LAYMAN S REPORT LCA IN LANDSCAPING LIFE09 ENV FI 000570 Application of LCA for sustainable green cover management using waste derived materials Natural Resources Institute Finland (Luke) (until 31.12.2014 MTT Agrifood Research Finland) HAMK University of Applied Sciences Viherrakenne Jaakkola Ltd The Finnish Association of Landscape Industries Project Duration: 1.9.2010-31.12.2014 Total cost 863 188. EU contribution 420 316 Contact: Oiva Niemeläinen Natural Resources Institute Finland, Planta FI-31600 Jokioinen. Email: oiva.niemelainen@luke.fi; www.lcainlandscaping.fi 1
Hankkeessa edistettiin kierrätysmateriaalien käyttämistä viherrakentamisessa. Toisena tavoitteena oli selvittää kierrätysmateriaalien käytön ympäristövaikutuksia viherrakentamisessa. Tarkastelun mahdollistamiseksi kehitettiin elinkaarilaskennan soveltamista viherrakentamiseen. Kolmanneksi hanke tuotti kustannushyötytarkastelun kierrätysmateriaalien käytöstä viherrakentamisessa. Hanke edistää vähähiiliseen yhteiskuntaan pääsemistä ja kiertotalouden toteuttamista. Viherrakentaminen on keskeinen tapa hyödyntää jätevesilietteitä ja edistää ravinteiden kierrätystä. Kompostimullat sopivat moniin viherrakentamisen käyttökohteisiin. Objectives of the LIFE09 ENV FI 000570 LCA IN LANDSCAPING project were to demonstrate the use of recycled materials in lawn area establishment and maintenance, develop application of life cycle assessment on landscaping, produce Cost-benefit value assessment for using recycled materials in landscaping. Project addressed the issues of circular economy promoting nutrient recycling and enhancing carbon neutral society. Demonstrated recycled materials in landscaping were sludge from waste water treatment plants and municipal biowaste. These were composted and then used in substrate production to be utilized in landscaping. Usually anaerobic digestion process is used first to produce biogas and the residue is composted. Using compost in landscaping promotes nutrient recycling. 2
Hankkeessa esiteltiin kierrätysmateriaalien käyttöä nurmikon perustamisessa ja hoidossa kahdeksalla eri paikkakunnalla yhteensä kahdessakymmenessä kohteessa. Kompostimultatuotteilla saavutettiin puistonurmikkokäytössä korkeatasoiset nurmikkokasvustot. Hyvälaatuisen kompostimullan käyttö on mahdollista myös tiiviisti rakennetuilla alueilla kaupunkien keskustoissa. The use of waste derived landscaping materials was demonstrated at twenty various lawn area establishment and management sites. The demonstration sites were establishments in eight cities in Finland. Lawns established by utilizing recycled material achieved desired quality level. 3
Demonstraatiokohteiden lisäksi hankkeessa arvioitiin astiakokeissa kasvihuonekaasupäästöjä sekä ravinnehuuhtoumien riskejä viherrakentamisessa. Kompostia sisältävien kompostimultien ravinnepitoisuudet ovat usein korkeita nurmikon alkuvaiheen ravinteiden tarpeen kannalta. Ravinteikkuus on hyvä ravinteiden kierrätyksen kannalta, mutta kun kasvustot ovat perustamisen alkuvaiheessa paljaita on ravinteiden huuhtoutuminen yksi ympäristöriski, joka on otettava huomioon kompostimultia käytettäessä. In addition to the field demonstrations also pot trials were carried out to estimate green house gas emissions and risks for nutrient leaching in lawn establishment and maintenance. When using compost the substrate can contain remarkable amounts of nutrients. This is good for nutrient recycling, but increases risk of nitrogen and phosphorus loads to environment at the lawn establishment phase. The amount of nutrients correlate with the amounts of compost in the substrate product and with the nitrogen and phosphorus contents of the compost. In planning a new lawn area the local conditions must be taken into account concerning the sensitivity of the area to eutrophication. 4
Hankkeessa tarkasteltiin viherrakentamisen ympäristövaikutuksia kokonaisuutena. Mukana tarkastelussa olivat kaikki viherrakentamiseen liittyvät toiminnot, joita olivat: kasvualustan tuotanto, nurmikon perustaminen ja hoito sekä kalkki ja lannoitteet. Kuvaukset nurmikon perustamisen ja hoidon eri prosesseista tehtiin LCA tarkastelun pohjaksi. Ympäristövaikutusluokissa pääpaino oli ilmastonmuutoksessa, rehevöitymisessä, happamoitumisessa ja primaarienergian kulutuksessa. LCA in landscaping- project concentrated to study environmental impacts of landscaping. The research included manufacturing of substrates, establishment and maintenance of lawn areas and production chain of fertilizers and lime. The main studied impact classes were climate impact, eutrophication, acidification and primary energy consumption. 5
Hankkeessa suunniteltiin työkalu, jonka avulla viherrakentaja tai kasvualustojen valmistaja voi arvioida tuotteensa tai toimintansa ympäristövaikutuksia. Työkalun ympäristövaikutusluokkina olivat ilmastonmuutos, rehevöityminen, happamoituminen ja primaarienergian kulutus. Työkalua ja muutenkin koko laskentaa varten hankkeessa tehtiin laajoja kirjallisuusselvityksiä koskien mm. kompostoinnin ja turpeen hajoamisen päästöjä. Työkalun kaavat ja parametrit perustuivat parhaaksi katsottuun kirjallisuustietoon ja keskimääräisiin arvoihin. Esitteen ympäristövaikutuskuvissa kasvualustan koostumusta varioitiin hahmottamaan kasvualustan koostumuksen ympäristövaikutuksia. One important part of the project was to create a LCA calculation tool for substrate producers and landscaping enterprises. The impact classes of the tool were climate impact, eutrophication, acidification and primary energy use. For the tool and also in general in the project wide amounts of literature was investigated to find out most suitable emission factors especially for peat degradation and greenhouse gas emissions of composting. The emission factors and equations are based on literature. 6
Pilot LCA studies Kasvualusta 1 Komposti, % Compost, % Turve, % Peat, % Kivennäismaa, % Mineral soils, % Turve*, Peat*, kg/ m 2 lawn Komposti kok-n Compost Tot-N kg/m 3 Komposti, kok-p Compost Tot-P kg /m 3 Substrate 1 55 45 27.5 4,4 4 Kasvualusta 2 Substrate 2 40 60 26.2 4 0,76 Kasvualusta 3 Substrate 3 9 21 70 47.2 7 8,2 Kasvualusta 4 Substrate 4 0 22 78 41 - - Kasvualusta 5 Substrate 5 55 45 0 4,4 4 Compost raw materials: 1) Sludge 80%, Peat 20%, 2) Biowaste 80%, Peat 20%, 3) Sludge 38%, wood chips 62; 4)-; 5) Sludge 80%, wood chips 20%. *Sisältää kasvualustan ja kompostin turpeen. Includes peat in compost and in substrate. Ilmastovaikutuksella tarkoitetaan kasvihuonekaasupäästöjen määrää, jossa tässä tapauksessa laskettiin suhteessa yhteen neliömetriin nurmikkoa hoidettuna 20-vuoden aikana. Kasvualustakerroksen paksuus oli 20 cm. Laskennassa käytetyillä menetelmillä arvioitiin, että turpeen sisältämästä hiilestä hajoaa sadassa vuodessa 86 %. Koska kasvualustojen määrät ovat niin huomattavia, on turpeen osuus ilmastovaikutuksessa kaikkein keskeisin. Myös kompostoinnista seuraa kasvihuonekaasupäästöjä, joten orgaanisen ainesten määrä kasvualustassa kokonaisuutena on myös keskeinen. Laskentaa pilotoitiin turve- ja kompostisekä ravinnepitoisuuksiltaan erilaisilla kasvualustoilla (kts. Taulukko). Laskentaa tehdessä oli yllättävää havaita konetyön, kuten nurmikon perustamisen ja leikkuun pieni vaikutus nurmikon elinkaaren kokonaisilmastovaikutuksiin. Climate impact means in this case the number of greenhouse gases emitted from one square meter lawn area within maintenance of twenty years. Numbers of mowings were assumed to be 20 in season and time period of the investigation was set to be 20 years. Thickness of substrate layer was 20 cm. In the calculation it was assumed that 86 % of carbon in peat will be degraded as carbon dioxide in one hundred years. Because the amounts of substrates are so remarkable, is the share of peat the most essential in the impact class of climate impact. Greenhouse gases are also emitted in composting, which means that the amount of organic matter in substrate is essential. Pilot calculations were made for substrates with different compost, peat and nutrient contents to illustrate the environmental impacts. It was a surprise to learn how low the significance of mowing and lawn establishment was on climate impact. 7
Arvioitaessa ympäristövaikutuksia elinkaariarviointimenetelmällä tulokset eivät aina ole yksiselitteisiä. Kun puhutaan ilmastovaikutuksesta, on se voimakkaasti riippuvainen kasvualustan turvepitoisuudesta. Kuitenkin rehevöittäviä päästöjä laskettaessa tilanne on erilainen. Kompostia käytettäessä kasvualusta voi sisältää suuria määriä ravinteita, jotka huuhtoutuvat vesistöön. Määrä on verrannollinen paitsi kompostin määrään kasvualustatuotteessa, myös kompostin ravinnepitoisuuteen. Viheraluetta suunniteltaessa onkin huomattava alueen herkkyys rehevöittäville päästöille. When the environmental impacts are assessed the results were not inevitably very clear. When talking about climate impact it has a very strong correlation to peat content of substrate. Eutrophication impact is, however, different. When using compost the substrate can contain very high amounts of nutrients, which increase risks of nitrogen and phosphorus loads to environment. The amount of nutrients correlate with the amount of compost in the substrate product and with the nitrogen and phosphorus contents of compost. In planning the lawn areas the local conditions must be taken into account concerning the susceptibility of the area to eutrophication. 8
Oheinen kaaviokuva osoittaa kuinka keskeisesti kasvualustan turvepitoisuus vaikuttaa ilmastovaikutukseen. Tehokkain keino ilmastovaikutuksen vähentämiseen onkin turpeen korvaaminen kompostilla Kompostoinnilla on kuitenkin myös omat ilmastovaikutuksensa. This picture shows how much peat content of substrate has effect on climate impact in landscaping. The most effective way to reduce climate impact of landscaping is to replace peat in substrate as compost. Composting process has also some climate impact. gco 2 -eq/m 2 70 60 50 Hiilen sidonta, Carbon binding Lannoitteet, Fertilizers Kalkki, Lime 40 30 20 10 0-10 1 2 3 4 5 Kasvualusta/Substrate Kasvihuonekaasupäästöt kasvualustasta, Greenhouse gases of lawn maintenance Nurmikon perustaminen, Establishment of lawn Nurmikon leikkuu, Mowing Kuljetukset, Transports Kompostointi, Composting Turpeen hajoaminen, Peat degradation 9
Eutrophication impact Jos ilmastovaikutus on riippuvainen turvepitoisuudesta, osoittaa tämä kaaviokuva, kuinka rehevöittävät päästöt ovat riippuvaisia kompostipitoisuudesta. Ravinnehuuhtoumien riski on suurin nurmikon perustamisvaiheessa. Kasvualustassa 2 on vain vähän fosforia, mikä selittää alhaisen rehevöittävän vaikutuksen. Rehevöittäville vaikutuksille tunnusomaista on, että vaikutukset ovat paikallisia, kun taas esim. ilmastovaikutukset ovat globaaleita. This picture shows that if climate impact is depending of peat content, eutrophication impact is depending of compost content. Risk for nutrient leaching is the highest at lawn establishment phase. Substrate 2 has low phosphorus content, which explains the low eutrophication impact. Eutrophication impacts are local, which differ from climate impacts which are global. Kasvualusta/Substrate 5, Komposti/Compost 55% Kasvualusta/Substrate 4, Komposti/Compost 0 % Kasvualusta/Substrate 3, Komposti/Compost 9 % Kasvualusta/Substrate 2, Komposti/Compost 40 % Kasvualusta/Substrate 1, Komposti/Compost 55 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 gpo 4 -eq/m 2 10
Primaarienergiaa tutkittaessa on nähtävissä, että turvepitoisuudella on suurin vaikutus lopputuloksiin. Merkitystä on tässä vaikutusluokissa myös kuljetuksilla, nurmikon leikkuulla ja kompostoinnin toiminnoilla. When primary energy is investigated the contents of peat in the substrate is again essential. Also transports, mowing and composting are important, when talking about primary energy use in landscaping. MJ/ha 800000 700000 kuljetukset/transports 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 1 2 3 4 5 Kasvualusta/Substrate nurmikon leikkuu/ mowing nurmikon perustaminen/ lawn establishment turpeen tuotanto/ peat production sähkö/electricity, komposti/compost diesel/diesel, komposti/compost 11
Acidification impacts Happamoittavat päästöt korreloivat puolestaan kompostipitoisuuden kanssa. Kasvualustan 3 korkeat päästöt johtuvat kompostin korkeasta typpipitoisuudesta. Acidification impacts are mainly from ammonia emissions and they correlate strongly with compost-contents of substrate. The high acidification impact of substrate 3 is because high nitrogen content of compost. Kasvualusta/Substrate 5, Komposti/Compost 55% Kasvualusta/Substrate 4, Komposti/Compost 0 % Kasvualusta/Substrate 3, Komposti/Compost 9 % Kasvualusta/Substrate 2, Komposti/Compost 40 % Kasvualusta/Substrate 1, Komposti/Compost 55 % 0 5 10 15 20 gae 4 -eq/m 2 12
Cost-benefit analysis Hankkeessa tutkittiin kustannus-hyöty menetelmällä kustannuksia perinteistä materiaalia ja kierrätysmateriaalia sisältävää kasvualustaa viherrakentamisessa käytettäessä. Suunnittelu- ja hoitotoimenpiteissä tulos oli sama kasvualustojen kesken, mutta kierrätysmateriaalipitoinen kasvualusta oli jonkin veran halvempaa. Sosiaaliset vaikutukset näyttivät kierrätysmateriaaleilla olevan kustannuksiksi muutettuna pienemmät, näin myös ympäristökustannukset, koska ne keskittyivät voimakkaasti ilmastonmuutokseen. Kustannushyötytarkastelut ovat tapauskohtaisia. In the project studied economic and social aspects were investigated by the means of cost-benefit analysis. The economic aspects were the same on planning process and maintenance of lawn areas, but the price of the compost based substrates was slightly lower than the price of peat based substrates. Social impact turned according to interviews somewhat lower of compost than of peat. Environmental cost turned also out to be little bit lower for compost than for peat because major part originated of climate impact. Cost benefit studies are always case specific. Health hazards Employment 1 0.5 0 Acceptability -0.5-1 Composted substrate Traditional (peat) Zero line Dust/Particulates Noise Odour 13
Dissemination Hanke keräsi tietoja ympäristötarkasteluun ja kustannushyötytarkasteluun viherrakentamisen toimijoilta ja he olivat hankkeen toteutuksessa keskeisesti mukana. Kiitokset osallistumisesta! Toivomme yhteistyön jatkuvan havaittujen tietoaukkojen täyttämisessä ja laskentavälineen soveltamisessa mm. kasvualustan tuotannossa ja intensiivisesti hoidettujen nurmikkojen kuten golf-kenttien hoidon kehittämisessä. The project had close collaboration with landscaping experts and businesses in data collection for LCA and cost benefit studies. Thank You all collaborators! We anticipate close collaboration and dialog to continue to fill up the identified knowledge gaps and to apply the LCA tool in substrate production and e.g. on lawn maintenance processes at intensively managed areas like golf courses. 14
After Life & Proposals Suurimmat ilmastovaikutusten vähentämistoimenpiteet liittyvät kasvualustan tuotantoon ja etenkin turpeen korvaamiseen kompostilla. Hankkeessa ei kuitenkaan ole huomioitu sitä, mitä eroja erilaisten saatavilla olevien turveainesten hajoamisella mahdollisesti on. Kompostoinnin KHK-päästöjen vähentäminen on mahdollista esimerkiksi ilmastusta säätämällä, mikä vaikuttaa metaani- ja dityppioksidipäästöihin. Kyseisten toimenpiteiden vaikutusten todentaminen vaatii KHKpäästömittauksiin perustuvaa aineistoa. Lisäksi erittäin keskeistä viherrakentamisessa on ravinnehuuhtoumien pienentämiseen tähtäävät ratkaisut, jotka voivat perustua esimerkiksi erilaisten sideaineiden käyttöön, jotka sitovat ravinteita. Myös tästä tarvitaan mittauksiin perustuvaa tietoa. Happamoittavien päästöjen osalta ammoniakkia kompostointiprosessista poistavia menetelmiä on jo olemassa. The After LIFE communication will be active and the future work is anticipated to fill up the knowledge gaps identified in the LCA analysis. The biggest possibilities to mitigate climate impact relate to substrate production and possibilities to replace peat with compost. Possibilities to effect GHG-emission in composting by different composting measures requires further studies. It is also very important to find measures to alleviate risks of nutrient leaching at lawn establishment phase when compost based substrates are used. The LCA tool is a useful mean to study how use of different raw materials in substrate production will have effect on environment impacts. Application of the LCA tool to study various lawn maintenance options opens ways to study the environmental impacts of various maintenance alternatives particularly at intensively managed lawn areas like on golf courses. 15
Contact information LCA IN LANDSCAPING LIFE09 ENV FI 000570 Contact information Oiva Niemeläinen oiva.niemelainen@luke.fi Phone: +358 29 532 6389 Adress: LUKE, Planta, FI-31600 Jokioinen, Finland Frans Silvenius frans.silvenius@luke.fi Phone +358 29 532 6539 Address: LUKE, Latokartanonkaari 9, FI-00790 Helsinki, Finland www.lcainlandscaping.fi 16