Life cycle assessment on vertical farming

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-01-28
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
39+1
Series
Abstract
Growing population, the effects of climate change, and dietary transition towards higher consumption of meat, fruits and vegetables are setting pressure to the current food production technology. The existing production efficiency should be increased significantly, and in addition, new technologies should be developed to support the existing agriculture and increase the total food production efficiency. Indoor vertical farming provides a technology to produce food crops extremely high-efficiently in terms of land use. The technology has been discussed as one of the megatrends of the 21st century. This thesis discusses vertical farming from the perspective of resource use efficiency and environmental impacts. Research shows that as a closed system, vertical farming consumes less water, CO2 and fertilizers compared to conventional cultivation systems. On the other hand, performing photosynthesis with artificial light increases the energy consumption. This study uses Life Cycle Assessment (LCA) for achieving comparable results of the environmental impacts of vertical farming and conventional farming. LCA is a tool for understanding environmental impacts of a process or a product. It is an ISO-standardized procedure that is conducted according to the certain guideline. According to the results of this study, Global Warming Potential (GWP) of vertical farming depends highly on the source of the energy and slightly on the location. Vertical farming is significantly more energy-intensive compared to conventional horticulture but emissions can be mitigated by applying non-fossil energy. However, in a larger scale, higher energy consumption may hinder the global transition towards non-fossil energy. Water and CO2 consumption are highly linked to the rate of ventilation and thus the difference between a closed greenhouse and a vertical farm is relatively small. In the land use efficiency, vertical farming is outstanding.

Väestönkasvu, ilmastonmuutoksen vaikutukset sekä kehittyvissä maissa tapahtuva ruokavalion muutos kohti lisääntyvää lihan, hedelmien ja vihannesten kulutusta aiheuttavat merkittävää painetta nykyiselle ruoantuotantoteknologialle. Kasvavan väestön ruokkiminen ennustettavan ruokavalion mukaisesti edellyttää nykyisten ruoantuotantomenetelmien maankäytön tehostamista sekä uusia resurssitehokkaita ruoantuotantoteknologioita. Kerrosviljely edustaa modernia tuotantomenetelmää, jossa perinteisiin kasvatusmenetelmiin verrattuna erittäin korkea maankäytön tehokkuus mahdollistaa kasvatuksen tuomisen lähelle ihmistä. Urbaanista ruoantuotannosta onkin puhuttu 2000-luvun megatrendinä. Tämä tutkimus käsittelee kerrosviljelyä resurssitehokkuuden ja ympäristövaikutusten näkökulmasta. Tutkimukset osoittavat, että suljettuna systeeminä kerrosviljelmä kuluttaa tavanomaista viljeljelytekniikkaa vähemmän vettä, hiilidioksidia ja lannoitteita. Toisaalta fotosynteesin tuottaminen keinovalolla vaatii merkittävän määrän energiaa. Kerrosviljelyn ja perinteisen viljelyn aiheuttaminen ympäristövaikutusten vertailu edellyttää vertailevan elinkaariarvioinnin toteuttamista. Elinkaariarviointi on työkalu tuotteiden ja prosessien ympäristövaikutusten ymmärtämiseen. Se on ISO-standardoitu prosessi, jonka osaprosessit suoritetaan tarkoin määritetyn ohjeistuksen mukaan. Tämän työn elinkaariarviointi osoittaa, että kerrosviljelyn ilmastovaikutus riippuu vahvasti energian tuotantomuodosta sekä osittain myös viljelmän maantieteellisestä sijainnista. Kerrosviljely on selkeästi perinteistä kasvihuoneviljelyä energiaintensiivisempää, mutta tuotannon kasvihuonepäästöt vähenevät merkittävästi mikäli energia perustuu johonkin muuhun tuotantotapaan kuin fossiilisiin polttoaineisiin. Gobaalilla tasolla kasvavan energiankulutuksen voidaan nähdä kuitenkin hidastavan fossiilisista polttoaineista eroon pääsyä. Veden- ja hiilidioksidin kulutus ovat vahvasti kytköksissä ilmanvaihdon tehokkuuteen kasvutilassa ja siten lähes täysin suljetun kasvihuoneen ja kerrosviljelmän ero niiden kohdalla suhteellisen pieni. Maankäytön tehokkuudessa, kerrosviljely on kuitenkin ylivoimainen kasvihuoneviljelyyn verrattuna.
Description
Supervisor
Kummu, Matti
Thesis advisor
Tuomisto, Hanna
Keywords
vertical farming, life cycle assessment, LCA, environmental impact, indoor farming, agriculture
Other note
Citation