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.

Supply base development for life-cycle business

Yritysten liiketoimintamallit ovat jatkuvan kehityksen kohteena. Viimeisinä vuosina valmistavien yhtiöiden kiinnostus huolehtia asiakkaistaan koko tuotteen elinkaaren aikana ja tarjota erilaisia palveluita asiakkailleen on kasvanut. Tämän palvelujen laajentumisen myötä myös vaateet yrityksen omaa toimittajakenttää kohtaan ovat muuttuneet. Yritykset eivät kykene tuottamaan kaikkia tuotteistamiaan palveluja itse, jolloin yrityksen toimittajakenttä ja sen kyvykkyydet tuottaa tarvittavia palveluita ovat avainasemassa yrityksen menestystekijänä. Tämän työn teoriaosuudessa on esitelty toimittajakentän hallinnan perusteorioita. Kirjallisuus osuuden lisäksi työssä on hyödynnetty toimintatutkimusta kohdeyrityksessä. Tässä diplomityössä on tutkittu mahdollisia keinoja kehittää organisaation omaa toimintaa ja sekä yrityksen toimittajakenttää niin, että se tukee liiketoimintamallin kehitystä koneenrakennusyrityksestä kohti elinkaariliiketoimintaa. Työssä esitetyt keinot voidaan ottaa käyttöön, joko yksitellen tai kokonaisuutena.

Novel virtual environment and real-time simulation based methods for improving life-cycle efficiency of non-road mobile machinery

Virtual environments and real-time simulators (VERS) are becoming more and more important tools in research and development (R&D) process of non-road mobile machinery (NRMM). The virtual prototyping techniques enable faster and more cost-efficient development of machines compared to use of real life prototypes. High energy efficiency has become an important topic in the world of NRMM because of environmental and economic demands. The objective of this thesis is to develop VERS based methods for research and development of NRMM. A process using VERS for assessing effects of human operators on the life-cycle efficiency of NRMM was developed. Human in the loop simulations are ran using an underground mining loader to study the developed process. The simulations were ran in the virtual environment of the Laboratory of Intelligent Machines of Lappeenranta University of Technology. A physically adequate real-time simulation model of NRMM was shown to be reliable and cost effective in testing of hardware components by the means of hardware-in-the-loop (HIL) simulations. A control interface connecting integrated electro-hydraulic energy converter (IEHEC) with virtual simulation model of log crane was developed. IEHEC consists of a hydraulic pump-motor and an integrated electrical permanent magnet synchronous motorgenerator. The results show that state of the art real-time NRMM simulators are capable to solve factors related to energy consumption and productivity of the NRMM. A significant variation between the test drivers is found. The results show that VERS can be used for assessing human effects on the life-cycle efficiency of NRMM. HIL simulation responses compared to that achieved with conventional simulation method demonstrate the advances and drawbacks of various possible interfaces between the simulator and hardware part of the system under study. Novel ideas for arranging the interface are successfully tested and compared with the more traditional one. The proposed process for assessing the effects of operators on the life-cycle efficiency will be applied for wider group of operators in the future. Driving styles of the operators can be analysed statistically from sufficient large result data. The statistical analysis can find the most life-cycle efficient driving style for the specific environment and machinery. The proposed control interface for HIL simulation need to be further studied. The robustness and the adaptation of the interface in different situations must be verified. The future work will also include studying the suitability of the IEHEC for different working machines using the proposed HIL simulation method.

Capital investments planning and life cycle simulations for the new valves manufacturing facility in Russia

The focus of the research is on the derivation of the valid and reliable performance results regarding establishment and launching of the new full-scale industrial facility, considering the overall current conditions for the project realization in and out of Russia. The study demonstrates the process of the new facility concept development, with following perfor-mance calculation, comparative analyzes conduction, life-cycle simulations, performance indicators derivation and project`s sustainability evaluation. To unite and process the entire input parameters complexity, regards the interlacing between the project`s internal technical and commercial sides on the one hand, and consider all the specifics of the Russian conditions for doing business on the other hand, was developed the unique model for the project`s performance calculation, simulations and results representation. The complete research incorporates all corresponding data to substantiate the assigned facility`s design, sizing and output capacity for high quality and cost efficient ferrous pipe-line accessories manufacturing, as well as, demonstrates that this project could be suc-cessfully realized in current conditions in Russia and highlights the room for significant performance and sustainability improvements based on the indexes of the derived KPIs.

Life cycle management of TVO nuclear power plant

Tämä diplomityö tutkii eri elinkaarihallinnan menetelmiä ja vertaa niitä TVO:n menetelmiin. Lisäksi TVO:n prosessin ongelmakohdat tunnistetaan ja niihin esitetään ratkaisuja. Vertailukohteina toimii ydinvoimateollisuuden lisäksi vesivoima, fossiiliset voimalaitokset sekä paperiteollisuus. Sähkön hinnan jatkaessa laskuaan on elinkaariajattelusta tullut ajankohtaista myös ydinvoimayhtiöille. Ydinvoimalaitoksien pitkän suunnitellun käyttöiän ansiosta laitoksen elinkaaren aikana voi tapahtua useita asioita, jotka vaikuttavat laitoksen investointitarpeisiin. Turvallisen sähköntuotannon varmistamiseksi eri laitososia on joko muokattava tai uusittava. Elinkaariajatteluun kuuluu tehokas laitoksen kunnon valvonta, laitoksen ikääntymiseen vaikuttavien ilmiöiden tunnistaminen, sekä ikääntymistä hillitsevien toimenpiteiden pitkän tähtäimen suunnittelu. Hyvällä ennakkosuunnittelulla pyritään varmistamaan se, että laitoksella voidaan tuottaa sähköä koko sen jäljellä olevan käyttöiän aikana. Kun tarpeiden tunnistus ja suunnittelu tehdään hyvissä ajoin mahdollistetaan myös investointien optimointi. Paras hyöty pyritään saamaan ajoittamalla oikeat investoinnit oikeaan aikaan.

Activity-based life cycle costing model for cost estimation and monitoring – Case: manned and autonomous dry bulk carrier

Recent developments in automation, robotics and artificial intelligence have given a push to a wider usage of these technologies in recent years, and nowadays, driverless transport systems are already state-of-the-art on certain legs of transportation. This has given a push for the maritime industry to join the advancement. The case organisation, AAWA initiative, is a joint industry-academia research consortium with the objective of developing readiness for the first commercial autonomous solutions, exploiting state-of-the-art autonomous and remote technology. The initiative develops both autonomous and remote operation technology for navigation, machinery, and all on-board operating systems. The aim of this study is to develop a model with which to estimate and forecast the operational costs, and thus enable comparisons between manned and autonomous cargo vessels. The building process of the model is also described and discussed. Furthermore, the model’s aim is to track and identify the critical success factors of the chosen ship design, and to enable monitoring and tracking of the incurred operational costs as the life cycle of the vessel progresses. The study adopts the constructive research approach, as the aim is to develop a construct to meet the needs of a case organisation. Data has been collected through discussions and meeting with consortium members and researchers, as well as through written and internal communications material. The model itself is built using activity-based life cycle costing, which enables both realistic cost estimation and forecasting, as well as the identification of critical success factors due to the process-orientation adopted from activity-based costing and the statistical nature of Monte Carlo simulation techniques. As the model was able to meet the multiple aims set for it, and the case organisation was satisfied with it, it could be argued that activity-based life cycle costing is the method with which to conduct cost estimation and forecasting in the case of autonomous cargo vessels. The model was able to perform the cost analysis and forecasting, as well as to trace the critical success factors. Later on, it also enabled, albeit hypothetically, monitoring and tracking of the incurred costs. By collecting costs this way, it was argued that the activity-based LCC model is able facilitate learning from and continuous improvement of the autonomous vessel. As with the building process of the model, an individual approach was chosen, while still using the implementation and model building steps presented in existing literature. This was due to two factors: the nature of the model and – perhaps even more importantly – the nature of the case organisation. Furthermore, the loosely organised network structure means that knowing the case organisation and its aims is of great importance when conducting a constructive research.

Elinkaarilaskenta prosessiteollisuudessa

Elinkaarilaskenta on vielä melko vähän tutkittu aihealue. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää haastatteluiden avulla prosessiteollisuuden toimijoiden näkemyksiä elinkaarilaskennasta sekä selvittää, käytetäänkö elinkaarilaskentaa muiden laskentamenetelmien rinnalla. Tarkoituksena on myös tutkia elinkaarilaskennan tulevaisuuden näkymiä ja elinkaarilaskentaan liittyvän tietämyksen hallinnan eri tyispiirteitä. Elinkaaren aikaisten kustannusten tarkastelu lisää yritysten tietoutta tuotteen, prosessin tai palvelun aiheuttamista kokonaiskustannuksista. Tietämyksen laajentuminen mahdollistaa muun muassa tehokkaamman ja tarkemman päätöksen teon. Elinkaarilaskennalle tyypilliset pitkät tarkasteluajanjaksot aiheuttavat tietämyksen hallinnalle suuria haasteita. Laskelmissa tarvittavan tiedon keruu onkin aikaa ja resursseja kuluttavaa. Tällä hetkellä elinkaarilaskenta ei ole laajalti käytössä. Yritykset ovat kuitenkin kiinnostuneita sen tuomista mahdollisuuksista ja uskovat, että sille on tarvetta tulevaisuudessa. Tutkimuksen pohjalta voidaankin todeta, että tietoisuus elinkaari laskennasta on kasvamassa ja sen käyttö yleistymässä.

Jäähdytysjärjestelmän vaikutus kiinteistön elinkaaren aikaisiin tuottoihin

Ilmastoinnin jäähdytys yleistyy toimisto- ja hotellikiinteistöissä jatkuvasti. Perinteinen tapa tuottaa jäähdytysenergia on kiinteistökohtainen vedenjäähdytysjärjestelmä. Helsingissä on ollut vuodesta 2000 lähtien mahdollista liittyä Helsingin energian kaukojäähdytysverkostoon. Jäähdytysjärjestelmien ominaisuudet poikkeavat toisistaan ja niistä aiheutuu kiinteistönomistajalle erilaisia kustannuksia. Kiinteistöstä saataviin tuottoihin vaikuttaa kustannusten lisäksi vuokralaisen tyytyväisyys. Tämän vuoksi työssä selvitettiin vuokralaisen tarpeet jäähdytysjärjestelmälle haastattelemalla vuokralaisen edustajia. Tässä diplomityössä vertaillaan kaukojäähdytyksen ja kiinteistökohtaisen jäähdytysjärjestelmän kustannuksia, sekä vaikutuksia kiinteistön elinkaarituottoihin kiinteistönomistajan näkökulmasta. Kerättyjen kustannusten perusteella suoritetaan elinkaarikustannuslaskenta GaBi-ohjelmalla. Vuokralaisen tarpeista jäähdytysjärjestelmälle tunnistetaan olennaisiksi toimintavarmuus, ympäristöystävällisyys sekä hiljainen äänitaso. Nämä ovat lisäarvotekijöitä, joille työssä määritetään painoarvo ja jotka huomioidaan laskennassa. Diplomityö osoitti kaukojäähdytyksen kannattavaksi vaihtoehdoksi kiinteistökohtaiselle järjestelmälle, kun huomioidaan hankinta- ja käyttökustannusten lisäksi asennustöiden, käyttöönoton, huollon ja kunnossapidon sekä loppusijoituksen kustannukset. Myös valikoituneet lisäarvotekijät puoltavat kaukojäähdytystä ja niiden kompensointi lisää kiinteistökohtaisen järjestelmän kustannuksia.

Koneinvestointien elinkaarikustannusmalli

Työn tavoitteena oli rakentaa käyttökelpoinen elinkaarikustannusmalli, jonka avulla voidaan arvioida investoitavien uusien koneiden elinkaaren aikaisia kustannuksia. Elinkaarikustannusmalli on rakennettu Microsoft Excel -ohjelman avulla. Mallin tavoitteena oli saada tarkempaa tietoa koneiden aiheuttamista elinkaarikustannuksista. Aiemmin tällaista mallia ei ole ollut käytössä, vaan investointien paremmuutta on paljolti verrattu takaisinmaksuajan ja hankintahinnan perusteella. Työssä hyödynnetään investointi- ja elinkaarilaskennan teorioita elinkaarikustannusmallin rakentamiseen. Työn empiirisessä osiossa käydään läpi, miten elinkaarikustannusmalli on rakennettu ja millaisia ominaisuuksia malli sisältää. Empiirisessä osassa myös testataan rakennetun mallin toimivuutta ja lasketaan elinkaarikustannukset yhdelle koneinvestoinnille. Teoriaosuudessa käsiteltiin myös elinkaarituottoja mallin jatkokehityksen kannalta. Työn tuloksena saatiin rakennettua käyttökelpoinen elinkaarikustannusmalli, jonka ominaisuuksina ovat sen helppo käyttö ja yksinkertaisuus. Mallia voidaan käyttää useammalle koneinvestointivaihtoehdolle samanaikaisesti ja sitä voidaan helposti laajentaa tulevaisuudessa.

Survival and Quality of Life among Patients with Severe Lower Extremity Peripheral Arterial Disease

Lower extremity peripheral arterial disease (PAD) is associated with decreased functional status, diminished quality of life (QoL), amputation, myocardial infarction, stroke, and death. Nevertheless, public awareness of PAD as a morbid and mortal disease is low. The aim of this study was to assess the incidence of major lower extremity amputation due to PAD, the extent of reamputations, and survival after major lower extremity amputation (LEA) in a population based PAD patient cohort. Furthermore, the aim was to assess the functional capacity in patients with LEA, and the QoL after lower extremity revascularization and major amputation. All 210 amputees due to PAD in 1998–2002 and all 519 revascularized patients in 1998–2003 were explored. 59 amputees alive in 2004 were interviewed using a structured questionnaire of QoL. Two of each amputee age-, gender- and domicile-matched controls filled in and returned postal self-administered QoL questionnaire as well as 231 revascularized PAD patients (the amount of these patients who engaged themselves to the study), and one control person for each patient completed postal self-administered QoL questionnaire. The incidence rate of major LEA was 24.1/100 000 person-years and it was considerably high during the years studied. The one-month mortality rate was 21%, 52% at one-year, and the overall mortality rate was 80%. When comparing the one-year mortality risk of amputees, LEAs were associated with a 7.4-fold annual mortality risk compared with the reference population in Turku. Twenty-two patients (10%) had ipsilateral transversions from BK to AK amputation. Fifty patients (24%) ended up with a contralateral major LEA within two to four amputation operations. Three bilateral amputations were performed at the first major LEA operation. Of the 51 survivors returning home after their first major LEA, 36 (71%) received a prosthesis; (16/36, 44%) and were able to walk both in- and outdoors. Of the 68 patients who were discharged to institutional care, three (4%) had a prosthesis one year after LEA. Both amputees and revascularized patients had poor physical functioning and significantly more depressive symptoms than their controls. Depressive symptoms were more common in the institutionalized amputees than the home-dwelling amputees. The surviving amputees and their controls had similar life satisfaction. The amputees felt themselves satisfied and contented, whether or not they lived in long-term care or at home. PAD patients who had undergone revascularizations had poorer QoL than their controls. The revascularized patients’ responses on their perceived physical functioning gave an impression that these patients are in a declining life cycle and that revascularizations, even when successful, may not be sufficient to improve the overall function. It is possible that addressing rehabilitation issues earlier in the care may produce a more positive functional outcome. Depressive symptoms should be recognized and thoroughly considered at the same time the patients are recovering from their revascularization operation. Also primary care should develop proper follow-up, and community organizations should have exercise groups for those who are able to return home, since they very often live alone. In rehabilitation programs we should consider not only physical disability assessment but also QoL.

LM-vesiturbiinin tuotteistaminen

Tämän työn tarkoituksena on kehittää LM-vesiturbiini tuotantoon soveltuvaksi, käytöltään pitkäikäiseksi ja helposti huollettavaksi tuotesarjaksi. Työn ohjaavana runkona on käytetty VDI-Richtlinie 2221: 'Kehitystyön ja konstruoinnin yleinen kulku', mukaista järjestelmää. Lisäksi on käytetty valmistuksellista modulointia tuotteen osien suunnittelussa. Erityisesti on huomioitu tuotteen koko elinkaaren aikaiset kustannukset (LCC) ja sen vaatimukset mitoitukseen. LM-vesiturbiinistaon kehitetty kolmen erikokoisen laitteiston tuotesarja. Tuoteperheen yksittäisistä sylinteriryhmistä voidaan koota joustavasti erikokoisia ja -tehoisia energiantuotantoyksiköitä, jotka soveltuvat käyttöön hyvin pieniinkin virtauksiin ja putouskorkeuksiin. Piensarjatuotantoon hyvin soveltuvat materiaalit on valittu silmälläpitäen mahdollisimman edullista kokonaiskustannusta. Kiertomäntä laitteiston toiminnan kannalta tärkeimpänä ja siten vaativimpana osana on edellyttänyt laserhitsausta ja -leikkausta sekä koekappaleiden valmistusta, joiden perusteellalopulliseen rakenteeseen on päädytty. Mitoitus perustuu perinteisiin lujuuslaskentamenetelmiin, joiden avulla eri osien kestävyys käyttöolosuhteissa on pyrittysaamaan luotettavaksi vähintään 20 vuoden kestoiälle ja väsymiskestävyyteen käytön aikaisissa vaihtelevissa olosuhteissa. Kiertomäntä on ns. kevytrakenne koostuen ohutlevykennorakenteesta ja täytteenä olevasta kompound-materiaalista.

Vaatetus- ja tekstiilimateriaalien ekologinen elinjakson hallinta Talousvarikon toiminnoissa

Tämän case -tutkimuksen tarkoituksena on kartoittaa tekstiili- ja vaatetusmateriaalien ekologista elinjakson hallintaa Talousvarikon toiminnoissa ja tutkimalla mahdollisuuksia soveltaa saatuja tuloksia. Talousvarikko on Puolustusvoimien Materiaalilaitoksen alainen järjestelmävastuuvarikko, jonka tehtävänä on varusmiesten ja kadettien vaatetuksen hankinta- ja ylläpitotoiminnot. Talousvarikko jakautuu neljälle paikkakunnalle. Hämeenlinnassa on hankinta-, hallinto- ja materiaaliosasto. Säkylässä, Mikkelissä ja Sodankylässä ovat vaatetuskorjaamot. Tekstiilimateriaalien elinkaariajattelussa tarkastellaan raaka-aineiden jaottelua ja maailman kuitutuotantoa. Tekstiilikuidut jaotellaan luonnon- ja tekokuituihin. Luonnonkuidut ovat pääosin luonnon raaka-aineita ja tekokuidut ovat synteettisesti valmistettuja. Tekstiilikuitujen- ja materiaalien vaikutus ekologiseen elinjakson hallinnan vaiheisiin on riippuvainen raaka-aineidenalkuperästä. Vaatetus- ja tekstiilimateriaalin elinkaari muodostuu tuotekehityksestä, hankinnasta, valmistuksesta, käytöstä, huollosta ja hylkäyksestä. Ekologista elinjakson hallintaa tarkastellaan materiaalivirta- ja elinkaarianalyysien kautta. Elinkaarianalyysin tarkastelu painottuu vaikutusluokkien arvottamiseen ja materiaalivirta-analyysissä tarkastellaan ainevirtoja ja sitä kautta jätteiden määrän vähentämistä. Joutsenmerkin valintakriteerien pohjana on aina tuotteiden elinkaarianalyysi. Joutsenmerkin valintakriteerien soveltaminen Talousvarikon toimintoihin vaatetus- ja tekstiilimateriaalin elinkaaren jokaisessa vaiheessa antaa mahdollisuuden lisätä ekologista elinkaaren hallintaa Talousvarikon toiminnoissa. Ympäristönäkökohtien huomioiminen tuotekehityksessä ja hankinnoissa antaa mahdollisuuden tehdä tilauksia / sopimuksia yhteiskuntavastuullisilta yrityksiltä huomioiden valmistuksen yhdeksi osaksi hankinta ja logistiikka pääprosessia.