Carbon footprint assessment of a complex product system – Case study from a company in the cryogenics industry

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Chemical Engineering | Master's thesis

Authors

Date

2024-12-22

Department

Major/Subject

Creative Sustainability in Materials and Chemical Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Creative Sustainability

Language

en

Pages

63

Series

Abstract

In response to the urgent need to address climate change and reduce greenhouse gas emissions, industries are increasingly evaluating their environmental impacts to align with global sustainability goals. Product carbon footprint assessments are essential tools in this effort, helping companies identify and mitigate emissions hotspots in their product life cycles. While carbon footprint assessments are well-established for standard consumer goods, there is a growing need to conduct these assessments for more complex technologies, where environmental impacts are often less understood. This study conducts a preliminary carbon footprint assessment of a dilution refrigerator produced by a case company in the cryogenics industry, using a tiered-hybrid life cycle inventory method to navigate the data challenges common to complex product systems that comprise a variety of individual parts. The cradle-to-gate study focuses on emissions from the raw material and component acquisition, transportation, and manufacturing stages. The results reveal a total global warming potential of 98996 kg CO₂ equivalent for the case product. From the life cycle stages, raw material and component acquisition phase overwhelmingly drive the product’s greenhouse gas emissions, accounting for over 90% of the total global warming potential, with metals, particularly aluminium, precious metals, and copper being major contributors. Transportation adds nearly 9%, while the manufacturing phase contributes minimally at less than 1%. While the tiered-hybrid approach enabled the estimation of impacts across the cradle-to-gate life cycle stages, it is important to acknowledge the uncertainties it introduces, particularly challenges related to reliance on financial data, and limitations stemming from sector aggregation in environmentally extended input-output data.

Vastauksena ilmastonmuutoksen torjunnan kiireelliseen tarpeeseen ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen teollisuudenalat arvioivat yhä enemmän ympäristövaikutuksiaan mukautuakseen globaalien kestävän kehityksen tavoitteisiin. Tuotekohtaisten hiilijalanjälkien arvioinnit ovat keskeisiä työkaluja tässä prosessissa, sillä ne auttavat yrityksiä tunnistamaan ja vähentämään tuotteidensa elinkaaren päästöintensiivisiä vaiheita. Hiilijalanjälkiarviointien vakiintuessa tavanomaisille kulutustuotteille myös monimutkaisemmille teknologioille tehtävien arviointien tarve kasvaa, sillä niiden ympäristövaikutukset ovat usein huonommin ymmärrettyjä. Tässä tutkimuksessa suoritetaan alustava hiilijalanjälkilaskenta kryogeeniikka-alan yrityksen valmistamalle jäähdytinjärjestelmälle. Työssä käytetään porrastettua hybridi (tiered-hybrid) -elinkaariarviointimenetelmää helpottamaan monimutkaisille, useista yksittäisistä osista koostuville tuotejärjestelmille tyypillisten tiedonkeruuhaasteiden hallintaa. Kehdosta portille (cradle-to-gate) rajattu laskenta keskittyy raaka-aineiden ja komponenttien hankinnan, kuljetuksen ja tuotannon aiheuttamiin päästöihin. Tulokset osoittavat, että tarkasteltavan tuotteen kokonaisilmastonlämpenemispotentiaali on 98996 kg CO₂-ekvivalenttia. Elinkaaren vaiheista raaka-aineiden ja komponenttien hankinta on ylivoimaisesti suurin kasvihuonekaasupäästöjen lähde, muodostaen yli 90% kokonaisilmastonlämpenemispotentiaalista. Suurimpia päästöjen aiheuttajia ovat metallit, erityisesti alumiini, jalometallit ja kupari. Kuljetuksen osuus on lähes 9%, kun taas tuotantovaiheen osuus jää alle 1%:n. Vaikka tiered-hybrid-metodi mahdollisti päästöjen arvioinnin cradle-to-gate-elinkaaren vaiheille, on tärkeää huomioida siihen liittyvät epävarmuustekijät, erityisesti taloudellisesta datasta johtuvat haasteet sekä ympäristölaajennetun panos-tuotosanalyysin sektoriluokitteluun liittyvät rajoitteet.

Description

Supervisor

Hughes, Mark

Thesis advisor

Laine, Mia

Keywords

product carbon footprint, CFP, life cycle assessment, LCA, global warming potential, GWP, EEIOA, exiobase

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501221632

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM