Challenges of an LCA based decision making framework – the case of EU sustainability criteria for biofuels

Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2016-06-15
Author
Date
2016
Department
Konetekniikan laitos
Department of Mechanical Engineering
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
71 + app. 59
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 85/2016, VTT Science, 128
Abstract
The European Union (EU) has set a 10% target for renewable energy in transportation by 2020 in its Renewable Energy Directive (RED). The EU has also set sustainability criteria for biofuels, including a greenhouse gas (GHG) calculation method to study the emission saving gained by biofuels compared to fossil fuels. Only biofuels accepted by these criteria can contribute to the renewable energy targets and benefit from national support systems. The GHG calculation method is an application of life cycle assessment (LCA) framework, which is often used to study the environmental impacts of biofuels. This thesis aims to analyse how a tool based on LCA framework can support decision making on biofuels in policy context and what are the challenges encountered.  Even though LCA is a widely applied tool for evaluating the environmental im-pacts of products, several challenges remain – for example related to system boundary setting, allocation procedure, and parameter assumptions. In policy context, the needed simplifications of the LCA framework create an extra chal-lenge. The results of this study show that the current RED GHG assessment method cannot alone guarantee the climate change mitigation benefits due to biofuel use. Therefore, several suggestions to develop the RED GHG criteria are given. General clarification of the RED guidelines concerning the interpretation problems, appropriate data, and cut-off criteria is needed. The uncertainty of the GHG results needs to be acknowledged, as LCA always present only an estima-tion of the real world. Economic allocation could be used instead of energy allocation, in order to clarify the economic causality of the analysed systems as well as the double counting rule of the RED for waste and residue based feedstocks. An important addition to the current RED method is to recognize the significance of potential loss of ecosystem carbon stocks and additional carbon sequestration related to bioenergy chains. This can be done by including the land use reference system in bioenergy LCA. The RED sustainability criteria and the EU bioenergy policy should be further developed in order to guarantee the use of most climate beneficial bioenergy options.

Euroopan unioni (EU) on Uusiutuvan energian direktiivissään (RED) asettanut 10 %:n tavoitteen uusiutuvan energian käytölle liikennesektorilla vuoteen 2020 mennessä. Tavoitteen lisäksi EU on julkaissut biopolttoaineille kestävyyskriteereitä, joihin sisältyy kasvihuonekaasupäästöjen (khk-päästö) laskentamenetelmä biopolttoaineiden päästövähennyksen määrittämiseen fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna. Ainoastaan kestävyyskriteerit täyttävät biopolttoaineet lasketaan mukaan uusiutuvan energian tavoitteisiin ja voivat hyötyä kansallisista tukijärjestelmistä. Khk-päästöjen laskentamenetelmä perustuu elinkaariarviointiin (LCA), jota käytetään usein biopolttoaineiden kestävyyden määrittelyssä. Tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten elinkaariarviointiin perustuva työkalu sopii biopolttoaineisiin liittyvään politiikkasidonnaiseen päätöksentekoon ja mitä haasteita arviointiin liittyy.  Vaikka elinkaariarviointia on käytetty laajasti tuotteiden ympäristövaikutusten arviointiin, menetelmään sisältyy edelleen haasteita liittyen esimerkiksi järjestel-märajaukseen, päästöjen allokointiin eri tuotteiden välillä sekä laskentaparametrien määrittelyyn. Kun elinkaariarviointia käytetään poliittisessa päätöksenteossa, tarvittavat yksinkertaistukset voivat lisätä menetelmään liittyviä haasteita. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, ettei RED:n khk-laskentamenetelmä yksin riitä biopolttoaineiden ilmastohyötyjen varmistamiseen. Työssä annetaan kriteeristölle useita kehitysehdotuksia. RED:n laskentaohjeistusta tulisi selkeyttää liittyen laskentamenetelmän tulkintaan, lähtötietojen hyväksyttävyyteen sekä niiltä vaadittavaan tarkkuustasoon. Khk-laskentaan liittyvät epävarmuudet tulisi tunnistaa ja huomioida, sillä elinkaariarviointi esittää aina vain arvion todellisuudesta. Hintaperusteisen allokaation soveltaminen energia-allokoinnin sijaan selkeyttäisi tuotteiden välisiä taloudellisia syy-seuraus suhteita sekä RED:n tuplalaskentasääntöä jäte- ja tähdepohjaisille raaka-aineille. Tärkeä lisäys RED:n khk-laskentaan olisi tunnistaa bioenergian tuotantoon liittyvät mahdolliset ekosysteemien hiilivarastojen vähenemät ja menetetty hiilensidonta. Nämä vaikutukset voidaan tunnistaa huomioimalla maankäytön vertailutilanne bioenergian elinkaariarvioinnissa. RED:n kestävyyskriteereitä ja EU bioenergiapolitiikkaa tulisi edelleen kehittää, jotta taattaisiin tehokkaimmin ilmastonmuutoksen hillintää tukevien bioenergiajärjestelmien käyttö.
Description
Supervising professor
Syri, Sanna, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland
Thesis advisor
Soimakallio, Sampo, Finnish Environment Institute (SYKE), Finland
Keywords
LCA, biofuel, sustainability criteria, EU, uncertainty, system boundary, reference land use, elinkaariarviointi, biopolttoaineet, kestävyyskriteerit, epävarmuus, järjestelmärajaus, maankäytön vertailutilanne
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Soimakallio, S. Koponen, K. 2011. How to ensure greenhouse gas emission reductions by increasing the use of biofuels? – Suitability of the European Union sustainability criteria. Biomass and Bioenergy, vol. 35, no. 8, pp. 3504-3513.
    DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.04.041 View at publisher
  • [Publication 2]: Koponen K., Soimakallio, S., Tsupari, E., Thun, R., Antikainen, R. 2013. GHG emission performance of various liquid transportation biofuels in Finland in accordance with the EU sustainability criteria. Applied Energy 102, 440–448.
    DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.07.023 View at publisher
  • [Publication 3]: Holma A., Koponen K., Antikainen R., Lardon L., Leskinen P., Roux P. Current limits of life cycle assessment framework in evaluating environmental sustainability – case of two evolving biofuel technologies. Journal of Cleaner Production. Volume 54, 1 September 2013, Pages 215–228.
    DOI: 10.1016/j.jclepro.2013.04.032 View at publisher
  • [Publication 4]: Koponen K., Soimakallio S. 2015. Forgone carbon sequestration due to land occupation for agro-bioenergy – the case of Finland. International Journal of Life Cycle Assessmen, Volume 20, Issue 11, pp 1544-1556.
    DOI: 10.1007/s11367-015-0956-x View at publisher
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-6795-7
Collections
[diss] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG