Cities as carbon sinks - biogenic carbon sequestration and storage
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2024-12-13
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
80 + app. 176
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 261/2024
Abstract
In an era marked by escalating environmental and social crises, transforming urban systems is necessary. Currently, urban environments epitomise the degenerative impacts of anthropogenic activities—net-consumers of natural resources and ecosystem functions, contributing little to their production. However, this need not be the case. By harnessing the internal transformative capacity of the built environment, urban systems can contribute to environmental benefits. This dissertation explores biogenic carbon sequestration and storage (CSS) in redefining the built environment's role in climate regulation, embodying restorative and regenerative urban planning principles. Integrating natural and built structures, the research explores enhancing carbon sink capacity within urban landscapes, offering mitigation and adaptation benefits in the face of rapid urbanisation and accelerating climate change. The research presents a case study of biogenic CSS capacity in the built environment. It employs theoretical and empirical approaches, broad literature reviews, and precise case studies to build the key findings and main argument. The research uses quantitative and qualitative perspectives, mixing them to increase the robustness and credibility of the presented causal argumentation. The ensuing results are reflected upon the identified theoretical and conceptual frameworks and used to draw connections across all the studied scopes, accounting for inherent limitations, uncertainties, and potential weak points in the adopted research approach. Through this comprehensive analysis, the dissertation concludes that significant capacity exists for biogenic CSS improvement in the built environment. Integrating natural and built components into the urban carbon pool by increasing green space and canopy cover, using biogenic materials, and mimicking natural ecosystems' structure and functions presents potential to match or exceed pre-development CSS rates. This requires considering intertwined causal drivers, suggesting that increasing the carbon sink capacity of the built environment is best achieved in tandem with broader urban sustainability transformation. However, contemporary planning and development strategies characterised by simple heuristics often fail to harness this potential. The findings propose that these strategies inadvertently compromise the ecological quality of the built environment by neglecting urban complexity and its functionalities. Thus, the dissertation argues for a fundamental shift in urban planning and development strategies—from singular, performance-targeted approaches to holistic, multicriteria perspectives that embrace urban systems' complexity. The thesis significantly contributes to advancing urban carbon accounting discourse, conceptualising cities as active producers of carbon sink capacity.Aikana, jota leimaavat kiihtyvät ympäristö- ja yhteiskunnalliset kriisit, rakennetun ympäristön muutos on välttämätön. Nykyisessä muodossaan kaupungit ovat luonnonvarojen ja ekosysteemipalveluiden nettokuluttajia. Näin ei kuitenkaan tarvitse olla asian laita. Rakennetun ympäristön muutoskapasiteettia hyödyntämällä kaupunkimiljööt voivat tuottaa myös selkeitä ympäristöhyötyjä. Tämä väitöskirja tutkii biogeenisen hiilensidonnan ja -varastoinnin roolia rakennetun ympäristön tuottamana ilmastohyötynä, peilaten ennallistavan ja uudistavan kaupunkisuunnittelun periaatteita. Tutkimus tarkastelee mahdollisuuksia kasvattaa kaupunkiympäristöjen hiilinielukapasiteettia, tarjoten mahdollisuuksia kiihtyvän ilmastonmuutoksen ja kaupungistumisen vaikutusten hillitsemiseen. Väitöskirja esittelee tapaustutkimuksen rakennetun ympäristön biogeenisestä hiilensidonta- ja varastokapasiteetista. Työ käyttää sekä teoreettisia että empiirisiä lähestymistapoja keskeisten löydöstensä ja pääväitteensä esittämiseen. Tutkimuksessa hyödynnetään lisäksi sekä kvantitatiivisia että kvalitatiivisia menetelmiä, mikä lisää esitetyn kausaaliargumentaation uskottavuutta. Tuloksia tarkastellaan teoreettisten ja käsitteellisten viitekehysten kautta, huomioiden tutkimusasetelmaan liittyvät rajoitteet, epävarmuudet ja heikkoudet. Analyysin perusteella väitöskirja toteaa, että rakennetussa ympäristössä on merkittävää potentiaalia biogeenisen hiilinielukapasiteetin kasvattamiseksi. Yhdistämällä luonnollisia ja rakennettuja komponentteja toisiinsa, esimerkiksi lisäämällä viher- ja latvuspeittävyyttä, käyttämällä luontopohjaisia rakennusmateriaaleja, sekä jäljittelemällä ekosysteemien toimintamekanismeja, kaupunkiympäristöt voivat saavuttaa tai ylittää rakentamistaan edeltävän hiilensidonta- ja varastokapasiteetin. Tämä vaatii laaja-alaisten, toisiinsa kietoutuneiden taustamuuttujien huomioimista sekä rakennetun ympäristön hiilinielukapasiteetin kasvattamista yhdistettynä laajempaan kaupunkiympäristön kestävyysmurrokseen. Nykyiset kaupunkisuunnittelun strategiat perustuvat kuitenkin liian usein yksinkertaisiin heuristiikkoihin eivätkä kykene valjastamaan tätä potentiaalia. Tulokset osoittavat, että nämä strategiat voivat tahattomasti vaarantaa rakennetun ympäristön hiilinielukapasiteetin, kun moniulotteisuuden merkitys jää huomioimatta. Väitöskirja puoltaakin muutosta kaupunkisuunnittelun strategioihin – suorituskykyä ja tehokkuusajattelua korostavista lähestymistavoista tulisi siirtyä kohti holistisia, monikriteerisiä ja paikallisesti sovitettuja näkökulmia. Väitöskirja tuottaa merkittävän uuden kontribuution kaupunkien hiilibudjetteihin liittyvän keskustelun edistämiseksi, havainnollistaen kaupungit aktiivisina hiilinielukapasiteetin tuottajina.Description
Supervising professor
Junnila, Seppo, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland; Heinonen, Jukka, Prof., University of Iceland, Iceland; Ottelin, Juudit, Assoc. Prof., Norwegian University of Technology, NorwayThesis advisor
Ottelin, Juudit, Assoc. Prof., Norwegian University of Technology, NorwayKeywords
carbon sequestration, carbon storage, regenerative built environment, climate regulation, urban planning, hiilen sidonta, hiilen varastointi, uudistava rakennettu ympäristö, ilmastonmuutos, kaupunkisuunnittelu
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Kinnunen, Antti; Talvitie, Ilmari; Ottelin, Juudit; Heinonen, Jukka; Junnila, Seppo. 2022. Carbon sequestration and storage potential of urban residential environment – A review. Sustainable Cities and Society 84 (2022), 104027.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202208104690DOI: 10.1016/j.scs.2022.104027 View at publisher
-
[Publication 2]: Bjånesøy, Stavroula; Kinnunen, Antti; Einarsdóttir, Hulda; Heinonen, Jukka. 2023. Carbon storage in the built environment: a review. Environmental Research: Infrastructure and Sustainability 3 (4), 042003.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202401171457DOI: 10.1088/2634-4505/ad139f View at publisher
-
[Publication 3]: Talvitie, Ilmari; Kinnunen, Antti; Amiri, Ali; Junnila, Seppo. 2022. Can future cities grow a carbon storage equal to forests? Environmental Research Letters 18 (4), 044029.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202304262889DOI: 10.1088/1748-9326/acc677 View at publisher
-
[Publication 4]: Leppänen, Paula-Kaisa; Kinnunen, Antti; Hautamäki, Ranja; Järvi, Leena; Havu, Minttu; Junnila, Seppo; Tahvonen, Outi. 2024. Impact of changing urban typologies on residential vegetation and its climate-effects – A case study from Helsinki, Finland. Urban Forestry & Urban Greening, 96 (2024), 128343.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406124268DOI: 10.1016/j.ufug.2024.128343 View at publisher
- [Publication 5]: Kinnunen, Antti; Hautamäki, Ranja; Junnila, Jaana; Jalkanen, Joel; Järvi, Leena; Kulmala, Liisa; Lampinen, Jussi; Havu, Minttu; Junnila, Seppo; Raymond, Christopher. 2024. Assessing the implications of EU Nature Restoration Law targets from carbon sequestration and biodiversity perspectives in a high-green urban environment. Submitted to npj Urban Sustainability.