Vastuullinen ruoka fysiikan opetuksessa

Energian tuottaminen tarkoittaa energian, esimerkiksi auringon valon, muuntamista hyötykäyttöön. Koska osa energiasta menee aina ”hukkaan”, eli se ei sitoudu prosessin lopputuotteeseen, ei käytännössä minkään prosessin hyötysuhde ole 100 %. On syytä painottaa, että tässä ajattelemme hyötysuhdetta ennen kaikkea ihmisen kannalta. 

Maapallon energiavaroja voidaan jaotella niiden uusiutuvuuden perusteella. Uusiutumattomia energiavaroja (esimerkiksi hiili, öljy, maakaasu, turve ja uraani) ovat energiavarat, mitkä kuluvat tulevaisuudessa loppuun. Uusiutuvia energiavaroja, joita muodostuu luonnossa jatkuvasti, ovat esimerkiksi vesi, aurinko, tuuli, biomassa ja maalämpö. Energiantuotannossa syntyy usein haittaa ympäristölle. Haitalliset päästöt vaihtelevat riippuen energianlähteestä. 

Kaikki eliöt tarvitsevat elintoimintoihinsa energiaa. Erilaisiin orgaanisiin yhdisteisiin varastoitunut kemiallinen energia muuttuu soluissa eliön tarvitsemaan muotoon (soluhengitys). Eläimet ja muut toisenvaraiset eliöt saavat tarvitsemansa orgaaniset yhdisteet ravinnostaan, eli viime kädessä kasveista. Kasvit valmistavat orgaanisia yhdisteitä ja vapauttavat samalla ilmaan happea. Tähän yhteyttämiseksi kutsuttuun prosessiin ne saavat energian auringon säteilystä.

Maatalous, eli kasvintuotanto ja eläintuotanto, sekä ruokajärjestelmä kokonaisuudessaan käyttää, tuottaa ja hukkaa paljon energiaa sen eri muodoissa. Seuraavassa on tästä joitakin esimerkkejä:

• Kasvit käyttävät kasvamiseen auringon energiaa, joka on sitoutunut maataloustuotteisiin, eli ruokaan erilaisissa muodoissa
• Maatalouden sivutuotteista (mm. karjanlanta) voidaan valmistaa bioenergiaa

• Energiaa kuluu mm. lannoitteiden, torjunta-aineiden, koneiden ja ruokajalosteiden valmistamiseen
• Erilaiset ruokäjärjestelmässä käytettävät koneet ja laitteet käyttävät energiaa: maatalouskoneet, viljakuivurit, kylmälaitteet, uunit, liedet, kassalaitteet, valaisimet jne. Energiankulutukseen vaikuttavat laitteiden kunto, ikä ja kulutustottumukset. Vanhat tuotantolaitteet voivat kuluttaa uusiin, energiatehokkaisiin tuotantolaitteisiin verrattuna runsaasti energiaa.
• Maatalousrakennukset, tehtaat, kaupat ja ravintolat pitää lämmittää tai jäähdyttää.
• Kuljetuksiin tarvitaan polttoainetta.

Seuraavassa tarkastellaan kahta ruokajärjestelmään ja energiaan liittyvää esimerkkiä tarkemmin.

Kestävään ruokaan liittyvässä keskustelussa puhutaan ehkä kaikista eniten lihansyönnistä ja sen tarpeen vähentämisestä. Globaalisti lihantuotanto aiheuttaa nykyisessä mittakaavassaan selvästi enemmän haitallisia ympäristövaikutuksia kuin kasviperäisten tuotteiden kasvattaminen. Lihantuotanto vaatii myös selvästi enemmän maa-alaa, kuin kasvisten tuotanto. Lisäksi erityisesti karjataloudesta syntyy metaanipäästöjä märehtijöiden ruuansulatuksesta ja lannankäsittelyssä.

Usein tuotantoeläimet syövät ihmisen ravinnoksi kelpaavaa ravintoa, kuten soijaa ja ohraa (Suomessa poikkeuksena tästä on nautakarja, joka syö pääasiassa nurmea. Nurmen viljelyynkin kuluu kuitenkin luonnonvaroja). Suuri osa myös kasvintuotannosta palvelee eläintuotannon tarpeita. Esimerkiksi vähintään 70 % maailman soijasta ja 90-95% Suomeen tuodusta soijasta käytetään eläinten rehuna. Kun eläimille syötetään ihmisravinnoksi kelpaavaa ruokaa, on hyötysuhde huono. Suhde vaihtelee eri eläinlajien välillä, mutta erään nyrkkisäännön mukaan yhden hyvälaatuisen lihakilon tuotantoon tarvitaan 6 kg kasviravintoa. Yhtälö on monien mielestä hankala hahmottaa, mutta ohivirtaavan energian käsite voi auttaa hahmottamisessa.

Kemiallisella energialla tarkoitetaan aineen rakenneosien kemiallisiin sidoksiin sitoutunutta energiaa. Yhteyttämisreaktiossa kasvit muuttavat aurinkoenergiaa kemialliseksi energiaksi ja vastaavasti soluhengityksessä aerobisissa oloissa elävät solut vapauttavat ravintonsa sisältämää, kasvien sitomaa energiaa käyttöönsä.

Energia ja aine siirtyvät ravintoketjussa tuottajilta kasvinsyöjäeliöille, edelleen pedoille ja lopuksi hajottajien hajotettavaksi. Jokaisella ravintoketjun portaalla suuri osa energiasta joutuu ”hukkaan” eli vapautuu esimerkiksi lämpönä ilmaan. Kaikki kasvinsyöjäeliön (esim. naudan) kuluttama energia ei siis kerry nautaan ja siirry nautaa syövään ihmiseen, vaan suuri osa energiasta virtaa ohi, eli hukkaantuu. 

Käytännössä tämä tarkoittaa seuraavaa: Sialle syötetään rehua (hiilihydraatti-rasva-proteiini-hivenaine -seosta). Sian ominaispiirteisiin liittyy 36% hyötysuhde rehupaino–elintarvike-konversiossa. Tästä syystä rehun syöttäminen suoraan ihmiselle olisi resurssitehokkaampaa kuin se, että se kulkee tehottoman “koneen” kautta ja tuotannon aikana hukataan jopa 64% ravinnon energiasta. Kasvissyönti onkin energiatehokasta ja se aiheuttaa vähemmän päästöjä juuri siksi, että sen avulla vältytään ravintoketjussa ohivirtaavalta energialta.

Bioenergialla tarkoitetaan biopolttoaineista saatavaa energiaa. Biopolttoaineiksi kutsutaan biomassasta eli eloperäisistä, fotosynteesin kautta syntyneistä kasvimassoista valmistettuja polttoaineita, joita voidaan tuottaa metsäbiomassan lisäksi peltobiomassasta ja jätteestä. Jätettä voidaan polttaa sellaisenaan jätevoimaloissa tai siitä voidaan valmistaa mekaanisesti kierrätyspolttoainetta, tai se voidaan jalostaa edelleen biokaasuksi tai nestemäisiksi polttoaineiksi, kuten etanoliksi ja dieseliksi. 

Peltobiomassojen ja yhdyskuntajätteen energiakäyttö on ollut Suomessa vähäistä, mutta erityisesti viimeksi mainittu on lisääntymässä. Myös liikenteen biopolttoaineiden valmistaminen sekä maa- ja metsätalouden biomassoista että jätteistä on voimakkaasti lisääntyvän kiinnostuksen kohde. 

Biokaasu on mätänemisen, eli biologisen hajotusprosessin tulos. Biologista hajotusta tapahtuu luonnossa mikrobitoiminnan ansiosta hapettomissa oloissa, mm. soiden pohjasedimenteissä ja märehtijöiden pötseissä. Hapettomuus on prosessissa keskeistä, sillä hapellisissa oloissa biologinen hajoaminen tapahtuisi kompostoitumalla. Biokaasusta ⅔ on metaania ja ⅓ hiilidioksidia. Lisäksi se sisältää hyvin pieniä määriä hiilimonoksidia, typpeä, vetyä ja rikkivetyä. 

Biokaasua voidaan käyttää lämmöntuotannon polttoaineena kaasukattiloissa, jalostaa liikennepolttoaineeksi tai käyttää kaasumoottorissa sähkön ja lämmön tuottamiseksi. Tällä hetkellä Suomessa toimii joitakin kymmeniä maatiloja, joilla on oma biokaasulaitoksensa. Laitoksen ansiosta tila voi olla energiaomavarainen ja joskus myös myydä energiaa ulospäin. Näin tehdään esimerkiksi Kalmarin tilalla Laukaassa, jossa tilan biokaasulaitoksen yhteydessä on avoin tankkausasema. 

Maatiloilla biokaasua voi tuottaa mädättämällä eloperäistä ainesta, kuten lantaa tai rehua, valvotuissa olosuhteissa. Myös biojätteet ovat erinomaisia biokaasun raaka-aineita. Esimerkiksi mainitulla Kalmarin tilalla biokaasu tehdään karjanlannasta, elintarviketeollisuuden sivutuotteista (panimon mäski, meijerin maitojäte) sekä ylijäämänurmesta ja oljesta, jotka ovat peräisin Kalmarin maatilan pelloilta tai naapuritiloilta. 

Biokaasun muodostuminen jaetaan neljään eri ryhmään, joissa kussakin toimivat eri pieneliöryhmät. Vaiheet ovat 1) liukoistuminen (hydrolyysi) 2) happokäyminen (asidogeneesi) 3) etikkahappokäyminen (asetogeneesi) ja 4) metaanikäyminen (metonogeneesi). 

Bioenergia ei ole automaattisesti ympäristöystävällinen valinta, mutta esimerkiksi lannasta tuotetulla biokaasulla on on todettu olevan jopa negatiivinen hiilijalanjälki, toisin kuin millään muulla liikenteen polttoaineella. Ilmastohyöty syntyy siitä, että metaanipäästöjen sijaan lannasta saadaan polttamisen jälkeen hiilidioksidipäästöjä, joiden ilmastovaikutus on suhteessa pienempi. Kuluttajalle biokaasu on liikennepolttoaineena edullinen ja maatiloille biokaasun tuotanto maatalouden sivuvirroista on kiinnostava uusi avaus. Lannasta saatavan biokaasun hyödyistä huolimatta kokonaiskuvaa tarkasteltaessa on syytä muistaa, että koko eläintuotannon mittakaava voi silti olla ongelmallisen suuri ympäristövaikutuksiltaan. Tällöin biokaasun hyödyt eivät riitä korvaamaan eläintuotannon haittoja.

Tiedon jakelukanavien muuttuminen voi tehdä hahmottamisesta entistä vaikeampaa. Sanomalehdessä on pääuutisia ja pikku-uutisia, mutta kännykän näytöltä ja varsinkin pelkkää otsikkoa vilkuillessa ei useinkaan käy ilmi, kuinka merkittävänä asiana mediatalo aihetta pitää. Tietotulvassa ilmastonmuutos, kotoaan karannut koira, maatalouden kannattavuusongelmat ja tarjouksessa oleva muropaketti sekoittuvat.

Myös tutkimustulosten luotettavuuden arviointi voi tuntua hankalalta. Yksittäisen tutkimuksen tuloksella tulisi olla toisenlainen painoarvo kuin tuloksella, jossa on tehty tieteellinen synteesi useiden aiempien tutkimusten tuloksista, mutta kuinka usein osaamme arvioida uutisia tutkimustuloksista tällä perusteella?

Luotamme lisäksi aisteihimme kovasti ja arvotamme helposti omien aistiemme kautta saadun tiedon korkeammalle kuin abstraktin tiedon. On ongelmia ja vaikutuksia, jotka voimme aisteillamme havaita ja on niitä, joita emme voi. On esimerkiksi paljon puhuttu merten roskaantuminen, jonka vaikutukset voimme omin silmin nähdä ja sitten on ilmastonmuutoksen vaikutukset, joissa meidän on uskottava tutkijoita, kun he sanovat että tämäkin äärimmäinen sääilmiö melko todennäköisesti liittyy ilmastonmuutokseen. 

Ruuan elinkaaren aikana suurimmat ilmastopäästöt (n. 60%) syntyvät alkutuotannossa maatilalla. Tämä kuitenkin usein unohtuu julkisessa keskustelussa, jossa hoetaan ruuan kuljetusmatkojen ja pakkausten isoista ympäristövaikutuksista (ilmastopäästöjen osuus yhteensä noin 10%). Tämä voi johtua siitä, että tiedämme liikenteestä syntyvän paljon ilmastopäästöjä ja päästöt on ikäänkuin helppo hahmottaa, koska kulkuneuvojen pakokaasun voimme nähdä (vaikka pakokaasun ilmaston kannalta ongelmallista hiilidioksidia emme näekään). Myös ruuan pakkausten ympäristövaikutukset ymmärrämme helposti, koska näemme jätteen omilla silmillämme. Maatilalla ja sen ympäristössä syntyneitä ympäristövaikutuksia ei voi kaupassa enää nähdä, ja ilmastopäästöjen osalta näkeminen on mahdotonta jopa maatilalla. 

Lisäksi eri tuotteilla on erilaiset ympäristövaikutukset: toisilla suuremmat ja toisilla pienemmät. Naudanlihakilon tuottamisen päästökerroin, maankäytön kerroin ja vesijalanjälki ovat huomattavasti suuremmat kuin härkäpapukilon, mutta sitä voi olla vaikeaa uskoa, sillä harva meistä pääsee maatilalle arvioimaan tuotannon vaikutuksia omilla aisteillaan. Esimerkiksi energian ohivirtausta tuotantoketjussa ei edes viljelijä itse voi nähdä. 

Vaikka mielellään puhuisimme yhdestä ongelmasta kerrallaan, on hyvä muistaa, että on olemassa monenlaisia ympäristövaikutuksia, jotka eivät ole keskenään vertailtavissa. Vaikkapa tuotannon hiilitasetta ja veden ja energian kulutusta on tarkasteltava rinnakkain. Mikään niistä ei ole absoluuttisesti tärkeämpää kuin toinen eikä yhteneväistä mittaria niiden vertailulle ole olemassa.

Kysymys kuuluukin, millä tavoin voimme auttaa ihmisiä mittakaavojen hahmottamisessa? Millaisia visuaalisia esityksiä voimme saada aikaan ja millaisia harjoituksia teettää mittakaavaerojen hahmottamiseksi?