EVALUATION OF DIFFERENT ABATEMENT SYSTEMS FOR EMISSIONS OF AMMONIA, PM AND ODOUR IN INTENSIVE LIVESTOCK FARMS

Agriculture in the 21st century faces multiple challenges: it has to produce more food to feed a growing population with a smaller rural labour force, adopt and learn new technologies, satisfy consumers’ changing tastes and expectations, and at the same time adopt more efficient and sustainable production methods to cope with climate change, soil erosion and biodiversity loss. Livestock contribution to greenhouse gases (GHG), ammonia (NH3), and odor emissions is relevant. Thus, the identification and adoption of mitigation strategies for intensive livestock farming is necessary, not only to reduce the environmental impact related to livestock production, but also to help solving the issue related to air pollution. Indeed, GHG, NH3 and odor emission other having a negative effect on the environment, represent a risk for human and animals’ health. Air treatment technologies have the double benefit of abating pollutants emissions and improving air quality inside the barns. Alternatively, considering several aspects i) that animal proteins place a heavy burden on our natural resources, ii) the world population and demanding consumers are rapidly increasing, iii) the amount of agricultural land is limited, there is an urgent need to find alternatives to conventional meat products. Terrestrial invertebrates farming represents an environmentally sustainable solution. Earthworms require less land and water, present lower GHG emissions and higher feed conversion efficiency, moreover they are rich in proteins and essential amino acids. The aim of this thesis was to evaluate different mitigation strategies to reduce GHG, NH3 and odor emissions deriving from intensive livestock farming, also taking in consideration their environmental impact. The Life Cycle Assessment (LCA) methodology was applied to quantify the environmental impact of the strategies proposed. In the first step, livestock contribution to air pollutants emissions was quantified. Agricultural NH3 emissions did not even reduce during lockdown periods imposed by Covid-19 pandemic. Thereafter, odor annoyance issue was deeply analysed. Finally, environmental benefits achievable by applying different solutions (i.e. air treatment technologies, manure additive, earthworms rearing) were assessed. The results in this thesis outlined that the adoption of mitigation strategies is fundamental and promising, but each one presents different abatement efficiency on air emissions. Thus, a combination of measures is often the best solution to control emissions, at the same time also an integrated approach combining different methods and techniques could represent the best solution to depict exhaustively the problem and define a good strategy for its management. In this regard, LCA helps to identify the most important contributors to the environmental impact.

Nel XXI secolo l'agricoltura dovrà affrontare molteplici sfide: produrre più cibo per sfamare una popolazione in continua crescita avvalendosi di una forza lavoro più ridotta, adottare e apprendere nuove tecnologie, soddisfare i gusti e le aspettative dei consumatori che sono in continuo mutamento e, al tempo stesso, diventare più efficiente e sostenibile per contribuire a ridurre i problemi associati al cambiamento climatico, all'erosione del suolo e alla perdita di biodiversità. Il contributo degli allevamenti alle emissioni di gas serra (GHG), ammoniaca (NH3) e odori è rilevante. Pertanto, si rende necessaria l'identificazione e l'adozione di possibili strategie di mitigazione da applicare agli allevamenti intensivi così da ridurne l'impatto ambientale e le emissioni ad essi associate. Infatti, GHG, NH3 e odori non solo hanno un effetto negativo sull'ambiente, ma rappresentano anche un rischio per la salute umana e animale. In questo contesto, le tecnologie per il trattamento dell'aria hanno un duplice vantaggio, da un lato, infatti, sono in grado di abbattere le emissioni di inquinanti che verrebbero rilasciate in atmosfera e dall’altro migliorano la qualità dell'aria all'interno dei ricoveri zootecnici. Oltre alle strategie “tradizionali”, il consumo alimentare di insetti svolgerà un ruolo di primo piano nell'affrontare le numerose sfide del presente e del futuro. Gli invertebrati terrestri, infatti, ricchi in proteine e amminoacidi essenziali, pullulano in abbondanza sul nostro pianeta, e presentano molteplici vantaggi: i) richiedono poca terra e acqua, ii) presentano minori emissioni di gas serra e iii) una maggiore efficienza di conversione dei mangimi. Ciò li rende una soluzione ecosostenibile. Lo scopo di questa tesi è stato quello di valutare diverse strategie di mitigazione per ridurre le emissioni di GHG, NH3 e odori derivanti dall'allevamento intensivo, tenendo anche in considerazione il loro impatto ambientale. La metodologia del Life Cycle Assessment (LCA) è stata applicata per quantificare l'impatto ambientale delle strategie proposte. Nella prima fase è stato quantificato il contributo dell’agricoltura e della zootecnia alle emissioni di inquinanti atmosferici. Le emissioni di NH3 derivanti dal settore agricolo sono rimaste pressoché invariate anche durante i periodi di lockdown imposti dalla diffusione del Covid-19. Successivamente, è stato considerato il problema legato alle molestie olfattive. Infine, sono stati valutati i benefici ambientali ottenibili adottando diverse strategie di mitigazione quali ad esempio tecnologie per il trattamento dell'aria, utilizzo di additivi durante lo stoccaggio delle deiezioni, e l’allevamento di lombrichi su scarti vegetali. In conclusione, i risultati di questa tesi hanno evidenziato che l'adozione di strategie di mitigazione è fondamentale e fornisce dei risultati promettenti. Ciascuna di esse presenta un’efficienza diversa nell’abbattimento delle emissioni in atmosfera. Quindi, utilizzarne più di una è spesso la soluzione migliore per ottenere prestazioni più elevate. Al tempo stesso un approccio integrato può contribuire a definire in modo esaustivo il problema e anche a identificare la corretta strategia per la sua gestione. A tal proposito, l’LCA, attraverso la misurazione dell’impatto ambientale, permette di individuare i processi a maggior impatto e quindi di poter agire su di essi.