Simplified Life Cycle Assessment Approaches and Potential Impact Shifts

Abstract

Road transport contributes to approximately one quarter of all EU greenhouse gas emissions and is the leading cause of air pollution in cities. There are significant measures aimed at the reduction of use phase environmental impacts; in the EU, these strategies focus on the decarbonisation of road transport, such as through the prioritization of low- and zero-emission vehicles. Electric vehicles are seen as one of the primary measures for reducing road transport impacts. However, the introduction of new technology includes new challenges throughout the vehicle life cycle, such as the need for critical raw materials, high-energy manufacturing, charging electricity, and waste management; this, in turn, leads to a risk of impact shifts between life cycle phases and impact categories. Life Cycle Assessment (LCA) is one way to analyse environmental impacts. Applying LCA and life cycle thinking in research and industry allows for the detection of impact shifts and environmental sub-optimisation. A full LCA study is demanding in terms of both data collection efforts and user expertise requirements. The need to simplify the process and results of an assessment in order to support decision-making was identified in the early days of LCA development. There are numerous simplification approaches in LCA. Previously, the most prominent simplification terms were screening and streamlined LCA; now, a multitude of names and approaches have emerged. There is no consensus in the LCA community about LCA simplifications. In some cases, the line between what should be considered an LCA, simplified LCA or neither is fuzzy. The haphazard application of simplifications in LCA studies undermines the transparency and confidence in results. The aim of this thesis is to use the life cycle perspective guided by simplified LCA approaches to increase our understanding of the risk of impact shifts, resulting from measures to reduce vehicle environmental impacts. Four appended publications present five LCA studies of road vehicles. All appended studies are simplified using different approaches. The studies examine different impact reduction measures such as changing drivetrains, reducing particulate emissions from braking, and the scrapping of old vehicles. A fifth publication is a literature review that explores the common understanding of simplifications used in published LCA studies. The review identifies and investigates the types of simplifications used and discusses how these might be categorised. The appended LCA studies examine both impact shifts from one life cycle phase to another and between impact categories. It is difficult to determine whether a decrease in a life cycle phase or impact category could offset an increase in another and, therefore, to be able to determine if an impact shift is an acceptable compromise. New smart materials are expected to solve many environmental impact issues; however, there are risks associated with insufficient life cycle inventory data, limitations in knowledge about potential environmental impacts, and inefficient regulations covering new materials. The analysis of simplification approaches and case studies indicates that most simplifications are motivated by the lack of primary data. Additionally, study findings strengthen concerns about the significant inconsistency in LCA simplification terminology and how well approaches are described in individual studies. There is a need for a common simplification terminology and reporting standard. Due to the wide variety of purposes, scenarios, and products assessed, it is impossible to devise a one-size-fits-all approach for simplifications, especially if the aim is to identify potential impact shifts. Vägtransporter orsakar ungefär en fjärdedel av EUs totala utsläpp av växthusgaser och är den ledande orsaken till luftföroreningar i städer. Betydande åtgärder syftar till att minska användningsfasens miljöpåverkan. EUs strategier fokuserar på att minska vägtransporters koldioxidutsläpp, t.ex. genom att prioritera fordon med låga eller inga användning-utsläpp. Elektriska fordon ses som en av de främsta åtgärderna för att minska miljöpåverkan från vägtransport. Dock innebär introduktionen av ny teknik nya utmaningar längs fordonets livscykel, t.ex. behov av kritiska råmaterial, högenergiproduktion, ökad el-behov vid laddning och avfallshantering. Det finns en risk för förskjutning av miljöpåverkan mellan livscykelfaser och påverkanskategorier.   Livscykelanalys (LCA) är ett sätt att analysera miljöpåverkan. Möjligheten att upptäcka förskjutning av miljöpåverkan och ineffektiva åtgärder för miljön är en anledning till att tillämpa LCA och livscykeltänkande inom forskning och industri. En fullständig LCA-studie kräver både betydande datainsamlingsinsatser och krav på användarexpertis. Behovet av att förenkla processen och utvärderingsresultaten för att stödja beslut identifierades redan tidigt under utvecklingen av LCA.   Det finns en betydande mängd av LCA förenklingar. De mest framträdande förenklingstillvägagångssätten var tidigare ”screening” och ”streamlined” LCA, dessutom har en mängd andra namn och tillvägagångssätt dykt upp. Det finns ingen konsensus inom LCA-världen om hanteringen av LCA förenklingar. I vissa fall är gränsen luddig mellan vad som ska betraktas som en LCA, förenklad LCA och ingendera. Godtycklig tillämpning av förenklingar i LCA-studier undergräver transparensen och förtroendet för resultaten.   Syftet med denna avhandling är att öka förståelsen för risken för förskjutning av miljöpåverkan, vid åtgärder för att minska fordonens påverkan, genom att använda livscykelperspektivet stödd av förenklad LCA. De fyra publikationerna inkluderar fem LCA-studier av vägfordon och fordonskomponenter. Alla fem studierna är förenklade genom olika tillvägagångssätt. Studierna undersöker olika miljöåtgärder så som att byta drivlina, minska partikelutsläpp vid bromsning och skrotning av gamla fordon. En femte publikation undersöker också den gemensamma förståelsen för LCA förenklingar, genom en litteraturöversikt av publicerade LCA-studier. Litteraturöversikten identifierade och undersökte vilka förenklingar som används och hur dessa skulle kunna kategoriseras.   De inkluderade LCA-studierna exemplifierade både förskjutning av miljöpåverkan mellan livscykelfaser och påverkanskategorier. Det är svårt att avgöra om en minskning i en livscykelfas eller påverkanskategori kan kompensera för en ökning i en annan. Detta betyder att det är komplicerat att kunna avgöra om en förskjutning av miljöpåverkan är en acceptabel kompromiss. Nya smarta material förväntas vara lösningen för många miljöproblem. Det finns emellertid risker med otillräcklig LCI-data, kunskapsbegränsningar angående potentiella miljökonsekvenser och ineffektiva regler gällande nya material.   Analysen av förenklingstillvägagångssätt och fallstudier indikerade att de flesta förenklingar styrdes av brist på primärdata. Dessutom stärktes anledningen till oro gällande den betydande inkonsekvens i LCA-förenklingsterminologin och hur väl tillvägagångssätten beskrivs i enskilda studier. Det finns ett behov av en gemensam terminologi och rapporteringsstandard för LCA förenklingstillvägagångssätt. På grund av studiers varierande syften, scenarier och analyserade produkter är det omöjligt att utforma ett generellt tillvägagångssätt för alla LCA förenklingar, särskilt om syftet är att identifiera potentiella förskjutningar av miljöpåverkan.  

Original document

The different versions of the original document can be found in:

• http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-266488