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2050全球淨零排放趨勢下的畜牧業調適策略

2022-05-11

文/臺灣大學動物科學技術學系教授蘇忠楨

因應全球倡導「2050淨零排放」,以維護全球年均增溫低於1.5oC,我國各部門啟動相關因應機制,並召開社區層級、地方層級,乃至於國家層級之座談會。農委會也配合農業的淨零排放策略規劃相關之座談會。


在訂定農業淨零排放目標前,必須仔細考量在執行目標的同時,是否可以維護國家糧食安全,尤其是我國糧食自給率未達40%。如果貿然定訂嚴苛之淨零排放目標,將會嚴重影響國內農業產業發展,並產生農產品之生產成本增加、生產量及未來出口之競爭力下降等問題。依據2021年「中華民國國家溫室氣體清冊報告」統計數據顯示,我國農業部門之總溫室氣體排放量僅3,301千噸二氧化碳當量,約佔全國溫室氣體總排放量(287,060千噸二氧化碳當量)之1.15%,故應效法澳洲政府的調適策略,於2030年前先朝向「碳中和」之中程目標努力,等環境條件與技術成熟後再執行淨零排放目標。


在探討各國畜牧業淨零排放的策略前,首先需了解相關的名詞,包括:

  • 碳中和(Carbon Neutral):CO2總排出量可藉由造林、再生能源等技術,將CO2吸收或減量,使得CO2的總排出量等於總吸收量。
  • 淨零碳排(Net Zero Carbon Emission):CO2總排出量可藉由固碳或是減排技術,使得CO2的總排出量等於移除量。
  • 淨零排放(Net Zero Emission):造成全球暖化的溫室氣體不只CO2,故淨零排放即是希望溫室氣體(GHGs)的總排出量可藉由減排或是吸收技術,使GHGs的排放量接近零值。
  • 負碳排(Negative Carbon Emission):藉由碳捕捉與碳儲存等減排技術,使CO2的總排出量小於移除量。


英國畜牧淨零排放策略

  1. 淨零排放策略支柱(Pillars of Net Zero Emission)
  • 支柱1:促進生產力與減少排放提升農業生產效率與減少排放

(1)鼓勵集約式畜牧生產:「集約式畜牧生產」效率較一般「放牧式生產」高,更可以嚴格管控飼糧供應、獸醫藥資源及更有效率循環利用廢棄物(甲烷與糞便)。此外,也可以使用替代物(例如海藻)阻絕牛瘤胃內的甲烷產生,或是藉由遺傳育種方式,改善畜產動物的飼糧效率。

(2)推行精準施肥:全英國約84%氧化亞氮(N2O)排放量主要來自農業土壤,尤其是施用化學肥料與動物糞便的土壤。因此,必須實施精準施肥規範,精確計算耕地所需要之氮肥資訊,研發「自動農地土壤氮肥含量監測」技術。

(3)產製與利用生物炭(biochar):將「生物炭」(即利用穀物材料焙燒而成的木炭顆粒)混入土壤中以增加土壤對於二氧化碳之吸收能力。

  • 考量進口農產品的碳排問題:糧食生產是一個日益增加的國際商業活動,英國每年進口約佔所有糧食消費量50%糧食,其中包括45%動物性蛋白質。同時,英國也出口約25%的肉類與乳製品。因此,英國政府政策鼓勵農民降低碳排時,也必須將進口農產品貿易之碳排包括在內。
  • 改變飲食習慣:過去10年來英國人逐漸改變飲食習慣,一方面減少攝取高碳排的紅肉(例如牛肉、羊肉等),同時也增加攝取低碳排的白肉(例如雞肉、豬肉等)。現階段,英國人已減少攝取超過15%的牛肉與羊肉量,雖然每人平均每天仍攝取約60g動物性蛋白質,但經估算,在英國採取增加攝取新鮮水果與蔬菜、減少動物性蛋白質攝取量後,每年可降低約36,000人之早年死亡數。
  • 支柱2:農場土地的碳儲存
    • 減少廚餘量:每年英國家庭產生之廚餘價值約為9億英鎊。食品產業發起自願性削減廚餘之承諾行動,主要訴求農場至餐桌之廚餘減量、溫室氣體減量及減緩水資源壓力等,亦即在2025年前削減20%廚餘(約將每人一年產生的廚餘量由165kg削減至125kg)。
    • 造林:更有效率的使用所生產之糧食,讓更多周邊土地做為森林造林、保留復育及休閒活動用途。英國政府已經承諾在2025年以前,將規劃造林約70,000公頃的土地

  • 支柱3:連結生物能源以達到碳捕捉、碳利用及碳儲存
    • 推動生質甲烷/生物能源:在英國,大約40%的農場有生產再生能源,且政府協助他們有多樣化收入。後續他們預計投資農場的有機廢棄物(動物糞便、農業廢棄物等),透過厭氧消化程序(anaerobic digestion),將產生的「生質甲烷(biomethane)」取代化石燃料。

推行「生質能源結合碳捕捉與碳儲存(BECCS)」模式:栽種「生物能源作物(bioenergy crops)」用於電力生產,同時捕獲大氣中的CO2,並將CO2固定儲存,以達到「負碳排」效益。

  1. 溫室氣體減量(Mitigation of GHG Emission)
  • 改善動物管理:改善動物健康與福祉,以提升畜牧生產系統效率。減少動物撲殺與廢棄物、精緻化動物飼料與配種,以提升營養使用效率。減少過多氮排泄。
  • 改善飼料成份:改善生產實務操作,增加飼糧中副產物、食品廢棄物、替代性飼料源及新式飼料原料或添加劑(例如藻類、微生物蛋白質及昆蟲來源)之利用率。
  • 改善糞便管理:改善動物糞便之使用、儲存及農地施用,以減少溫室氣體排放,同時利用動物糞便與農業食品廢棄物等資源進行厭氧消化,以產生生質能源。
  • 改善土地管理:包括減少使用化學合成肥料、育種豆科植物、改善有機及礦物肥料管理、提供全額津貼、鼓勵使用有機肥料等方法。改善土壤健康(促進植物生長)與相關之管理操作(避免投入過多氮肥、過度放牧及壓實裸土),以減少過多氮肥進入生產系統,藉此提升土壤之碳留存與土壤肥力以增加穀物生產。
  • 碳捕捉:利用農業廢棄物產製生物炭協助穩定土壤之有機質;利用「生質能源結合碳捕捉與碳儲存(BECCS)」模式,大幅減少溫室氣體排放量或達到負碳排目標。


澳洲紅肉產業與畜牧業碳中和目標、策略及成果

澳洲紅肉及畜牧產業表示要在2030年達成碳中和目標(CN30),即是在2030年前所有澳洲牛肉、綿羊及山羊生產,包括槽飼與肉類加工程序等,將沒有「淨溫室氣體(net GHGs)」釋放到大氣中。目前澳洲政府執行成果包括:2005年紅肉產業與畜牧業GHG排放減少56.7%;生產一公斤牛肉的用水量減少65%。


國內紅肉產業減碳策略

國內畜牧產業產值(163,866,763千元)約佔農業總產值之30%,依據農委會2020年底之統計資料顯示,國內總反芻動物在養頭數約為28.4萬頭。2019年數據顯示,國內牛肉與羊肉產量分別為7,186與1,852公噸;而牛肉與羊肉進口量分別為158,043與20,872公噸,佔總肉類進口量(549,315公噸)之32.6%。2019年數據也顯示,國人對於豬肉、牛肉、羊肉及禽肉之消費量分別為36.8、6.83、0.94及40.16公斤/人年。根據上述統計資料顯示,國人對於高碳排紅肉的需求不低,且多依賴進口。因此在維護糧食安全與個人健康因素前提下,建議國民改變個人飲食習慣,增加攝取低碳排的白肉(例如雞肉、豬肉等),逐漸減少食用紅肉(例如牛肉與羊肉等),可有助於減少畜牧業的溫室氣體排放量。同時依據農委會資料顯示,紅肉進口量遠大於國內產量,只要逐年減少紅肉進口量,國內畜牧業不會受到影響。


國內畜牧業產業減碳排之關鍵策略

  • 提升農場能源效率
    • 節約能源使用量、逐漸使用再生能源(沼氣、生物天然氣、風能抽水及太陽光電等)替代化石燃料。
    • 使用高效率光照(例如LED照明)、通風、保溫及冷卻系統。
    • 水簾環控畜舍、沼氣發電、沼氣燃燒保溫及沼氣燃燒製冷(吸收式製冷技術)等。
  • 糞尿處理及排放減量
    • 實施精準營養:提升飼料效率,減少糞便排放量。
    • 實施精準施肥:針對不同作物與氮肥需求量,施用適量有機肥,以減少農地之N2O排放量。
    • 糞尿集中收集處理:廢水經厭氧消化程序處理,生產再生能源並應用於發電或鍋爐等燃燒用途。沼液(經厭氧處理後的廢水)須經過活性污泥系統妥善處理才能排放;沼液澆灌農地只能是選項,並非唯一之去化處理方式。沼渣(經厭氧處理後污泥)則需要進行堆肥處理再應用於農地。
    • 糞渣與濃縮污泥等固形物以堆肥程序處理(或是快速堆肥處理),減少甲烷排放量,其相對應之清潔發展機制(CDM)之減碳排方法學編號AMS-III.F。
  • 推動智慧化與自動化廢水處理技術系統。藉由節省水、電等資源,提升廢水處理效率,以達到節能減碳之目的(目前台灣已經建置示範場域)(Su et al., 2020)。
  • 畜禽腸道之排放減量
    • 維護動物健康:提升生產效率,減少飼養頭數,達到減碳排之目的。
    • 高生產效率品系選拔:選育高生長效率之畜禽品系,尤其是乳牛(例如選育天噸牛)以較少之飼養頭數,生產更多的生乳量。
    • 提升飼料效率:使用飼料替代物或添加劑,且必須使用不會影響生產性能之飼料替代物(如海藻)或是添加劑(如生物炭)(Black et al., 2021)。不可以是對於瘤胃微生物具毒性之成份(如抗生素等),以減少瘤胃之甲烷排放量。
    • 建立智慧化/精準化畜牧生產系統:省人工、省資源、減碳排、高效率及減少資源浪費等。
  • 畜牧產業之碳中和
    • 利用沼氣發電:將畜牧沼氣進行「脫硫程序(desulfurization)」,提供燃氣發電機使用,以取代一般石化燃料發電。其相對應之清潔發展機制(CDM)之減碳排方法學編號AMS-I.D。
    • 將沼氣作為燃料:沼氣進行「脫硫程序」後,亦可提供鍋爐或是其他燃燒器具使用。
    • 將沼氣作為生物天然氣:沼氣經過「脫硫程序」,再進行「提純程序(upgrading)」,將畜牧沼氣中所含之甲烷(石化天然氣主要成份)提升到98%以上,可以注入家戶天然氣管路系統、汽車燃料使用,更可以逐年取代火力發電廠所使用之燃煤或石化天然氣,協助國內能源順利轉型(Su and Chung., 2021; Su and Hong., 2020)。但是生物天然氣之供應、運輸及商業販售等行為,仍須相關法規配套才能施行。

畜牧產業之碳盤查方法學

  • 跨政府間氣候變遷專門委員會方法學(IPCC):「中華民國國家溫室氣體清冊報告」就是依照此方法學進行國內各部門(包括農業部門)之溫室氣體排放量統計估算。其中,國內畜牧業僅估算「腸內發酵」之甲烷排放,以及「糞便管理」之甲烷與氧化亞氮排放量。
  • 生命週期評估(LCA)方法學:評估產品生產過程與產品服務程序對於環境的衝擊,包括:碳足跡、優養化、酸化及光化學煙霧等指標。目前世界上之碳盤查,主要便是使用此方法學(即ISO 14067碳足跡查證)進行碳排之盤查。
  • 清潔發展機制(CDM)方法學:為京都議定書規範之碳交易機制,也是現階段各國進行碳權交易、自願性減碳及國內產業間之碳抵減時最常用之方法學。可以鼓勵畜牧業者進行碳抵減或碳交易。


參考資料:

1. 資料來源:Achieving net zero - meeting the climate change challenge
2. 資料來源:Net zero: farming and the countryside
3. 資料來源:Net Zero Carbon & UK Livestock, Centre for Innovation Excellence in Livestock
4. 資料來源:CN30 overview
5. 資料來源:行政院農業委員會《農業統計年報(109年)》。
6. 資料來源:行政院環境保護署《我國國家溫室氣體排放清冊報告(2021年版)》。
7. 資料來源:United Nations《CDM METHODOLOGY. BOOKLET》。
8. 資料來源:Black, J. L., Davison, T. M., & Box, I. (2021). Methane Emissions from Ruminants in Australia: Mitigation Potential and Applicability of Mitigation Strategies. Animals, 11(4), 951.
9. 資料來源:Su, J. J., & Chung, H. C. (2021). Study of livestock biogas upgrading using a pilot-scale photocatalytic desulphurizer followed by a hollow fibre carbon dioxide adsorption module. The Journal of Agricultural Science, 159(1-2), 3-10.
10. 資料來源:Su, J. J., Ding, S. T., & Chung, H. C. (2020). Establishing a smart farm-scale piggery wastewater treatment system with the Internet of Things (IoT) applications. Water, 12(6), 1654.
11. 資料來源:Su, J. J., & Hong, Y. Y. (2020). Removal of hydrogen sulfide using a photocatalytic livestock biogas desulfurizer. Renewable Energy, 149, 181-188.

資料來源: 台灣科技媒體中心



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