang saya lakukan di sini. Aku hanya tidak bisa menahan diri.

Dunia kami dalam data adalah inspirasi yang hebat.

Perangkat lunak Pra-Keberlanjutan dan SimaPro.

McCance dan Widdowsons

Nemecek dan Poore

Seberapa Buruk Pisang?