Kiedy organizowaliśmy konferencję Forum Mięsne Technologie 2022, spotykaliśmy się z pytaniami ze strony producentów maszyn i technologii: na jakiej tematyce skupić się podczas prelekcji? Wtedy najczęściej dochodziliśmy do tego samego wniosku - energooszczędność i optymalizacja kosztów są tematami, które dziś najbardziej interesują właścicieli zakładów przetwórstwa spożywczego.

W oparciu o te rozmowy i kontakt z przedstawicielami branży, w tym z technologami czy właścicielami zakładów, uznaliśmy - zwłaszcza w kontekście analiz rynku, jakie wykonujemy - że energia i jej koszt mają znaczące - i co ważniejsze - rosnące wpływy na koszty produktu na różnych etapach produkcji w każdej gałęzi branży spożywczej.

Przemysł spożywczy jest w dużym stopniu uzależniony od paliw kopalnych i w znacznym stopniu przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych. Liczba ludności na świecie również rośnie, a zapotrzebowanie na żywność ma wzrosnąć o 60 proc. do 2050 roku. Aby przeciwdziałać zanieczyszczeniu środowiska i stworzyć bardziej zrównoważony sektor spożywczy, należy zmniejszyć zużycie energii podczas produkcji. 

Przemysł mięsny 

Przemysł przetwórstwa mięsnego należy do sektorów o dużej energochłonności. Podgrzewanie i schładzanie żywności wymaga dużych ilości energii. Zimno jest potrzebne m.in. do schładzania mięsa, aby zapewnić bezpieczeństwo żywności. Ciepło jest potrzebne do gotowania, gotowania na parze, gotowania na wolnym ogniu, sterylizacji i czyszczenia. Ponadto towarzyszy temu duże zużycie wody wykorzystywanej w procesach produkcyjnych, ale także do czyszczenia i dezynfekcji zakładów produkcyjnych. Oczywiście woda również musi być odpowiednio podgrzana. Podobnie jak w wielu innych branżach, nadal w dużej mierze odbywa się to z wykorzystaniem paliw kopalnych, w tym gazu ziemnego. Oprócz wysiłków na rzecz zwiększenia efektywności energetycznej, przejście na energie odnawialne, a tym samym zmniejszenie śladu węglowego, jest zatem kolejną dźwignią dla większego zrównoważenia w przemyśle przetwórstwa mięsnego.

Energooszczędne rozwiązania chłodnicze i pompy ciepła mogą poprawić efektywność energetyczną ogrzewania i chłodzenia nawet o 70 procent. Ciepło odpadowe, które w innym przypadku zostałoby zmarnowane, jest ponownie wykorzystywane i kierowane do innych procesów, takich jak podgrzewanie wody i solanki, suszenie, gotowanie, blanszowanie, marynowanie, pasteryzacja, sterylizacja, odwadnianie i czyszczenie. Aby zapewnić zrównoważony łańcuch chłodniczy, stosuje się między innymi systemy chłodzenia procesowego oparte na sprężarkach, aby zapewnić optymalne termicznie środowiska produkcyjne, nie tylko dla samej żywności, ale także dla obszarów przechowywania i dystrybucji.

Oszczędności można również osiągnąć dzięki nowoczesnej technologii napędowej, takiej jak serwomotory. Energooszczędne napędy sterowane częstotliwością zapewniają oszczędność energii do 25 procent, a szczyty prądu włączania lub przełączania są zredukowane. Ponadto silniki są chłodzone wodą, co daje możliwość bezpośredniego wykorzystania lub odzysku ciepła odpadowego.

Innowacyjnym rozwiązaniem energooszczędnym dla branży mięsnej mogą być systemy mgłowe, zmniejszające zużycie wody.

Kolejnym krokiem w kierunku zrównoważonego rozwoju są maszyny z trwałymi komponentami i nowoczesnymi, higienicznymi projektami, takimi jak spawane i zaokrąglone krawędzie oraz wpuszczane osłony płaskie. Oferują mniejszą powierzchnię kontaktu dla brudu i zarazków, a czyszczenie wymaga mniej wody i energii. Ponadto czasy czyszczenia są skrócone dzięki urządzeniom do automatycznego czyszczenia na miejscu.

Motto związane z konsumpcją wody brzmi: „Tyle ile potrzeba, jak najmniej”. W celu zmniejszenia zużycia wody do minimum należy rozważyć różne opcje, takie jak recykling ścieków w zakładowych lub komunalnych oczyszczalniach ścieków. Wielkie znaczenie mają również innowacyjne systemy monitoringu i pomiaru, które analizują zużycie wody i identyfikują parametry do dalszej redukcji.

Jeśli chodzi o energię odnawialną, odpowiednia jest energia słoneczna, pompy ciepła, biogaz lub biomasa, ponieważ większość procesów wymaga temperatur poniżej 100 do 120 stopni. Dzięki kogeneracji można wydajnie dostarczać energię elektryczną i ciepło z biogazu lub biomasy z materiałów odpadowych.

W opracowaniu tego rozdziału wykorzystano materiał Sustainability in the meat industry: a top theme at IFFA 2022 (szczegóły w cytowanych źródłach pod artykułem).

Przemysł mleczarski

Na całym świecie mleko i przetwory mleczne spożywa ponad sześć miliardów ludzi, a liczba ta rośnie. Jednocześnie ponad 750 milionów ludzi mieszka w gospodarstwach domowych prowadzących hodowle bydła mlecznego, zwłaszcza w gospodarkach wschodzących. Większość hodowców bydła mlecznego działa na małą skalę; globalna średnia wydajność mleka to 11 litrów na gospodarstwo dziennie, wyprodukowana przez średnio dwie krowy. W związku z tym rozwój sektora mleczarskiego na małą skalę może być potężnym narzędziem zmniejszania ubóstwa i tworzenia bogactwa w krajach rozwijających się (Hemme and Otte, 2010). Łańcuch wartości mleka składa się głównie z czterech etapów: udoju, transportu do punktów skupu mleka, przetwarzania i sprzedaży detalicznej.

Podczas procesu doju zasadnicze znaczenie ma spełnienie odpowiednich norm higienicznych, które pozwolą uniknąć infekcji bakteryjnej mleka. W wielu krajach mleko trafiające do sektora formalnego jest najpierw schładzane w wiejskich punktach skupu. Jednak niektóre twarde mleczarnie i spółdzielnie kontrolują jakość zebranego mleka i odrzucają zepsute mleko (Ferrando and Schneider, 2020).

Poprawa praktyk związanych z obchodzeniem się z mlekiem i podnoszenie świadomości na temat chorób przenoszonych przez mleko może pomóc w zmniejszeniu zagrożeń dla zdrowia. Czyszczenie sprzętu i regularna hodowla zwierząt to kluczowe środki mające na celu ograniczenie strat i zapewnienie lepszej jakości produktów. Dostęp do wsparcia weterynaryjnego, odpowiedniej paszy oraz zapewnienie dostępności wody dla bydła są niezbędne do poprawy wydajności mlecznej (Ferrando and Schneider, 2020).

Co więcej, wprowadzenie urządzeń chłodzących  zaraz po udoju może znacznie ograniczyć rozwój bakterii. W rzeczywistości opracowano różne technologie w celu zapewnienia nieprzerwanego łańcucha chłodzenia do momentu dotarcia do punktów odbioru mleka, zmniejszając ilość odrzucanego mleka, zwiększając dochody rolników i poprawiając bezpieczeństwo żywnościowe. Ponadto, gdy urządzenia chłodzące są zasilane energią odnawialną, mogą być używane poza siecią i są przyjazne dla klimatu, co eliminuje dodatkowe koszty związane z dostawą energii elektrycznej. Ponieważ początkowe koszty kapitałowe są często głównymi przeszkodami w przyjęciu tych innowacyjnych podejść, opracowano różne opcje finansowania, umożliwiające łatwy dostęp dla drobnych rolników (Cornell University, 2022).

Zwiększenie efektywności energetycznej w mleczarskim łańcuchu wartości oznacza wykorzystanie również jego produktów ubocznych. Obornik bydlęcy można wykorzystać do produkcji biogazu, który może generować ciepło do gotowania, ogrzewania, energii elektrycznej – co z kolei może zasilać systemy chłodzenia, a tym samym zapobiegać psuciu się mleka (Ferrando and Schneider, 2020).

Przemysł rybny

Sektor rybołówstwa opiera się na wykorzystaniu energii, w znacznym stopniu na paliwach kopalnych, co sprawia, że jest bardzo wrażliwy na koszty energii, zwłaszcza biorąc pod uwagę niestabilność kosztów paliw. Zapotrzebowanie na energię w działaniach związanych z odłowem, przetwarzaniem i dystrybucją jest znaczne, jednak sektor połowowy, mający niewiele krótkoterminowych alternatyw dla paliw kopalnych, jest szczególnie zależny od paliw i podatny na wahania ich cen. Dobrobyt i dochody osób zajmujących się połowem ryb są bardzo wrażliwe na niestabilność kosztów. W wielu łowiskach marże zysku są już niskie, ale nieodpowiednie zaplecze magazynowe, przetwórcze i dystrybucyjne dodatkowo zagraża dobrobytowi ludzi związanych z tym sektorem. Łatwo psująca się żywność, taka jak ryby, wymaga ciągłego przechowywania w chłodni w celu zachowania jakości i standardów higienicznych. Szacuje się, że 33 proc. światowej podaży żywności, w tym ryb, jest marnowane. W mniej rozwiniętych gospodarkach takie straty żywności są związane z psuciem się produktów na etapie pierwotnym, natomiast w bardziej rozwiniętych gospodarkach – z procesem produkcyjnym, handlem detalicznym, usługami gastronomicznymi i odpadami z gospodarstw domowych. Znaczną część odpadów żywnościowych można stosunkowo łatwo ograniczyć, np. poprzez odpowiednie chłodzenie produktów rybnych (Maksimowa and Basnet, 2021).

Szanse na złagodzenie negatywnych skutków środowiskowych sektora oraz wpływu wahań cen paliw na osoby związane z rybołówstwem leżą głównie w połączeniu środków zwiększających efektywność energetyczną i wykorzystania rozwiązań z zakresu energii odnawialnej, zwłaszcza w działaniach po zbiorach. Funkcje po zbiorach i rybołówstwo na małą skalę już korzystają z istniejących technologii zasilanych energią odnawialną, np. technologii chłodzenia słonecznego, które pozwalają na generowanie zatrudnienia i poprawę warunków życia w społecznościach rybackich poprzez zwiększenie dochodów i zapewnienie dodatkowych korzyści, takich jak wykorzystanie nadwyżek energii do ładowania telefonów, zasilania lamp lub filtrowania wody do picia. Ponadto technologie wspierane przez odnawialne źródła energii mogą zapewnić rozwiązania technologiczne na obszarach, które nie są podłączone do sieci lub gdzie dostawy energii elektrycznej są zawodne i/lub drogie (Maksimowa and Basnet, 2021).

Przemysł piekarniczy

W swojej najprostszej postaci większość produktów piekarniczych (chleb, bułki, ciastka, krakersy) ma podobne składniki i etapy produkcji. Typowe etapy produkcji obejmują mieszanie, formowanie, pieczenie, chłodzenie i pakowanie. Niektóre produkty wymagają dodatkowych etapów produkcji. Zużycie energii jest najbardziej skoncentrowane w procesie pieczenia lub zamrażania. W przypadku produktów niezamrożonych pieczenie jest największym konsumentem energii wynoszącym od 26 do 78 proc. całkowitej energii, zgodnie z raportem zatytułowanym „Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Baking Industry” opublikowanym przez Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. Tylko w przypadku produktów mrożonych pieczenie nie jest największą porcją energii. Pieczenie stanowi 78 proc. zapotrzebowania energetycznego ciastek i krakersów, które są produktami wytwarzanymi bez konieczności mycia patelni lub zapewniania okresu fermentacji i dojrzewania, jak wynika z raportu branży piekarniczej. Chleb i bułki oraz ciastka i krakersy, czyli produkty wymagające znacznego czasu pieczenia, wymagają więcej energii na jednostkę produkcji niż ciasta mrożone i niezamrożone. W przypadku produktów mrożonych najwięcej energii zużywa proces zamrażania.

Piece i suszarki mogą zużywać ponad 10 proc. całkowitej energii piekarni i 26 do 75 proc. energii specyficznej dla procesu, często nieefektywnie. Suszarki często zużywają od dwóch do trzech razy więcej energii niż termodynamicznie wymagane do usunięcia litra wody z produktu. Piece są mniej energooszczędne, zużywają co najmniej pięć razy więcej energii niż termodynamicznie wymagane do podgrzania produktu. Większość tej dodatkowej energii jest tracona w postaci ciepła do środowiska zewnętrznego przez piec lub komin suszarki. Rodzaj elementu grzejnego wybrany do zastosowania w piekarniku lub suszarce wpływa na sprawność cieplną systemu. Palniki gazowe mają sprawność od 85 do 95 proc., podczas gdy systemy ogrzewania parowego mają sprawność od 70 do 80 proc. Ze względu na straty w elektrowni i liniach przesyłowych, dostarczana energia elektryczna jest sprawna tylko w około 30 proc.. Zaawansowane technologie pieczenia, takie jak piece wspomagane częstotliwością radiową, zapewniają energooszczędny sposób pieczenia produktów, które wymagają niskiej końcowej zawartości wody (Gas Technology, 2021).

Zbigniew Czajkowski

Cytowane źródła:

• Cornell University (2022) 'Dairy Science Information Sheets and Documents',  https://foodsafety.foodscience.cornell.edu/mqip/information-sheets/.
• Ferrando, V. Z. and Schneider, J. (2020) 'Sustainable Energy Use in the Dairy Value Chain',  https://energypedia.info/wiki/Sustainable_Energy_Use_in_the_Dairy_Value_Chain.
• Gas Technology (2021) 'How to improve energy efficiency in the baking industry',  https://www.plantengineering.com/articles/how-to-improve-energy-efficiency-in-the-baking-industry/.
• Hemme, T. and Otte, J. (2010) 'Status and Prospects for Smallholder Milk Production A Global Perspective', https://www.fao.org/3/i1522e/i1522e00.pdf.
• IFFA (2022) 'Sustainability in the meat industry: a top theme at IFFA 2022',  https://www.provisioneronline.com/articles/112149-sustainability-in-the-meat-industry-a-top-theme-at-iffa-2022.
• Maksimowa, L. and Basnet, R. (2021) 'Sustainable Energy Use in the Fish Value Chain'.  https://energypedia.info/wiki/Sustainable_Energy_Use_in_the_Fish_Value_Chain.