Local systems, global impacts : Using life cycle assessment to analyse the potential and constraints of industrial symbioses

Human activities extract and displace different substances and materials from the earth s crust, thus causing various environmental problems, such as climate change, acidification and eutrophication. As problems have become more complicated, more holistic measures that consider the origins and sources of pollutants have been called for. Industrial ecology is a field of science that forms a comprehensive framework for studying the interactions between the modern technological society and the environment. Industrial ecology considers humans and their technologies to be part of the natural environment, not separate from it. Industrial operations form natural systems that must also function as such within the constraints set by the biosphere. Industrial symbiosis (IS) is a central concept of industrial ecology. Industrial symbiosis studies look at the physical flows of materials and energy in local industrial systems. In an ideal IS, waste material and energy are exchanged by the actors of the system, thereby reducing the consumption of virgin material and energy inputs and the generation of waste and emissions. Companies are seen as part of the chains of suppliers and consumers that resemble those of natural ecosystems. The aim of this study was to analyse the environmental performance of an industrial symbiosis based on pulp and paper production, taking into account life cycle impacts as well. Life Cycle Assessment (LCA) is a tool for quantitatively and systematically evaluating the environmental aspects of a product, technology or service throughout its whole life cycle. Moreover, the Natural Step Sustainability Principles formed a conceptual framework for assessing the environmental performance of the case study symbiosis (Paper I). The environmental performance of the case study symbiosis was compared to four counterfactual reference scenarios in which the actors of the symbiosis operated on their own. The research methods used were process-based life cycle assessment (LCA) (Papers II and III) and hybrid LCA, which combines both process and input-output LCA (Paper IV). The results showed that the environmental impacts caused by the extraction and processing of the materials and the energy used by the symbiosis were considerable. If only the direct emissions and resource use of the symbiosis had been considered, less than half of the total environmental impacts of the system would have been taken into account. When the results were compared with the counterfactual reference scenarios, the net environmental impacts of the symbiosis were smaller than those of the reference scenarios. The reduction in environmental impacts was mainly due to changes in the way energy was produced. However, the results are sensitive to the way the reference scenarios are defined. LCA is a useful tool for assessing the overall environmental performance of industrial symbioses. It is recommended that in addition to the direct effects, the upstream impacts should be taken into account as well when assessing the environmental performance of industrial symbioses. Industrial symbiosis should be seen as part of the process of improving the environmental performance of a system. In some cases, it may be more efficient, from an environmental point of view, to focus on supply chain management instead.  

Ihminen louhii ja siirtää erilaisia aineita ja materiaaleja maaperästä aiheuttaen samalla monia ympäristöongelmia, kuten ilmaston lämpenemistä, happamoitumista ja rehevöitymistä. Ongelmien tullessa monimutkaisemmiksi, on syntynyt tarve kokonaisvaltaisemmille menetelmille, jotka huomioivat saasteiden lähteen. Teollinen ekologia on tieteenala, joka tarjoaa kokonaisvaltaisen viitekehyksen modernin teknologisen yhteiskunnan ja ympäristön välisen vuorovaikutuksen tutkimiseen. Teollisessa ekologiassa yhteiskunnan ajatellaan olevan osa luonnonympäristöä eikä erillinen siitä. Teollinen toiminta muodostaa luonnon systeemejä, joiden on toimittava biosfäärin asettamissa rajoissa. Keskeinen käsite teollisessa ekologiassa on teollinen symbioosi. Teollinen symbioosi tutkii materiaalin ja energian virtoja paikallisissa systeemeissä. Ihanteellisessa teollisessa symbioosissa symbioosin toimijat vaihtavat materiaaleja ja energiaa keskenään ja vähentävät siten päästöjä ja jätteitä. Yritykset nähdään kuluttajien ja tuottajien verkostona, joka muistuttaa luonnon ekosysteemiä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli analysoida sellu- ja paperintuotantoon perustuvan teollisen symbioosin ympäristövaikutuksia huomioiden koko elinkaari. Elinkaariarviointi on menetelmä, jolla voidaan arvioida tietyn tuotteen, teknologian tai palvelun koko elinkaaren aikaiset ympäristövaikutukset. Natural Step -kestävyysperiaatteet muodostivat käsitteellisen viitekehyksen tutkimuskohteena olevan symbioosin ympäristövaikutusten arviointiin (osajulkaisu I). Tapaustutkimussymbioosin ympäristövaikutuksia verrattiin neljään teoreettiseen referenssiskenaarioon, joissa symbioosin toimijat toimivat erillään. Käytetyt tutkimusmenetelmät olivat niin sanottu prosessielinkaariarviointi (osajulkaisut II ja III) ja hybridielinkaariarviointi (osajulkaisu IV). Tulokset osoittavat, että symbioosin käyttämien raaka-aineiden louhinnan ja prosessoinnin sekä energian tuotannon ympäristövaikutukset olivat huomattavia. Jos vain suorat päästöt ja raaka-aineiden kulutus olisi huomioitu, yli puolet symbioosin kokonaisympäristövaikutuksistaolisi jäänyt huomioimatta. Kun tuloksia verrattiin referenssiskenaarioihin, voitiin todeta, että symbioosin nettoympäristövaikutukset olivat kaikissa vaikutusluokissa referenssiskenaarioita pienemmät. Tämä johtui pääasiassa energiantuotannosta. Tulokset ovat kuitenkin herkkiä sille, miten vertailuskenaariot määritellään. LCA on hyödyllinen väline teollisten symbioosien kokonaisympäristövaikutusten arviointiin. Raaka-aineiden ja energian tuotannon ympäristövaikutukset tulisi huomioida, kun arvioidaan teollisen symbioosin kokonaisympäristövaikutuksia. Teollinen symbioosi tulisi nähdä yhtenä osana systeemin ympäristövaikutusten hallintaa. Joissakin tilanteissa saattaa olla ympäristön kannalta tehokkaampaa keskittyä hankintaketjun hallintaan teollisen symbioosin sijaan.