Developing circularity indicators in the agricultural sector

The European Union prioritises the circular economy for sustainability, optimising resource use, and minimising waste, with agriculture playing a crucial role due to its high resource demand. However, the absence of a clear definition and standardised measurement limits its benefits. The first chapter of this study systemically identifies a consensus concept of circular agriculture and its relationship with sustainability and circular bioeconomy. A literature review and coding analysis of 23 documents show that circular agriculture closes production loops, reduces, manages, and repurposes waste. The most employed principle is the “Rs framework” - reducing, reusing, recycling – yet “reducing” is understated due to economic concerns. While circular agriculture aims to improve the environment, reduce emissions, protect health and food security, and provide economic benefits, better measurement tools are needed. The second chapter develops circularity indicators for agriculture, drawing from existing frameworks and introducing a novel methodology that uses FADN data to provide standardised assessments at the EU farm level. We track nutrient flows to calculate Nitrogen, Phosphorus, and Carbon balances and apply indicators that measure nutrient inputs, losses, use efficiency, self-sufficiency, and use of secondary inputs. Panel data from Italian farms show that while nutrient use efficiency aligns with EU recommendations, secondary fertilisers use remains low, and lower nutrient use efficiency offsets input reductions. Mixed crop-livestock farms perform best in circularity. This research highlights the potential for strategic cooperation between complementing farms to use by-products. Since environmentally beneficial practices must ensure economic advantages to be adopted, the third chapter of this research assesses the effect of nutrient circularity on farm profitability. The System Generalized Method of Moments (GMM-SYS) is employed to identify how circularity indicators, farm management practices, and structural changes over time affect profitability. Using data from 874 farms and 10,488 observations from the 2009-2020 Italian FADN dataset, results show that while Nitrogen and Phosphorus surpluses improve net value added, the decreasing efficiency of additional chemical fertilisers threatens environmental sustainability. For animal-specialized farms, nutrient losses harm farm profitability and cause pollution. Self-sufficiency in Nitrogen fertilisers contributes to higher and more stable incomes. By addressing conceptual diversity, measurement, and economic viability, this thesis bridges gaps between circular economy theory and farming practice. It fosters a more comprehensive and actionable framework for sustainable agricultural transitions, contributing to the literature and policy discourse.

L'Unione Europea dà priorità all'economia circolare per la sostenibilità, per ottimizzare l'uso delle risorse e ridurre al minimo gli sprechi, con l'agricoltura che gioca un ruolo cruciale a causa della sua elevata domanda di risorse. Tuttavia, l'assenza di una definizione chiara e di una misurazione standardizzata ne limita i benefici. Il primo capitolo di questo studio identifica in modo sistematico un concetto condiviso di agricoltura circolare e la sua relazione con la sostenibilità e la bioeconomia circolare. Una revisione della letteratura e un'analisi codificata di 23 documenti mostrano che l'agricoltura circolare chiude i cicli produttivi, riduce, gestisce e riutilizza i rifiuti. Il principio più impiegato è il “framework delle R” – ridurre, riutilizzare, riciclare – tuttavia, la riduzione è sottovalutata a causa di preoccupazioni economiche. Sebbene l'agricoltura circolare miri a migliorare l'ambiente, ridurre le emissioni, tutelare la salute e la sicurezza alimentare e offrire benefici economici, sono necessari strumenti di misurazione più efficaci. Il secondo capitolo sviluppa indicatori di circolarità per l'agricoltura, basandosi su quadri esistenti e introducendo una metodologia innovativa che utilizza i dati FADN per fornire valutazioni standardizzate a livello di aziende agricole dell'UE. Monitoriamo i flussi di nutrienti per calcolare i bilanci di Azoto, Fosforo e Carbonio e applichiamo indicatori che misurano gli input di nutrienti, le perdite, l'efficienza d'uso, l'autosufficienza e l'impiego di input secondari. I dati panel delle aziende agricole italiane mostrano che, sebbene l'efficienza nell'uso dei nutrienti sia in linea con le raccomandazioni dell'UE, l'uso di fertilizzanti secondari rimane basso e una minore efficienza nell'uso dei nutrienti compensa la riduzione degli input. Le aziende miste coltura-allevamento ottengono i migliori risultati in termini di circolarità. Questa ricerca evidenzia il potenziale di una cooperazione strategica tra aziende complementari per il riutilizzo dei sottoprodotti. Poiché le pratiche ambientalmente vantaggiose devono garantire benefici economici per essere adottate, il terzo capitolo di questa ricerca valuta l'effetto della circolarità dei nutrienti sulla redditività aziendale. Il metodo System Generalized Method of Moments (GMM-SYS) viene impiegato per identificare come gli indicatori di circolarità, le pratiche di gestione aziendale e i cambiamenti strutturali nel tempo influenzino la redditività. Utilizzando dati provenienti da 874 aziende e 10.488 osservazioni dal dataset FADN italiano (2009-2020), i risultati mostrano che, sebbene gli surplus di Azoto e Fosforo aumentino il valore aggiunto netto, la riduzione dell'efficienza nell’uso di fertilizzanti chimici aggiuntivi minaccia la sostenibilità ambientale. Per le aziende specializzate nell'allevamento, le perdite di nutrienti danneggiano la redditività e causano inquinamento. L'autosufficienza nei fertilizzanti azotati contribuisce a redditi più alti e stabili. Affrontando la diversità concettuale, la misurazione e la sostenibilità economica, questa tesi colma il divario tra la teoria dell’economia circolare e la pratica agricola. Favorisce un quadro più completo e attuabile per la transizione verso un’agricoltura sostenibile, contribuendo alla letteratura e al dibattito politico.