VALUTAZIONE DELLA SOSTENIBILITÀ DEI PROCESSI AGRO-ALIMENTARI VERSO UN'ECONOMIA CLIMATICAMENTE NEUTRA

For a successful transition towards climate-neutral agri-food systems, robust strategies are required to evaluate the mitigation potential and overall environmental impacts of such systems. The European Union, by adopting the Green Deal in 2019, has set the ambitious goal of achieving climate neutrality by 2050. Climate neutrality implies the balance of Greenhouse Gas (GHG) emissions and carbon removals to reach net zero. The agricultural sector is relevant in this area owing to its dual characteristics: carbon sink and source of GHG emissions. Increasing carbon removals from the atmosphere, especially through soil carbon sequestration, is considered as important as reducing GHG emissions from agricultural management operations across the agri-food sector. In recent years, Carbon Farming (CF) has emerged as a promising approach in European policies to increase carbon sequestration in agriculture. The most recent is the Carbon Removal Certification Framework (CRCF), which addresses co-benefits on sustainability and biodiversity in addition to carbon sequestration. In the European context also, circular economy gained attention and needs robust quantitative evaluation. The overarching goal of the thesis is to evaluate the sustainability of agri-food processes. To achieve it, the thesis is articulated into five interrelated studies which are used for the methodological integration of soil carbon modelling, LCA, and circular economy assessment in agri-food systems. First, a systematic review highlights the potential and standardization challenges of carbon sequestration in staple crops. Second, Soil Carbon simulations in Flanders demonstrate that while sustainable practices reduce soil carbon emissions, model outputs rely heavily on site-specific conditions and initial data accuracy. Third, coupling LCA with soil carbon modelling in Northern Italy reveals significant trade-offs; carbon farming practices increase carbon sequestration but fertilizers switching does not automatically lower emissions. Notably, organic fertilization maximizes sequestration but increases nutrient leaching compared to reduced tillage. Fourth, a combined environmental and social LCA of circular fertilizers (from sewage sludge ashes) identifies modest environmental gains but substantial social benefits regarding worker safety with respect to traditional fertilizers production. Finally, applying circularity metrics to olive pomace valorisation illustrates how process optimization influences the balance between energy demand and circularity. These results, collectively, bring evidence with respect to the potential and limits of carbon farming, the ecological and social implications of resource recovery, and the worth of the alignment of environmental and circularity metrics, supporting the creation of climate-neutral agricultural food systems that are resource-efficient and socially balanced, taking into account differences in terms of carbon sequestration, resource use and overall environmental performance.

Per una corretta transizione verso sistemi agro-alimentari climaticamente neutri, sono necessarie strategie solide per valutare il potenziale di mitigazione e l'impatto ambientale complessivo di tali sistemi. L'Unione Europea, adottando il Green Deal nel 2019, si è posta l'ambizioso obiettivo di raggiungere la neutralità climatica entro il 2050. La neutralità climatica implica l'equilibrio tra le emissioni di gas serra (GHG) e l’assorbimento del carbonio presente in atmosfera per raggiungere lo zero netto. Il settore agricolo assume rilevanza in questo ambito grazie alla sua duplice caratteristica come potenziale serbatoio di carbonio, nei suoli, e come fonte di emissioni di GHG. L'aumento della rimozione del carbonio dall'atmosfera, in particolare attraverso il sequestro del carbonio nel suolo, è considerato importante quanto la riduzione delle emissioni di GHG derivanti dalle operazioni di gestione agricola in tutto il settore agro-alimentare. Negli ultimi anni, il Carbon Farming (CF) è emerso come un promettente approccio per l’aumento del sequestro del carbonio in agricoltura nelle politiche europee. Fra queste il Carbon Removal Certification Framework (CRCF) è il più recente e affronta i co-benefici in termini di sostenibilità e biodiversità oltre al sequestro del carbonio. Nel contesto europeo anche l'economia circolare è stata soggetta a crescente attenzione e necessita di una solida valutazione quantitativa. L'obiettivo generale della tesi è valutare la sostenibilità dei processi agroalimentari. Per raggiungere questo obiettivo, la tesi è articolata in cinque studi interconnessi che vengono utilizzati per l'integrazione metodologica della modellizzazione del carbonio nel suolo, del LCA e metriche per la valutazione dell'economia circolare nei sistemi agro-alimentari. In primo luogo, una revisione sistematica evidenzia il potenziale e le sfide di standardizzazione del sequestro del carbonio nelle colture di base. In secondo luogo, le simulazioni del carbonio nel suolo nella regione delle Fiandre dimostrano che, sebbene le pratiche sostenibili riducano le emissioni di carbonio dal suolo, gli output del modello dipendono fortemente dalle condizioni specifiche del sito e dall'accuratezza dei dati iniziali. In terzo luogo, l'accoppiamento del LCA con la modellizzazione del carbonio del suolo nel Nord Italia rivela compromessi significativi: le pratiche di CF aumentano il sequestro del carbonio, ma il passaggio a fertilizzanti alternativi non riduce automaticamente le emissioni. In particolare, la fertilizzazione organica massimizza il sequestro, ma aumenta la dispersione dei nutrienti rispetto alla lavorazione ridotta del terreno. In quarto luogo, uno studio LCA ambientale e sociale di fertilizzanti da matrice riciclata (ceneri da fanghi di depurazione) identifica modesti vantaggi ambientali, ma sostanziali benefici sociali per quanto riguarda la sicurezza dei lavoratori rispetto alla produzione di fertilizzanti tradizionali. Infine, l'applicazione di metriche di circolarità alla valorizzazione della sansa di oliva illustra come l'ottimizzazione dei processi influenzi l'equilibrio tra domanda energetica e circolarità. Questi risultati, complessivamente, forniscono prove relative al potenziale e ai limiti del CF, alle implicazioni ecologiche e sociali del recupero delle risorse e al valore dell'allineamento dei parametri ambientali e di circolarità, sostenendo la creazione di sistemi agro-alimentari climaticamente neutri, efficienti dal punto di vista delle risorse e socialmente equilibrati, tenendo conto delle differenze in termini di sequestro del carbonio, utilizzo delle risorse e prestazioni ambientali complessive.