Evaluating land-use related environmental impacts of biomass value chains for decision-support : Comparison and testing of methodologies proposed for environmental life cycle assessment

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.