Evaluating land-use related environmental impacts of biomass value chains for decision-support : Comparison and testing of methodologies proposed for environmental life cycle assessment
Helin, Tuomas (2015-03-06)
Väitöskirja
Helin, Tuomas
06.03.2015
VTT
VTT Science
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-38-8209-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-38-8209-9
Tiivistelmä
Life cycle assessment (LCA) is one of the most established quantitative tools for
environmental impact assessment of products. To be able to provide support to
environmentally-aware decision makers on environmental impacts of biomass
value-chains, the scope of LCA methodology needs to be augmented to cover landuse
related environmental impacts. This dissertation focuses on analysing and
discussing potential impact assessment methods, conceptual models and
environmental indicators that have been proposed to be implemented into the LCA
framework for impacts of land use. The applicability of proposed indicators and
impact assessment frameworks is tested from practitioners' perspective, especially
focusing on forest biomass value chains. The impacts of land use on biodiversity,
resource depletion, climate change and other ecosystem services is analysed and
discussed and the interplay in between value choices in LCA modelling and the
decision-making situations to be supported is critically discussed.
It was found out that land use impact indicators are necessary in LCA in
highlighting differences in impacts from distinct land use classes. However, many
open questions remain on certainty of highlighting actual impacts of land use,
especially regarding impacts of managed forest land use on biodiversity and
ecosystem services such as water regulation and purification.
The climate impact of energy use of boreal stemwood was found to be higher in
the short term and lower in the long-term in comparison with fossil fuels that emit
identical amount of CO2 in combustion, due to changes implied to forest C stocks.
The climate impacts of energy use of boreal stemwood were found to be higher
than the previous estimates suggest on forest residues and stumps. The product
lifetime was found to have much higher influence on the climate impacts of woodbased
value chains than the origin of stemwood either from thinnings or final
fellings. Climate neutrality seems to be likely only in the case when almost all the
carbon of harvested wood is stored in long-lived wooden products.
In the current form, the land use impacts cannot be modelled with a high degree
of certainty nor communicated with adequate level of clarity to decision makers.
The academia needs to keep on improving the modelling framework, and more
importantly, clearly communicate to decision-makers the limited certainty on
whether land-use intensive activities can help in meeting the strict mitigation targets
we are globally facing. Elinkaariarviointi (LCA) on yksi vakiintuneimmista tuotteiden ympäristövaikutusten
arvioinnin työkaluista. LCA-menetelmää tulisi laajentaa kattamaan myös maankäytön
ympäristövaikutukset, jotta sillä voitaisiin antaa tukea ympäristönäkökohdat
huomioivaan päätöksentekoon myös biomassa-arvoketjujen osalta. Tässä
väitöskirjassa analysoidaan vaikutusarviointimenetelmiä, konsepteja ja
ympäristövaikutusindikaattoreita, joita on ehdotettu käytettäväksi maankäytön
vaikutusten arviointiin LCA:ssa. Ehdotettujen indikaattorien ja vaikutusarvioinnin
lähestymistapojen soveltuvuutta testataan LCA-mallintajan näkökulmasta, keskittyen
erityisesti metsäbiomassa-arvoketjuihin. Analyysi ja pohdinta keskittyvät maankäytön
vaikutuksiin luonnon monimuotoisuudelle, resurssien ehtymiselle, ilmastonmuutoksen
hillinnälle ja muille ekosysteemipalveluille. LCA-mallinnuksessa tehtävien arvovalintojen
ja tuettavien päätöksentekotilanteiden riippuvuuksia pohditaan myös kriittisesti.
Maankäytön vaikutusindikaattorien käytön voidaan todeta olevan välttämätöntä, jotta
eri maankäyttöluokkien vaikutusten erilaisuus voidaan huomioida. Useita avoimia
kysymyksiä kuitenkin liittyy siihen, onnistutaanko menetelmällä osoittamaan
maankäytön ympäristövaikutuksia todenmukaisesti, erityisesti talousmetsämaankäytön
ympäristövaikutusten osalta. Epäselvyyksiä liittyy erityisesti vaikutuksiin luonnon
monimuotoisuuteen ja luonnon ekosysteemipalveluihin, esimerkkeinä veden
puhdistuskyky ja virtaaman hallinta.
Boreaalisen metsän runkopuun energiakäytön ilmastovaikutukset todettiin lyhyellä
aikavälillä suuremmiksi ja pitkällä aikavälillä pienemmiksi kuin niiden fossiilisten
polttoaineiden, joiden poltossa vapautuu vastaava määrä hiilidioksidia. Runkopuun
energiakäytön vaikutus syntyy metsän hiilivarastoille aiheutetuista muutoksista.
Runkopuun energiakäytön ilmastovaikutus todettiin suuremmaksi kuin aiemmat arviot
ovat hakkuutähteiden ja kantojen energiakäytölle. Puuntuotteista havaittiin, että
tuotteen eliniällä on raaka-aineen hakkuutyyppiä (harvennus tai päätehakkuu) suurempi
vaikutus puutuotearvoketjun kokonaisilmastovaikutuksiin. Ilmastoneutraalius vaikuttaa
todennäköiseltä ainoastaan silloin, jos lähes kaikki hakkuussa korjattu puubiomassan
hiili saadaan varastoitua pitkäikäisiin puutuotteisiin.
Maankäytön ympäristövaikutuksia ei pystytä nykymuodossaan mallintamaan riittävän
luotettavasti, eikä niitä pystytä viestimään riittävän yksiselitteisesti päätöksentekijöille.
Tiedeyhteisön on jatkettava mallinnuskehikon parantamista. Päätöksentekijöille on
viestittävä erityisen selkeästi, ettei tiedetä riittävän luotettavasti, voivatko paljon maaalaa
vaativat toiminnot auttaa saavuttamaan tiukat globaalin ympäristönmuutoksen
hillinnän tavoitteet.
environmental impact assessment of products. To be able to provide support to
environmentally-aware decision makers on environmental impacts of biomass
value-chains, the scope of LCA methodology needs to be augmented to cover landuse
related environmental impacts. This dissertation focuses on analysing and
discussing potential impact assessment methods, conceptual models and
environmental indicators that have been proposed to be implemented into the LCA
framework for impacts of land use. The applicability of proposed indicators and
impact assessment frameworks is tested from practitioners' perspective, especially
focusing on forest biomass value chains. The impacts of land use on biodiversity,
resource depletion, climate change and other ecosystem services is analysed and
discussed and the interplay in between value choices in LCA modelling and the
decision-making situations to be supported is critically discussed.
It was found out that land use impact indicators are necessary in LCA in
highlighting differences in impacts from distinct land use classes. However, many
open questions remain on certainty of highlighting actual impacts of land use,
especially regarding impacts of managed forest land use on biodiversity and
ecosystem services such as water regulation and purification.
The climate impact of energy use of boreal stemwood was found to be higher in
the short term and lower in the long-term in comparison with fossil fuels that emit
identical amount of CO2 in combustion, due to changes implied to forest C stocks.
The climate impacts of energy use of boreal stemwood were found to be higher
than the previous estimates suggest on forest residues and stumps. The product
lifetime was found to have much higher influence on the climate impacts of woodbased
value chains than the origin of stemwood either from thinnings or final
fellings. Climate neutrality seems to be likely only in the case when almost all the
carbon of harvested wood is stored in long-lived wooden products.
In the current form, the land use impacts cannot be modelled with a high degree
of certainty nor communicated with adequate level of clarity to decision makers.
The academia needs to keep on improving the modelling framework, and more
importantly, clearly communicate to decision-makers the limited certainty on
whether land-use intensive activities can help in meeting the strict mitigation targets
we are globally facing.
arvioinnin työkaluista. LCA-menetelmää tulisi laajentaa kattamaan myös maankäytön
ympäristövaikutukset, jotta sillä voitaisiin antaa tukea ympäristönäkökohdat
huomioivaan päätöksentekoon myös biomassa-arvoketjujen osalta. Tässä
väitöskirjassa analysoidaan vaikutusarviointimenetelmiä, konsepteja ja
ympäristövaikutusindikaattoreita, joita on ehdotettu käytettäväksi maankäytön
vaikutusten arviointiin LCA:ssa. Ehdotettujen indikaattorien ja vaikutusarvioinnin
lähestymistapojen soveltuvuutta testataan LCA-mallintajan näkökulmasta, keskittyen
erityisesti metsäbiomassa-arvoketjuihin. Analyysi ja pohdinta keskittyvät maankäytön
vaikutuksiin luonnon monimuotoisuudelle, resurssien ehtymiselle, ilmastonmuutoksen
hillinnälle ja muille ekosysteemipalveluille. LCA-mallinnuksessa tehtävien arvovalintojen
ja tuettavien päätöksentekotilanteiden riippuvuuksia pohditaan myös kriittisesti.
Maankäytön vaikutusindikaattorien käytön voidaan todeta olevan välttämätöntä, jotta
eri maankäyttöluokkien vaikutusten erilaisuus voidaan huomioida. Useita avoimia
kysymyksiä kuitenkin liittyy siihen, onnistutaanko menetelmällä osoittamaan
maankäytön ympäristövaikutuksia todenmukaisesti, erityisesti talousmetsämaankäytön
ympäristövaikutusten osalta. Epäselvyyksiä liittyy erityisesti vaikutuksiin luonnon
monimuotoisuuteen ja luonnon ekosysteemipalveluihin, esimerkkeinä veden
puhdistuskyky ja virtaaman hallinta.
Boreaalisen metsän runkopuun energiakäytön ilmastovaikutukset todettiin lyhyellä
aikavälillä suuremmiksi ja pitkällä aikavälillä pienemmiksi kuin niiden fossiilisten
polttoaineiden, joiden poltossa vapautuu vastaava määrä hiilidioksidia. Runkopuun
energiakäytön vaikutus syntyy metsän hiilivarastoille aiheutetuista muutoksista.
Runkopuun energiakäytön ilmastovaikutus todettiin suuremmaksi kuin aiemmat arviot
ovat hakkuutähteiden ja kantojen energiakäytölle. Puuntuotteista havaittiin, että
tuotteen eliniällä on raaka-aineen hakkuutyyppiä (harvennus tai päätehakkuu) suurempi
vaikutus puutuotearvoketjun kokonaisilmastovaikutuksiin. Ilmastoneutraalius vaikuttaa
todennäköiseltä ainoastaan silloin, jos lähes kaikki hakkuussa korjattu puubiomassan
hiili saadaan varastoitua pitkäikäisiin puutuotteisiin.
Maankäytön ympäristövaikutuksia ei pystytä nykymuodossaan mallintamaan riittävän
luotettavasti, eikä niitä pystytä viestimään riittävän yksiselitteisesti päätöksentekijöille.
Tiedeyhteisön on jatkettava mallinnuskehikon parantamista. Päätöksentekijöille on
viestittävä erityisen selkeästi, ettei tiedetä riittävän luotettavasti, voivatko paljon maaalaa
vaativat toiminnot auttaa saavuttamaan tiukat globaalin ympäristönmuutoksen
hillinnän tavoitteet.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [1036]