A Systems Perspective on Sustainability Assessment: Exploring Consequences of Dynamical Changes for Wood Value Chains

Abstract

Die Bioökonomie stellt einen potenziellen Weg zur Bewältigung von Nachhaltigkeitsherausforderungen dar indem biobasierte Ressourcen als Grundlage für Produkte und Energieerzeugung dienen. Die Motivation zur Klimawandelvermeidung innerhalb einer Bioökonomie und der Einfluss des Klimawandels auf die Wälder verändern die zukünftige Verwendung von Holz entlang der Wertschöpfungsketten vom Wald bis zum Endprodukt. Veränderte Holznutzungsmuster haben erhebliche Auswirkungen auf alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit - die ökologische, die soziale und die ökonomische - z. B. in Bezug auf Klimawandelvermeidung, soziale Risiken oder die Resilienz von Wertschöpfungsketten. Die Komplexität und Wechselbeziehungen dieser Veränderungen in der Holzwertschöpfungskette erfordern eine ganzheitliche Betrachtung. Ziel dieser Dissertation ist es, den Einfluss der Bioökonomie und des Klimawandels auf die Holzwertschöpfungskette und ihre Auswirkungen auf die ökologische, soziale und ökonomische Nachhaltigkeit aus einer Systemperspektive zu untersuchen. Ein quantitativer systemdynamischer Modellierungsansatz wurde in Kombination mit Szenarioanalyse, sowie Optimierung und Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalyse angewandt, um mögliche Zukunftsszenarien zu untersuchen und die Robustheit der Ergebnisse zu testen. Der Modellierungsansatz wurde mit Methoden zur Nachhaltigkeitsbewertung integriert, um die Auswirkungen von Holznutzung zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen die Bedeutung indirekter Effekte, indem gezeigt wird, wie Veränderungen in einer Holzanwendung aufgrund der Wechselwirkungen der Holzwertschöpfungskette zu Veränderungen in verschiedenen Branchen führen. Es zeigt sich, dass stoffliche Anwendungen und die Kaskadennutzung von Holz für Klimawandelvermeidung vorteilhaft sind und dass das maximale Potenzial für Klimawandelvermeidung, das durch Veränderungen in der Holzwertschöpfungskette erreicht werden kann, begrenzt ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Umweltauswirkungen von Holzwertschöpfungsketten, z.B. durch Förderung von Ressourceneffizienz oder Verringerung des gesamten Ressourceneinsatzes. Die Ergebnisse weisen auf die Notwendigkeit einer effizienten und regionalen Nutzung von Holzressourcen hin, um die mit der Holzwertschöpfungskette verbundenen sozialen Risiken zu verringern. Allerdings ist eine Verbesserung der Verfügbarkeit von Daten und eine Disaggregation von sozialen Aspekten erforderlich. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die Resilienz der Holzwertschöpfungskette durch Schadholzereignisse im Wald und durch Entscheidungen der Akteure in der Wertschöpfungskette beeinflusst wird. Maßnahmen zur Stärkung der Resilienz der Wertschöpfungskette, insbesondere im Hinblick auf den Klimawandel, könnten die potenziellen ökologischen und sozialen Vorteile einer Bioökonomie sicherstellen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Anwendungen, Industrien oder Nachhaltigkeitsdimensionen nicht separat bewertet werden können, sondern eine Systemperspektive erforderlich ist. Die Integration einer Systemperspektive in die Nachhaltigkeitsbewertung bietet Anhaltspunkte für künftige Forschung, um die Auswirkungen und Kompromisse von Holznutzung auf die ökologische, soziale und ökonomische Nachhaltigkeit aufzuzeigen.The bioeconomy presents a potential pathway for addressing sustainability challenges where bio-based resources serve as a basis for products and energy production. The motivation for climate change mitigation in a bioeconomy and the influence of climate change on forests will alter the use of wood along value chains from the forest to the final product. Altered patterns of wood utilization significantly impact all three sustainability dimensions – environmental, social and economic – e.g., in terms of climate change mitigation, social risks or value chain resilience. The complexity and interrelatedness of these changes in the wood value chain requires a holistic view. The aim of this thesis is to investigate the influence of the bioeconomy and climate change on wood value chains and its implications for environmental, social and economic sustainability from a systems perspective. A quantitative System Dynamics modeling approach was applied in combination with scenario analyses, as well as optimization and sensitivity and uncertainty analyses, to explore possible futures and test the robustness of the findings. The modeling approach was integrated with sustainability assessment methods to analyze the implications of wood use. The results presented in this thesis highlight the importance of indirect effects, demonstrating how changes in one wood application lead to changes in various industries due to the interconnected nature of wood value chains. These results reveal that material applications and cascading use of wood are preferable for climate change mitigation and that the maximum climate change mitigation potential that can be achieved via changes in the wood value chain is limited. This implies the need to take further measures to reduce the environmental impacts of wood value chains by, e.g., promoting resource efficiency or reducing the overall resource input. The findings indicate the need to use wood resources efficiently and regionally to reduce social risks associated with the wood value chain. However, improvements in data availability and the disaggregation of social aspects are required. Moreover, the findings demonstrate that the resilience of the wood value chain is influenced by forest disturbances and the decisions of value chain actors. Taking action to strengthen the value chain resilience, especially under climate change, could secure environmental and social benefits in a bioeconomy. This thesis demonstrates that applications, industries and sustainability dimensions cannot be assessed separately and that a systems perspective is needed. Integrating a systems perspective into sustainability assessment offers guidance for future research and reveals the implications and trade-offs of wood use for environmental, social and economic sustainability.Automatisch erstellte Titelanzeige – Daten nicht geprüftDissertation Universität Graz 202