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Nachhaltige Lebensmittel für einen nachhaltigen Planeten: Bewertung der Klimaauswirkungen



Abstract

Dieser Artikel von Riccardo Gismondi (Data Scientist) und Hannes Leo (Ökonom) untersucht die verschiedenen negativen Auswirkungen unseres derzeitigen Ernährungssystems auf die Biosphäre der Erde, wie z. B. enorme Treibhausgasemissionen, Umweltverschmutzung, Verlust der biologischen Vielfalt und negative Auswirkungen auf die Gesundheit. Sie untersucht die evidenzbasierte Lösung, die von der EAT-Lancet-Diät vorgeschlagen wird, sowie die Kritik, dass die Optimierung der Ernährung nach ihren Umweltauswirkungen zu kompliziert ist. Anhand von Daten aus Studien zur Lebenszyklusanalyse (LCA) zeigt der Artikel, dass die Entscheidung für pflanzliche statt für tierische Produkte zu einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen führen kann. Außerdem wird hervorgehoben, wie wichtig es ist, bei der Bewertung der Umweltauswirkungen von Lebensmitteln nicht nur die CO2-Emissionen, sondern auch den Verlust der biologischen Vielfalt, den Wasserverbrauch, den Einsatz von Düngemitteln und die Umweltverschmutzung zu berücksichtigen.


Das Ernährungssystem als wesentlicher Treiber für Umweltveränderung

Es gibt viele Analysen, die die zumeist negativen „Nebenwirkungen" unseres Ernährungssystems auf die Biosphäre der Erde dokumentieren: Rund 1/3 der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen, Umweltverschmutzung, Verlust der biologischen Vielfalt, hoher Wasser- und Bodenverbrauch sowie die erhöhte Krankheitsanfälligkeit und reduzierte Lebenserwartung durch westliche Essgewohnheiten sind mit unserem Ernährungssystem und -verhalten verbunden.


Die Wurzel dieser Probleme ist die Überproduktion und Überkonsumption von tierischen Produkten. Wenn man den Klimawandel verlangsamen und trotzdem eine steigende Weltbevölkerung gesund ernähren will, dann sollte der Fleischkonsum auf ca. 15kg pro Jahr reduziert werden (Lancet-Kommission, 2019). In Deutschland und Österreich wird im Durchschnitt ein Vielfaches – rund 60 kg –pro Jahr und Kopf konsumiert.


Trotz der offensichtlichen Ursache des Problems und evidenzbasierter Lösungen wird oft behauptet, dass die Optimierung der Ernährung im Hinblick auf ihre Umweltauswirkungen zu kompliziert und mit Messfehlern und methodischen Problemen behaftet ist. Die Basis für umweltverträgliche Entscheidungen sind Ökobilanzen, die alle Inputs und Auswirkungen von der „Wiege bis zur Bahre“ (craddle to grave) eines Produkts messen und unter anderem die Treibhausgasemissionen für die Herstellung eines Kilogramms eines bestimmten Produkts ermitteln.


Messfehler, unterschiedliche Systemgrenzen, willkürliche Entscheidungen...

Wenn die Treibhausgas-Emissionen pro kg eines bestimmten Lebensmittels bekannt sind, dann sollte es doch sehr einfach sein, die Emissionen zu berechnen: man muss die verwendete Menge mit dem Emissionswert multiplizieren, um die Emissionen zu ermitteln. Kritiker argumentieren, dass aufgrund der Komplexität der Produktionsprozesse, der unterschiedlichen Systemgrenzen und der damit verbundenen methodischen und individuellen Entscheidungen, der Messfehler usw. diese Ökobilanzen kaum miteinander zu vergleichen und für alltägliche Entscheidungen kaum brauchbar sind (siehe Clune, 2017 für einen Überblick). Dies betrifft vor allem frische Lebensmittel. Und in der Tat variieren die Werte für die niedrigsten und höchsten Emissionen für ein und dasselbe Produkt erheblich: die Emissionsschätzungen für Rindfleisch reichen von 10 kg bis 100 kg – ein Faktor 10 liegt also zwischen diesen Werten. Bei Pflanzen ist diese Spanne noch größer und reicht von fast Null bis fast 7 kg - ein Faktor von 57.


Median, Quartile... – so what?

Wie kann man mit solch großen Unterschieden umgehen? Praktiker:innen haben einfache Wege gefunden, um diese Studien trotzdem zu nutzen: „Ausreißer“ nach oben und unten werden weglassen. Damit wird die Bandbreite zwischen Minimal- und Maximalschätzungen deutliche überschaubarer und wieder handlungsrelevant. Für unsere Zwecke haben wir die Ökobilanzen von rund 1600 pflanzlichen und tierischen Produkten nach der Größe der errechneten Emissionen geordnet (siehe Abbildung 1a und 1b). Dann habenwir die Studien in vier Segmente unterteilt, die jeweils ¼ der Studien enthalten. Das erste Segment - besserQuartil - enthält die Studien mit den niedrigsten Emissionen, gefolgt vom zweiten Quartil, das die Studien mit den zweitniedrigsten Emissionswerten enthält usw. bis zum vierten Quartil, das die Studien mit den höchsten Emissionen enthält. Die Emissionen der Studie, die in der Mitte dieser nach Größe geordneten Studien liegt, wird als Median für dieses Produkt bezeichnet. Er unterscheidet sich vom Durchschnittswert und stellt häufig eine gute Annäherung für die Emissionen dieses Produkts oder dieser Produktkategorie dar.


Abbildung 1a: Verteilung der CO2eq-Emissionen pro Kilogramm Pflanzen



Abbildung 1b: Verteilung der CO2eq-Emissionen pro Kilogramm tierischer Erzeugnisse


Quelle: Eigene Berechnungen auf Basis von Daten aus Clune et al. (2017).


Plants vs. Animals: 5:1

In Abbildung 1a und 1b wird der Median als Annäherung an die CO2-Emissionen für die jeweilige Kategorie hervorgehoben: bei tierischen Produkten liegen diese CO2eq Emissionen bei etwa 4kg pro Kilo des Produkts, bei pflanzlichen Produkten bei rund 0,5kg. Die Emissionen sind aber je nach Produktkategorie sehr unterschiedlich: Fleisch von Wiederkäuern (z.B. Rind, Lamm) hat die höchsten Median-CO2-Emissionen - 26,9 kg CO2eq -, gefolgt von Nichtwiederkäuern (5,7 kg), Fisch (3,8 kg), Geflügel (2,7 kg) und Milchprodukten (1,4 kg). Pflanzen spielen mit mittleren Emissionen von nur 0,5 kg CO2eq in einer eigenen Liga (siehe Tabelle 1).


Wenn man die höchsten Emissionswerte - die alle im 4. Quartil liegen - weglässt und den Durchschnitt der Emissionswerte für das erste und dritte Quartil nimmt, erhält man eine gute Schätzung für die wahrscheinlichsten CO2eq.-Emissionen der Lebensmittelkategorien, obwohl auch hier die niedrigsten und höchsten Werten noch immer um einen Faktor 2-3 auseinanderliegen: Für Milchprodukte liegt die Bandbreite zwischen 1,2 und 1,8 kg CO2eq., für Wiederkäuer zwischen 22 kg und 33 kg (siehe Tabelle 1). Natürlich handelt es sich dabei immer noch um sehr grobe Kategorien und man kann hier deutlich treffsichere Werte erzielen, wenn man einzelne Produkte (z.B. Milch, Käse, Tomaten, Rindfleisch) analysiert.


Die bemerkenswerteste Einsicht aus Tabelle 1 ist, dass der Schätzwert für das dritte Quartil bei pflanzlichen Produkten (0,9 kg CO2eq.) durchgehend niedriger ist als die Schätzwerte für das erste Quartil bei tierischen Produkten. Folglich führt eine Entscheidung zugunsten pflanzlicher Produkte praktisch immer zu einer erheblichen Verringerung der CO2-Emissionen. Der Emissionsreduktionsfaktor in der Spalte ganz rechts in Tabelle 1 gibt an, um wie viel die CO2-Emissionen durch den Ersatz von tierischen durch pflanzliche Produkte gesenkt werden können. Würde man beispielsweise Rindfleisch durch eine pflanzliche Alternative ersetzen, würde der CO2-Ausstoß auf 1/37 des tierischen Produkts sinken. Dies gilt nur, wenn das substituierte pflanzliche Produkt das gleiche Gewicht hat.


Tabelle 1: CO2-Emissionen für verschiedene Untergruppen der untersuchten LCA-Studien


* Emissionsreduktionsfaktor (ERF) = Emissionen des dritten Quartils der Kategorie x geteilt durch die Emissionen des dritten Quartils der Pflanzen, gerundet.

Ein ERF von 2 bedeutet, dass die Emissionen durch die Substitution dieser Lebensmittelkategorie durch Pflanzen halbiert werden könnten.

Quelle: Eigene Berechnungen auf Basis von Daten aus Clune et al. (2017).



Die Avocado-Frage

Dennoch ist die Bewertung der Umweltauswirkungen komplex, da nicht nur die CO2-Emissionen, sondern auch andere Faktoren wie die Auswirkungen auf die Biodiversität, der Wasserverbrauch, der Einsatz von Düngemitteln, die Umweltverschmutzung, die Auswirkungen auf die Gesundheit usw. berücksichtigt werden müssen. Avocados sind ein gutes Beispiel hierfür. Trotz ihres schlechten Rufs erzeugen sie nur etwas mehr als ein Kilo CO2 pro Kilo, wenn sie in Peru produziert und in Deutschland verzehrt werden (siehe Abbildung 2; diese und weitere Schätzungen finden sich auf LiveLCA.com). Mit diesen CO2-Emissionen könnten sie immerhin 2,43 kg Avocados pro Tag essen und trotzdem nicht gegen internationale Klimaabkommen verstoßen, weil die ernährungsbedingten Emissionen dann rund eine Tonne pro Jahr ausmachen. Dennoch sollte überprüft werden, wie umweltfreundlich die Avocados produziert werden.


Abbildung 2: Avocados im Fokus



Während Avocados weitaus besser sind als ihr Ruf, kann man dies von tierischen Produkten nicht behaupten: Legt man die durchschnittlichen CO2-Emissionen von 14,24 kg pro kg Fleisch zugrunde (siehe livelca.com), dürfte man, um die gesetzten Klimaziele zu erreichen, nicht mehr als 0,19 kg Fleisch pro Tag essen, ohne jegliche (!) Beilagen. Daraus ergibt sich ein Fleischkonsum von ca. 70 kg pro Jahr, was nicht weit vom tatsächlichen Durchschnittsverbrauch in Europa entfernt ist. Während diese reine Fleischdiät Ihre CO2-Emissionen auf einem vertretbaren Niveau halten würde, wären die Auswirkungen auf Ihre Gesundheit insgesamt verheerend.

Die hier verwendeten Schätzungen für Frischprodukte sind nicht immer hilfreich, wenn man sich innerhalb einer Kategorie entscheiden muss, da die tatsächlichen Emissionen für jeden Hersteller unterschiedlich sind und in der Regel keine aktuellen - und in den meisten Fällen nicht einmal historische - Schätzungen vorliegen. Die analysierten Ökobilanzen und die obigen Berechnungen helfen jedenfalls bei der Entscheidung zwischen den Kategorien, z.B. zwischen Wiederkäuern, Nichtwiederkäuern oder Geflügel, und weisen eindeutig auf die klimafreundlichste Alternative hin: Pflanzliche Produkte. Die naheliegendste Empfehlung aus Klimasicht ist also, den Anteil pflanzlicher Lebensmittel in der Ernährung zu erhöhen. Dies ist auch dann die optimale Wahl, wenn man seltener krank sein und länger leben will.


Foto ©Tim Marshall, unsplash


Literatur

The Lancet Commission, Food in the Anthropocene: the EAT–Lancet Commission on healthy diets from sustainable food systems, 2019, https://www.thelancet.com/action/showPdf?pii=S0140-6736%2818%2931788-4

Clune, S., Crossin, E., Verghese, K., Systematic review of greenhouse gas emissions for different fresh food categories, Journal of Greener Production, 140, 2017, http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.082






Sustainable Food for a Sustainable Planet: Evaluating the Climate Impact of Different Food Categories


Abstract

This article by Riccardo Gismondi (data scientist) and Hannes Leo (economist) examines the various negative side-effects of our current food system on the earth’s biosphere, such as huge greenhouse gas (GHG) emissions, environmental pollution, biodiversity loss, and negative health impacts. It explores the evidence-based solution proposed by the EAT-Lancet diet, as well as the criticism that optimizing diets according to their environmental impact is too complicated. By using data from Life Cycle Assessment (LCA) studies, the article demonstrates that opting for plant-based products over animal-based products can lead to a significant reduction in CO2 emissions. Moreover, it highlights the importance of considering not only CO2 emissions, but also biodiversity loss, water consumption, use of fertilizers, and environmental pollution when evaluating the environmental impact of food.


The food system as the main driver of environmental change

There are many analyses that document the negative “side-effects” of our food system on the earth’s biosphere. The huge GHG emission (1/3 of human related GHG emissions), environmental pollution, biodiversity loss, water and land use as well as the negative health impact and the reduction of life expectancy are the major “side effects”.

The root of these problems on the human side is the overproduction and overconsumption of animal products in westerns style diets. Despite the obvious cause of the problem and evidence-based solutions like the EAT-Lancet diet (see Lancet Commission, 2019), many claim that optimizing diets according to their environmental impact is too complicated and beset by measurement error and methodological problems of the life cycle assessment (LCA) studies produced for this purpose. LCA studies try to measure all inputs and impacts from cradle to grave of a product or produce and deliver - amongst other information – an estimate of GHG emissions for producing one kg of a specific product which is used to assess the climate impact.


Measurement error, varying system boundaries, individual decisions…

Given that the GHG emissions per kg of a specific food product are known, it is simply a matter of multiplying the amount used with the LCA-based emissions values. Critics argue that due to the complexity of production processes, methodological choices, system boundaries and the related decisions to be taken, measurement errors etc. the applicability of this method for day to day decisions (see Clune, 2017 for an overview) is far from being evident. And indeed, the values for the lowest and highest GHG gas emissions for the same product vary significantly, e.g. for beef emission estimates range from 10kg to 100kg. Consequently there is a factor of 10 between these products. For plants this spread is even larger and ranges from almost zero to close to 7 kg - a factor of 57.


Median, quartiles... – so what?

Practitioners found simple ways to deal with such huge differences. Assume that all LCA study estimates for a specific product are ranked according to the size of the estimated GHG emissions. Then divide the number of studies into four segments that hold an equal number of studies. The first segment - better quartile - holds the studies with the lowest emissions, followed by the quartile that hold studies with the second lowest emission values - the second quartile - etc. until the 4th quartile that contains the 25% of studies with the highest emissions. The emissions of the study right in the middle of this ordered sample is called the median value for this product. It is different from the average and often a better approximation for all of the values measured by the studies analysed.


Plants vs. Animals: 5:1

Figure 1a and 1b show the emissions values of the ranked studies for plant-based and animal-based fresh foods. The value in the middle - the median is highlighted as an approximation of CO2 emissions for each category. For animal products, these CO2eq emissions are around 4kg per kilo of product, for plant products around 0.5kg. Ruminants are the food category that come with the highest median CO2 emissions - 26,9 kg CO2eq emissions - followed by non-ruminants (5,7 kg), fish (3.8 kg), poultry (2.7kg) and dairy (1,4 kg). Plants are in a league of their own displaying median emissions of only 0.5kg CO2eq (see table 1).

By getting rid of the highest emission values - that are all in the 4th quartile - and taking emission values for the first and the third quartile one gets a good estimate for the most likely CO2eq. emissions of each food category. For dairy this may be somewhere between 1.2 and 1.8 kg of CO2eq., for ruminants this is between 22kg and 33kg. The estimates in the 3rd quartile are still 2 to 3 times higher than in the first quartile. This difference is still large but much smaller than in the initial observation of magnitude 10 for ruminants and 57 for plants.



Figure 1a: Distribution of CO2eq emissions per kilogram of plants




Figure 1b: Distribution of CO2eq emissions per kilogram animal-based products


Source: Own calculations based on data from Clune et al. (2017).


The remarkable insight that can be taken from Table 1 is that the higher emission estimate for plant-based products (third quartile: 0.9 kg CO2eq.) is lower than the lower estimates - first quartile - for all animal-based product categories. This means that opting for plant-based products will, on average, lead to a significant reduction in CO2 emissions. The emission reduction factor in the far right column of Table 1 displays how much you can reduce CO2 emissions by substituting animal-based products with plant-based alternatives. For example, replacing ruminant meat with a plant-based product would reduce CO2 emissions to one-thirty-seventh of the animal product - assuming the substituted plant product has the same weight.




Table 1: CO2 emission for different subsets of the surveyed LCA studies

* Emission Reduction Factor (ERF)= Emissions of 3rd quartile of category x divided by emissions of 3rd quartile of plants , rounded.

An ERF of 2 means the emissions could be halved by substitution this food category by plants.

Source: Own calculations based on data from Clune et al. (2017).


The avocado conundrum

The environmental impact assessment is complex, as it requires consideration of not only CO2 emissions, but also factors such as biodiversity loss, water consumption, use of fertilizers, environmental pollution, and health impacts. Avocados are a good example for this statement. The production of one kilogram of avocados in Peru that are consumed in Germany generates slightly more than one kilogram of CO2 (Figure 2; more estimates can be found on the LiveLCA.com page). If eating nothing but 2.43kg of avocados per day keeps you happy, you would just about exhaust your daily food related CO2 budget. Formulated differently, your consumption pattern would keep you within the limits of international climate agreements even if you feed solely on the much “maligned” avocados. Still you would like to double check if they are produced in an environmentally friendly way.


Figure 2: Spotlight on avocados




While avocados are far better than their reputation, animal products are not: Based on the average CO2 emissions of 14.24 kg per kg of meat (see livelca.com), staying within stated climate targets would demand that you eat no more than 0.19 kg meat per day with no side-dishes. You would then consume about 70 kg of meat per year, which is not far from the actual average consumption in Europe. This causes food-based CO2 emission of slightly less than a tonne per year. While this meat-only diet would keep your CO2 emissions at a justifiable level, the overall impact on your health would be devastating. To avoid this outcome, the experts of the Lancet Commission (2019) developed dietary recommendations that respect the boundaries of the planet and the need to provide healthy food for the still growing world population. In terms of meat intake, this diet recommends a steep reduction to about 15 kg per year.

The estimates for fresh products used here are not very helpful when deciding within a category, as the real emissions are different for each producer and usually no up-to-date – and in most cases, not even a historic – estimate is available. LCA studies and the above calculations help to decide between categories, e.g. between ruminants, non-ruminants or poultry, and point clearly to the most climate-friendly alternative: plants. Therefore, the most obvious recommendation from a climate point of view is to significantly increase the plant-based share of foods in your diet. This would also be the optimal choice from a health and animal welfare perspective.


Foto ©Tim Marshall, unsplash


Literature

The Lancet Commission, Food in the Anthropocene: the EAT–Lancet Commission on healthy diets from sustainable food systems, 2019, https://www.thelancet.com/action/showPdf?pii=S0140-6736%2818%2931788-4

Clune, S., Crossin, E., Verghese, K., Systematic review of greenhouse gas emissions for different fresh food categories, Journal of Greener Production, 140, 2017, http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.082

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