Integrated climatic impacts of forestry and fibre-based packaging

The purpose of this study was to examine the integrated climatic impacts of forestry and the use fibre-based packaging materials. The responsible use of forest resources plays an integral role in mitigating climate change. Forests offer three generic mitigation strategies; conservation, sequestration and substitution. By conserving carbon reservoirs, increasing the carbon sequestration in the forest or substituting fossil fuel intensive materials and energy, it is possible to lower the amount of carbon in the atmosphere through the use of forest resources. The Finnish forest industry consumed some 78 million m3 of wood in 2009, while total of 2.4 million tons of different packaging materials were consumed that same year in Finland. Nearly half of the domestically consumed packaging materials were wood-based. Globally the world packaging material market is valued worth annually some €400 billion, of which the fibre-based packaging materials account for 40 %. The methodology and the theoretical framework of this study are based on a stand-level, steady-state analysis of forestry and wood yields. The forest stand data used for this study were obtained from Metla, and consisted of 14 forest stands located in Southern and Central Finland. The forest growth and wood yields were first optimized with the help of Stand Management Assistant software, and then simulated in Motti for forest carbon pools. The basic idea was to examine the climatic impacts of fibre-based packaging material production and consumption through different forest management and end-use scenarios. Economically optimal forest management practices were chosen as the baseline (1) for the study. In the alternative scenarios, the amount of fibre-based packaging material on the market decreased from the baseline. The reduced pulpwood demand (RPD) scenario (2) follows economically optimal management practices under reduced pulpwood price conditions, while the sawlog scenario (3) also changed the product mix from packaging to sawnwood products. The energy scenario (4) examines the impacts of pulpwood demand shift from packaging to energy use. The final scenario follows the silvicultural guidelines developed by the Forestry Development Centre Tapio (5). The baseline forest and forest product carbon pools and the avoided emissions from wood use were compared to those under alternative forest management regimes and end-use scenarios. The comparison of the climatic impacts between scenarios gave an insight into the sustainability of fibre-based packaging materials, and the impacts of decreased material supply and substitution. The results show that the use of wood for fibre-based packaging purposes is favorable, when considering climate change mitigation aspects of forestry and wood use. Fibre-based packaging materials efficiently displace fossil carbon emissions by substituting more energy intensive materials, and they delay biogenic carbon re-emissions to the atmosphere for several months up to years. The RPD and the sawlog scenarios both fared well in the scenario comparison. These scenarios produced relatively more sawnwood, which can displace high amounts of emissions and has high carbon storing potential due to the long lifecycle. The results indicate the possibility that win-win scenarios exist by shifting production from pulpwood to sawlogs; on some of the stands in the RPD and sawlog scenarios, both carbon pools and avoided emissions increased from the baseline simultaneously. On the opposite, the shift from packaging material to energy use caused the carbon pools and the avoided emissions to diminish from the baseline. Hence the use of virgin fibres for energy purposes, rather than forest industry feedstock biomass, should be critically judged if optional to each other. Managing the stands according to the silvicultural guidelines developed by the Forestry Development Centre Tapio provided the least climatic benefits, showing considerably lower carbon pools and avoided emissions. This seems interesting and worth noting, as the guidelines are the current basis for the forest management practices in Finland.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella metsien käytön ja kuitupohjaisten pakkausmateriaalien yhdistettyä ilmastovaikutusta. Metsien vastuullisella käytöllä on tärkeä rooli ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Metsien avulla pystytään hillitsemään ilmastonmuutosta erilaisin suojelu, hiilensidonta ja hiilen korvaus strategioiden avulla. Nämä keinot perustuvat hiilivarastojen suojeluun, hiilensidonnan lisäämiseen sekä materiaalien substituution, kun energiaintensiivisiä materiaaleja ja fossiilisia energialähteitä korvataan puulla. Näin hiilidioksidin määrää ilmakehässä voidaan laskea. Suomalainen metsäteollisuus kulutti vuonna 2009 noin 78 miljoonaa kuutiota puuta. Samaan aikaan Suomessa kulutettiin yhteensä 2,4 miljoonaa tonnia erilaisia pakkausmateriaaleja. Liki puolet näistä pakkauksista oli puupohjaisia. Maailmanlaajuisesti koko pakkausmateriaalimarkkinat ovat vuotuiselta arvoltaan noin 400 miljoonaa euroa, joista kuitupohjaisten pakkausmateriaalien osuus on 40 %. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys perustuu metsikkötason tasaisen muuttumattoman tilan analyysiin, puuston kasvusta ja tuotoksista. Puustotiedot koottiin Metlan tietokannoista, ja ne koostuivat yhteensä 14:sta Etelä- ja Keski-Suomessa sijaitsevasta metsikkökoealasta. Metsiköiden kasvut ja tuotokset optimoitiin Stand Management Assistant ohjelmiston avulla, jonka jälkeen ne simuloitiin Motti-metsikkösimulaattorissa. Perusideana oli tutkia kuitupohjaisten pakkasmateriaalien käytön ilmastovaikutuksia, vaihtoehtoisten metsänkasvatusten ja loppukäyttöskenaarioiden avulla. Metsänomistajan taloudellinen optimikasvatus valittiin tutkimuksen perusuraksi (1). Vaihtoehtoisissa skenaarioissa kuitupohjaisten pakkausmateriaalien tarjonta laskee perusurasta. Laskenut kuitupuun kysyntä (LKK) skenaario (2) seuraa metsänkasvatuksessa taloudellista optimia, alennetulla kuitupuun hinnalla. Tukkipuuskenaariossa (3) metsänkasvatus on sama kuin LKK:ssa, mutta myös lopputuotteiden keskinäiset suhteet muuttuvat, kysynnän siirtyessä pakkauskuiduista sahatavaraan. Energiaskenaariossa (4) metsäkasvatus seuraa perusuraa, mutta kysyntä siirtyy pakkauskuiduista puun energiakäyttöön. Viimeinen skenaario seuraa metsänkasvatuksessa Tapion (5) hyvän metsänhoidon suosituksia. Ideana on vertailla perusuran hiilivarastoja sekä puutuotteiden kautta saavutettuja vältettyjä päästöjä, vaihtoehtoisten skenaarioiden hiilivarastoihin ja päästöihin. Vertailun avulla selvitetään kuitupohjaisten pakkausmateriaalien merkitystä ilmastolle, ja vähentyneen tarjonnan vaikutusta hiilidioksidivarastoihin ja päästöihin. Tutkimuksen tulokset osoittavat kuitupohjaisten pakkasmateriaalien käytön olevan suotavaa, kun asiaa tarkastellaan ilmastonäkökohdista. Kuitupohjaiset pakkasmateriaalit korvaavat tehokkaasti energiaintensiivisempiä materiaaleja ja hidastavat biogeenisen hiilen palautumista ilmakehään. LKK ja tukkipuuskenaariot pärjäsivät kummatkin vertailussa hyvin. Nämä skenaariot tuottivat suhteessa enemmän tukkipuuta, jonka avulla pystytään välttämään tehokkaasti kasvihuonekaasupäästöjä ja hidastamaan hiilen vapautumista takaisin ilmakehään hyvinkin pitkäksi aikaa. Tulokset viittaavat siihen, että muuttamalla metsiköiden kasvatusta nykyisestä, voisi olla mahdollista kasvattaa metsien että tuotteiden hiilivarastoja, sekä vältettyjä päästöjä yhtäaikaisesti. Kysynnän siirtyminen pakkausmateriaaleista energiakäyttöön sen sijaan laski sekä hiilivarastoja ja vältettyjen päästöjen määrää perusurasta. Jos nämä käyttötarkoitukset ovat materiaalin niukkuuden takia toisensa poissulkevia, tulisi neitsytkuitujen polttamiseen suhtautua kriittisesti, ja mieluummin käyttää raaka-aine metsäteollisuustuotteiden valmistukseen. Metsien kasvatus Tapion hyvän metsänhoidon suositusten mukaan pärjäsi vertailussa huonosti, tarjoten kaikista skenaarioista vähiten ilmastohyötyjä. Tämä on huomionarvoista, sillä nykyinen metsänhoito Suomessa perustuu pitkälti juuri näihin suosituksiin.