EMISSIONS ARISING FROM MANURE MANAGEMENT IN DAIRY FARMS: AN EVALUATION USING LIFE CYCLE ASSESSMENT

The worldwide increasing meat and milk consumption has driven the shift in livestock farming methods from extensive to intensive, posing a number of significant challenges for animal welfare, environmental sustainability and food security. Livestock’s contribution to greenhouse gases (GHG) and ammonia (NH3) emissions is relevant and, reasonably, ruminants are accused of methane emissions caused by enteric fermentation. Thus, the identification of mitigation strategies for intensive livestock farming is of raising interest in recent years. Handling system can modify the physical and chemical properties of manure, influencing the emission levels of methane, nitrous oxide and ammonia. The aim of this thesis was to evaluate the environmental performances of manure removal systems largely spread in the Po Valley with a two-fold approach: (i) measuring the emissions and (ii) performing a Life Cycle Assessment applied to different housing solutions for dairy farms. In the first step, a literature review about LCA studies was carried out to deeply understand strengths and weakness of LCA approach. Comparing LCA results related to milk production is difficult and a broader level of harmonization should be reached. Thereafter, GHG and NH3 emission levels were measured from farms equipped with different housing solutions. These data were then used as input parameters to compile the LCA inventory and compare the resulting potential impacts to those calculated using recommended emissions estimations. The results underlined the need of more adjustable emission factors, able to reflect more accurately the variability of farms conditions. Finally manure sampling originated from the same farms were analysed to quantify their biomethane production potential. The results in this thesis outlined that GHG and NH3 emissions are influenced by manure management choices, which could play a key role in the reduction of livestock environmental impacts on air. Trade-offs among gases were observed, demonstrating that often a combination of measures is requested to control emissions.

Il crescente consumo di carne e latte a livello mondiale ha causato il cambiamento dei metodi di allevamento da sistemi di tipo estensivo a sistemi di tipo intensivo, e ha fatto emergere una serie di sfide significative nell’ambito del benessere animale, della sostenibilità ambientale e della sicurezza alimentare. Il contributo degli allevamenti alle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) e ammoniaca (NH3) è rilevante e, a ragione, i ruminanti sono accusati di emissioni di metano legate alle fermentazioni enteriche. Perciò l’interesse relativo all’identificazione di possibili strategie di mitigazione da applicare agli allevamenti intensivi è cresciuto negli ultimi anni. I sistemi di gestione possono modificare le caratteristiche fisico-chimiche dei reflui dell’allevamento, influenzando le emissioni di metano, protossido d’azoto ed ammoniaca che da essi hanno origine. Lo scopo di questa tesi è stato quello di valutare le performance ambientali di diversi sistemi di allontanamento delle deiezioni, ampiamente diffusi negli allevamenti della Pianura Padana, con un duplice approccio: (i) misurando le emissioni e (ii) applicando un’Analisi del Ciclo di Vita (LCA) a diverse soluzioni stabulative per stalle di vacche da latte. Come primo passo, è stata condotta una revisione degli studi LCA per comprendere i punti di forza e le debolezze di questo approccio. Difficoltà sono state riscontrate nel paragonare i risultati di diversi studi relativi alla produzione di latte, facendo emergere la necessità di raggiungere un maggior livello di armonizzazione. In seguito, sono stati misurati i livelli di emissione di GHG ed NH3 da aziende con diversi tipi di gestione delle deiezioni. I dati ottenuti sono stati utilizzati come parametri per compilare l’inventario dell’analisi LCA e fare un paragone tra i potenziali impatti che da essa risultano e quelli che si ottengono utilizzando le equazioni raccomandate per la compilazione dell’inventario. Da questo confronto è emersa l’esigenza di disporre di fattori di emissione che rendano la stima più aderente alla variabilità di condizioni riscontrate nella stalla. Infine, alcuni campioni di refluo provenienti dalle stesse stalle sono stati utilizzati per quantificare la produzione di metano potenzialmente ottenibile. I risultati di questa tesi sottolineano come la scelta della strategia di gestione degli effluenti sia fondamentale nella riduzione dell’impatto ambientale dell’allevamento, poiché in grado di influenzare le emissioni di GHG ed NH3. Inoltre, dal momento che il controllo delle emissioni necessita compromessi tra i diversi gas, spesso è richiesta una combinazione di misure per l’efficace controllo delle emissioni.