Biochar produced from wood waste for soil remediation in Sweden: Carbon sequestration and other environmental impacts

The use of biochar to stabilize soil contaminants is emerging as a technique for remediation of contaminated soils. In this study, an environmental assessment of systems where biochar produced from wood waste with energy recovery is used for remediation of soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and metal(loid)s was performed. Two soil remediation options with biochar (on-and off-site) are considered and compared to landfilling. The assessment combined material and energy flow analysis (MEFA), life cycle assess-ment (LCA), and substance flow analysis (SFA). The MEFA indicated that on-site remediation can save fuel and backfill material compared to off-site remediation and landfilling. However, the net energy production by pyrol-ysis of wood waste for biochar production is 38% lower than incineration. The LCA showed that both on-site and off-site remediation with biochar performed better than landfilling in 10 of the 12 environmental impact catego-ries, with on-site remediation performing best. Remediation with biochar provided substantial reductions in cli-mate change impact in the studied context, owing to biochar carbon sequestration being up to 4.5 times larger than direct greenhouse gas emissions from the systems. The two biochar systems showed increased impacts only in ionizing radiation and fossils because of increased electricity consumption for biochar production. They also resulted in increased biomass demand to maintain energy production. The SFA indicated that leaching of PAH from the remediated soil was lower than from landfilled soil. For metal(loid)s, no straightforward conclusion could be made, as biochar had different effects on their leaching and for some elements the results were sensitive to water infiltration assumptions. Hence, the reuse of biocharremediated soils requires further evaluation, with site-specific information. Overall, in Sweden's current context, the biochar remediation technique is an environmentally promising alternative to landfilling worth investigating further.(c) 2021 The Author(s). Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY license (http:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

The Role of Biochar Systems in the Circular Economy: Biomass Waste Valorization and Soil Remediation

The circular economy is considered as an alternative model to the unsustainable linear “take–make–waste” approach that characterizes contemporary economic systems. It aims to achieve sustainable development by promoting the responsible and cyclical use of resources to maintain their value in the economy and minimize pressures on the environment. Biochar systems offer opportunities for operationalizing the CE model. They are multifunctional systems that can be used for bioenergy and biochar production using an extensive range of biomass feedstocks, including biowaste. They can contribute to climate change mitigation, as producing biochar and mixing it with soil is a means for sequestering atmospheric CO2. Moreover, the produced biochar has a wide range of applications, including its use for agricultural soil amendment, wastewater treatment, manufacturing of cement, and remediation of contaminated soils. This versatility of biochar systems creates great opportunities for developing circular models of waste management that can valorize different waste streams. This chapter provides an overview of the CE concept and describes biochar systems, focusing on systems for the synergistic valorization of wood waste and contaminated soils. It also discusses the role of these systems in the CE indicating that they can contribute to the transition toward the CE

Emerging technologies for climate-neutral urban areas : An Industrial Ecology perspective

The ever-increasing concentration of human activity in urban areas induces environmental problems beyond their boundaries on scales ranging from local to regional to global, such as resource depletion, land degradation, air and water pollution and climate change. Human-induced climate change is widely acknowledged as one of the greatest sustainability challenges of the present century and it is inextricably linked to urbanization. As a response to climate change, urban areas around the world have committed to reach climate neutrality within the next decades. In this context, the deployment of new technologies can have a key role in achieving carbon neutrality in urban areas. As new technologies emerge, it is essential to assess their environmental performance considering the broader systems context in order to ensure that they can indeed contribute to achieving climate neutrality without compromising environmental sustainability. This thesis aims is to provide insight on the environmental performance of emerging technologies that can be deployed in urban areas in order to contribute to achieving climate neutrality. The two technologies in focus are grid-connected solar microgrids and biochar-based systems for treatment of biomass waste and remediation of contaminated soil. The methods applied to conduct the environmental assessments and fulfil the aim of the thesis are: case studies, Life Cycle Assessment (LCA), Material and Energy Flow Analysis and Substance Flow Analysis. Moreover, as part of the research efforts, a spreadsheet model based on LCA data was developed. The assessment of the solar microgrid highlighted the importance of using explicit spatial and temporal boundaries when analyzing the environmental performance of energy systems, as it can increase the accuracy of the results. It also revealed that the choice of modeling approach can influence the results of the assessment, which motivates the application of different methodological approaches. Within this context, the assessment showed that in a short-term perspective the integration of a grid-connected urban solar microgrid into the Swedish electricity grid would not contribute to climate change mitigation, as solar electricity from the microgrid would displace grid electricity with lower carbon intensity. The assessment also indicated that operational and structural changes in the microgrid could reduce its climate change impact, albeit not to the extent to generate GHG emission abatements. The assessment of the biochar-based systems showed that these systems have many environmental benefits compared to incineration of waste and landfilling of contaminated soil. They have great potential to contribute to achieving climate neutrality, as they can provide net negative GHG emissions, owing mainly to carbon sequestration in the biochar. Between the two biochar-based systems, a system for on-site remediation can provide additional environmental benefits, as it can lead to more efficient use of resources. However, these systems also entail environmental trade-offs due to increased consumption of auxiliary electricity, while the extent of ecological and human health risks associated with the reuse of biochar-remediated soils is for the moment unknown.Den ständigt ökande koncentrationen av mänsklig aktivitet i urbana områden orsakar miljöproblem utanför deras gränser på skalor som sträcker sig från lokal till regional till global, såsom utarmning av resurser, markförstöring, luft- och vattenföroreningar och klimatförändring. Mänskligt driven klimatförändring är allmänt erkänd som en av de största hållbarhetsutmaningarna under nuvarande seklet och den är nära kopplad till urbanisering. Som ett svar på klimatförändringen har urbana områden runt om i världen åtagit sig att nå klimatneutralitet inom de närmaste decennierna. I detta sammanhang kommer införandet av ny teknik ha en nyckelroll för att uppnå klimatneutralitet i stadsområden. När ny teknik dyker upp är det viktigt att bedöma dess miljöprestanda med hänsyn till den bredare systemkontexten för att säkerställa att tekniken verkligen kan bidra till att uppnå klimatneutralitet utan att kompromissa med miljömässig hållbarhet. Denna avhandling syftar till att ge insikt om miljöprestanda för framväxande teknik som kan användas i urbana områden för att bidra till att uppnå klimatneutralitet. De två teknikerna i fokus är nätanslutna solmikronät och biokolbaserade system för behandling av biomassavfall och sanering av förorenad mark. Metoderna för att genomföra miljöbedömningarna och uppfylla avhandlingens syfte är: fallstudier, livscykelanalys (LCA), material- och energiflödesanalys och substansflödesanalys. Som en del av forskningsinsatserna utvecklades dessutom en kalkylmodell baserad på LCA-data. Analysen av solmikronätet visade att det är viktigt att använda explicita rums- och tidsgränser vid analys av energisystemens miljöprestanda, eftersom det kan öka resultatens noggrannhet. Analysen visade också att valet av modelleringsmetod kan påverka resultatet, vilket motiverar en användning  av flera olika metoder. Inom detta sammanhang visade bedömningen att i ett kortsiktigt perspektiv skulle integrationen av ett nätanslutet urbant solmikronät i det svenska elnätet inte bidra till att begränsa klimatförändringen, eftersom solenergi från mikronätet skulle ersätta el med lägre klimatpåverkan. Bedömningen indikerade också att operativa och strukturella förändringar i mikronätet kunde minska mikronätets klimatförändrings påverkan, om än inte i sådan utsträckning att det skulle ge växthusgasutsläppsbesparingar. Bedömningen av de biokolbaserade systemen visade att dessa system har många miljöfördelar jämfört med förbränning av avfall och deponering av förorenad mark. De har stor potential att bidra till att uppnå klimatneutralitet, eftersom de kan ge nettonegativa utsläpp av växthusgaser, främst på grund av kolbindning i biokol. Vi jämförelse av de två biokolbaserade systemen så kan ett system för sanering på plats ge ytterligare miljöfördelar, eftersom det kan leda till en mer effektiv resursanvändning. Dessa system medför emellertid också miljöavvägningar på grund av ökad förbrukning av elektricitet, medan omfattningen av ekologiska och människors hälsorisker förknippade med återanvändning av biokolbehandlad jord ännu är okända.QC 20210419</p

En fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden med applikation i Norra Djurgårdsstaden

There is a plethora of methods and tools that can be used for the assessment of Urban Metabolism. Nevertheless, there is no standardized method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to provide a physical accounting model for monitoring material flows in urban areas that could potentially become the basis for the development of a standardized accounting method in the long term. The model is based on a Physical Input Output Table framework and builds upon the strengths of existing accounting methods but at the same time it demonstrates new features that can address their limitations. The functions of the model were explored and evaluated through its application to an urban neighbourhood in the Stockholm Royal Seaport. Bottom-up data were used for the application of the model in the case study. The application of the model provided a preliminary description of the material flows in the neighbourhood and most importantly provided information that underpinned the assessment of the strengths and limitations of the model. It was deduced, that on the one hand the model can describe successfully the physical interactions between the urban socioeconomic system and the environment or other socioeconomic systems and at the same it has the potentials to illustrate the intersectoral flows within the boundaries of the system. In addition, it can be used to structure available data on material flows and promote the study of an urban system with a life cycle perspective. On the other hand, the process of compiling the tables of the model can be considered as complex and moreover the data requirements for the compilation of the tables are significant. Especially, the compilation of the tables of the model with bottom-up data may require a laborious data collection and analysis process, which however may not address all data gaps. Thus, the combination of bottom-up data with top-down data is recommended. Moreover, it is recommended the development of integrated databases for data collection and management at the municipal level and the fostering of collaboration between stakeholders within the municipalities to facilitate dissemination of data and information.Mer än hälften av den globala befolkningen bor numera i urbana områden och denna andel uppskattas öka under de kommande årtiondena. Urbana system förbrukar fysiska resurser och genererar stora mängder av rester vilket innebär påfrestningar på miljön samt hindrar en hållbar utveckling. Således kan förståelse av Urban Metabolism (UM) stödja insatserna för att effektivisera resursförbrukningen och avfallshanteringen. I detta sammanhang har en stor mängd av metoder och verktyg utvecklats och tillämpats i UM-studier, såsom Materialflödeanalys (Material Flow Analysis - MFA) och Input-output Analys (Input Output - IOA) baserat på fysiska input-output tabeller (Input Output Tables – PIOTs). Ändå saknas en standardiserad metod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna av urbana system. I samband med detta examensarbete utvecklades en fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden. Denna modell kan potentiellt bli grunden för en enhetlig metod för beräkning av materialflöden i urbana system. Modellen utvecklades i en stegvis process och baserades på litteraturgranskning. Grunden för modellen är ett omfattande PIOT ramverk som kan användas för registrering av materialflöden i urbana system. PIOT ramverket är annorlunda än de typiska PIOT-systemen. Det ger en tydligare avgränsning av systemgränserna, det visar tydligt ursprung och destination för materialflöden, och dessutom kan det erbjuda ett livscykelperspektiv på materialflödena. Modellen består av en uppsättning identiska PIOT. Varje deltabell innehåller materialflöden som tillhör i en specifik klass, medan huvudtabellen aggregerar materialet som strömmar för alla material från deltabellerna. Därigenom kan modellen avbilda materialflödena i ett aggregat-perspektiv och samtidigt ge fysiska räkenskaper för specifika materialtyper. Modellen användes i en nybyggd stadsdel i Norra Djurgårdsstaden (NDS), för att utforska och bedöma dess funktioner. För att kartlägga och kvantifiera flödena i stadsdelen genomfördes en MFA baserad på “bottom-up-data”. Insamlingen och analysen av data var emellertid en besvärlig process och dessutom kunde flera materialflöden inte kvantifieras på grund av databrister. Därför kunde modellens tabeller inte fyllas fullständigt och ett flödesdiagram skapades med både kvantitativa och kvalitativa flöden. Trots att det fanns databrister lyckades tillämpningen av modellen att avbilda UM i det avgränsade urbana systemet på ett adekvat sätt. Det visade tydligt att nästan 96% av de materiella insatserna är ackumulerade i lager. Dessutom fastställde modellen kvalitativt den fysiska växelverkan mellan det urbana systemet och den naturliga miljön, det nationella socioekonomiska och det globala socioekonomiska systemet. Emellertid var det inte möjligt att bedöma modellens fullständiga potential eftersom det inte var möjligt att upprätta intersektorala kopplingar. Dessutom beräknades indirekta flöden av flera importerade material baserat på koefficienterna för materialintensitet. Detta tillvägagångssätt kan erbjuda insikt om de uppströms påfrestningar som orsakas av materialproduktionen. Dock finns det endast koefficienter för specifika material. Därför kan de inte användas för att uppskatta de indirekta flödena för varje materialinflöde. Dock framhöll deras partiella tillämpning att indirekta flödena var 38% högre än direktflödena, vilket indikerar att påfrestningar som utövas till miljön på grund av produktion av importerade material är betydande. Tillämpningen av modellen möjliggjorde en bedömning av både styrkor och svagheter hos modellen. Å ena sidan kan modellen fastställa fysiska interaktioner mellan det urbana socioekonomiska systemet och naturmiljön, det nationella socioekonomiska systemet och det globala socioekonomiska systemet. Dessutom har det potential att beskriva intersektorala flöden inom gränserna för det urbana systemet och det kan erbjuda insikt om materialinflödenas ursprung och materialutflödenas destination. En annan styrka i modellen är att den erbjuder livscykelperspektiv genom att ta hänsyn till indirekta flöden av importerade material. Å andra sidan demonstrerades att sammanställningenav modellens tabeller kräver en stor mängd data, speciellt när data erhålls med ett ”bottom-up” tillvägagångssätt. Ändå är bottom-up data inte alltid tillgängliga för urbana områden. En annan svaghet är att sammanställningenav tabellerna i modellen med bottom-up-data kräver en mödosam process för datainsamling och analys. Dessutom kräver analysen av data många antaganden som ökar osäkerheten i resultaten. Ovanstående svagheter i modellen kan hindra tillämpningen av modellen för räkenskap av materialflöden på urbana områden. Således rekommenderas kombinationen av bottom-up-data med top-down data för tillämpning av modellen. Dessutom föreslås utvecklingen av integrerade databaser för datainsamling om materialflöden i urbana områden

En fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden med applikation i Norra Djurgårdsstaden

There is a plethora of methods and tools that can be used for the assessment of Urban Metabolism. Nevertheless, there is no standardized method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to provide a physical accounting model for monitoring material flows in urban areas that could potentially become the basis for the development of a standardized accounting method in the long term. The model is based on a Physical Input Output Table framework and builds upon the strengths of existing accounting methods but at the same time it demonstrates new features that can address their limitations. The functions of the model were explored and evaluated through its application to an urban neighbourhood in the Stockholm Royal Seaport. Bottom-up data were used for the application of the model in the case study. The application of the model provided a preliminary description of the material flows in the neighbourhood and most importantly provided information that underpinned the assessment of the strengths and limitations of the model. It was deduced, that on the one hand the model can describe successfully the physical interactions between the urban socioeconomic system and the environment or other socioeconomic systems and at the same it has the potentials to illustrate the intersectoral flows within the boundaries of the system. In addition, it can be used to structure available data on material flows and promote the study of an urban system with a life cycle perspective. On the other hand, the process of compiling the tables of the model can be considered as complex and moreover the data requirements for the compilation of the tables are significant. Especially, the compilation of the tables of the model with bottom-up data may require a laborious data collection and analysis process, which however may not address all data gaps. Thus, the combination of bottom-up data with top-down data is recommended. Moreover, it is recommended the development of integrated databases for data collection and management at the municipal level and the fostering of collaboration between stakeholders within the municipalities to facilitate dissemination of data and information.Mer än hälften av den globala befolkningen bor numera i urbana områden och denna andel uppskattas öka under de kommande årtiondena. Urbana system förbrukar fysiska resurser och genererar stora mängder av rester vilket innebär påfrestningar på miljön samt hindrar en hållbar utveckling. Således kan förståelse av Urban Metabolism (UM) stödja insatserna för att effektivisera resursförbrukningen och avfallshanteringen. I detta sammanhang har en stor mängd av metoder och verktyg utvecklats och tillämpats i UM-studier, såsom Materialflödeanalys (Material Flow Analysis - MFA) och Input-output Analys (Input Output - IOA) baserat på fysiska input-output tabeller (Input Output Tables – PIOTs). Ändå saknas en standardiserad metod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna av urbana system. I samband med detta examensarbete utvecklades en fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden. Denna modell kan potentiellt bli grunden för en enhetlig metod för beräkning av materialflöden i urbana system. Modellen utvecklades i en stegvis process och baserades på litteraturgranskning. Grunden för modellen är ett omfattande PIOT ramverk som kan användas för registrering av materialflöden i urbana system. PIOT ramverket är annorlunda än de typiska PIOT-systemen. Det ger en tydligare avgränsning av systemgränserna, det visar tydligt ursprung och destination för materialflöden, och dessutom kan det erbjuda ett livscykelperspektiv på materialflödena. Modellen består av en uppsättning identiska PIOT. Varje deltabell innehåller materialflöden som tillhör i en specifik klass, medan huvudtabellen aggregerar materialet som strömmar för alla material från deltabellerna. Därigenom kan modellen avbilda materialflödena i ett aggregat-perspektiv och samtidigt ge fysiska räkenskaper för specifika materialtyper. Modellen användes i en nybyggd stadsdel i Norra Djurgårdsstaden (NDS), för att utforska och bedöma dess funktioner. För att kartlägga och kvantifiera flödena i stadsdelen genomfördes en MFA baserad på “bottom-up-data”. Insamlingen och analysen av data var emellertid en besvärlig process och dessutom kunde flera materialflöden inte kvantifieras på grund av databrister. Därför kunde modellens tabeller inte fyllas fullständigt och ett flödesdiagram skapades med både kvantitativa och kvalitativa flöden. Trots att det fanns databrister lyckades tillämpningen av modellen att avbilda UM i det avgränsade urbana systemet på ett adekvat sätt. Det visade tydligt att nästan 96% av de materiella insatserna är ackumulerade i lager. Dessutom fastställde modellen kvalitativt den fysiska växelverkan mellan det urbana systemet och den naturliga miljön, det nationella socioekonomiska och det globala socioekonomiska systemet. Emellertid var det inte möjligt att bedöma modellens fullständiga potential eftersom det inte var möjligt att upprätta intersektorala kopplingar. Dessutom beräknades indirekta flöden av flera importerade material baserat på koefficienterna för materialintensitet. Detta tillvägagångssätt kan erbjuda insikt om de uppströms påfrestningar som orsakas av materialproduktionen. Dock finns det endast koefficienter för specifika material. Därför kan de inte användas för att uppskatta de indirekta flödena för varje materialinflöde. Dock framhöll deras partiella tillämpning att indirekta flödena var 38% högre än direktflödena, vilket indikerar att påfrestningar som utövas till miljön på grund av produktion av importerade material är betydande. Tillämpningen av modellen möjliggjorde en bedömning av både styrkor och svagheter hos modellen. Å ena sidan kan modellen fastställa fysiska interaktioner mellan det urbana socioekonomiska systemet och naturmiljön, det nationella socioekonomiska systemet och det globala socioekonomiska systemet. Dessutom har det potential att beskriva intersektorala flöden inom gränserna för det urbana systemet och det kan erbjuda insikt om materialinflödenas ursprung och materialutflödenas destination. En annan styrka i modellen är att den erbjuder livscykelperspektiv genom att ta hänsyn till indirekta flöden av importerade material. Å andra sidan demonstrerades att sammanställningenav modellens tabeller kräver en stor mängd data, speciellt när data erhålls med ett ”bottom-up” tillvägagångssätt. Ändå är bottom-up data inte alltid tillgängliga för urbana områden. En annan svaghet är att sammanställningenav tabellerna i modellen med bottom-up-data kräver en mödosam process för datainsamling och analys. Dessutom kräver analysen av data många antaganden som ökar osäkerheten i resultaten. Ovanstående svagheter i modellen kan hindra tillämpningen av modellen för räkenskap av materialflöden på urbana områden. Således rekommenderas kombinationen av bottom-up-data med top-down data för tillämpning av modellen. Dessutom föreslås utvecklingen av integrerade databaser för datainsamling om materialflöden i urbana områden

Emerging technologies for climate-neutral urban areas : An Industrial Ecology perspective

The ever-increasing concentration of human activity in urban areas induces environmental problems beyond their boundaries on scales ranging from local to regional to global, such as resource depletion, land degradation, air and water pollution and climate change. Human-induced climate change is widely acknowledged as one of the greatest sustainability challenges of the present century and it is inextricably linked to urbanization. As a response to climate change, urban areas around the world have committed to reach climate neutrality within the next decades. In this context, the deployment of new technologies can have a key role in achieving carbon neutrality in urban areas. As new technologies emerge, it is essential to assess their environmental performance considering the broader systems context in order to ensure that they can indeed contribute to achieving climate neutrality without compromising environmental sustainability. This thesis aims is to provide insight on the environmental performance of emerging technologies that can be deployed in urban areas in order to contribute to achieving climate neutrality. The two technologies in focus are grid-connected solar microgrids and biochar-based systems for treatment of biomass waste and remediation of contaminated soil. The methods applied to conduct the environmental assessments and fulfil the aim of the thesis are: case studies, Life Cycle Assessment (LCA), Material and Energy Flow Analysis and Substance Flow Analysis. Moreover, as part of the research efforts, a spreadsheet model based on LCA data was developed. The assessment of the solar microgrid highlighted the importance of using explicit spatial and temporal boundaries when analyzing the environmental performance of energy systems, as it can increase the accuracy of the results. It also revealed that the choice of modeling approach can influence the results of the assessment, which motivates the application of different methodological approaches. Within this context, the assessment showed that in a short-term perspective the integration of a grid-connected urban solar microgrid into the Swedish electricity grid would not contribute to climate change mitigation, as solar electricity from the microgrid would displace grid electricity with lower carbon intensity. The assessment also indicated that operational and structural changes in the microgrid could reduce its climate change impact, albeit not to the extent to generate GHG emission abatements. The assessment of the biochar-based systems showed that these systems have many environmental benefits compared to incineration of waste and landfilling of contaminated soil. They have great potential to contribute to achieving climate neutrality, as they can provide net negative GHG emissions, owing mainly to carbon sequestration in the biochar. Between the two biochar-based systems, a system for on-site remediation can provide additional environmental benefits, as it can lead to more efficient use of resources. However, these systems also entail environmental trade-offs due to increased consumption of auxiliary electricity, while the extent of ecological and human health risks associated with the reuse of biochar-remediated soils is for the moment unknown.Den ständigt ökande koncentrationen av mänsklig aktivitet i urbana områden orsakar miljöproblem utanför deras gränser på skalor som sträcker sig från lokal till regional till global, såsom utarmning av resurser, markförstöring, luft- och vattenföroreningar och klimatförändring. Mänskligt driven klimatförändring är allmänt erkänd som en av de största hållbarhetsutmaningarna under nuvarande seklet och den är nära kopplad till urbanisering. Som ett svar på klimatförändringen har urbana områden runt om i världen åtagit sig att nå klimatneutralitet inom de närmaste decennierna. I detta sammanhang kommer införandet av ny teknik ha en nyckelroll för att uppnå klimatneutralitet i stadsområden. När ny teknik dyker upp är det viktigt att bedöma dess miljöprestanda med hänsyn till den bredare systemkontexten för att säkerställa att tekniken verkligen kan bidra till att uppnå klimatneutralitet utan att kompromissa med miljömässig hållbarhet. Denna avhandling syftar till att ge insikt om miljöprestanda för framväxande teknik som kan användas i urbana områden för att bidra till att uppnå klimatneutralitet. De två teknikerna i fokus är nätanslutna solmikronät och biokolbaserade system för behandling av biomassavfall och sanering av förorenad mark. Metoderna för att genomföra miljöbedömningarna och uppfylla avhandlingens syfte är: fallstudier, livscykelanalys (LCA), material- och energiflödesanalys och substansflödesanalys. Som en del av forskningsinsatserna utvecklades dessutom en kalkylmodell baserad på LCA-data. Analysen av solmikronätet visade att det är viktigt att använda explicita rums- och tidsgränser vid analys av energisystemens miljöprestanda, eftersom det kan öka resultatens noggrannhet. Analysen visade också att valet av modelleringsmetod kan påverka resultatet, vilket motiverar en användning  av flera olika metoder. Inom detta sammanhang visade bedömningen att i ett kortsiktigt perspektiv skulle integrationen av ett nätanslutet urbant solmikronät i det svenska elnätet inte bidra till att begränsa klimatförändringen, eftersom solenergi från mikronätet skulle ersätta el med lägre klimatpåverkan. Bedömningen indikerade också att operativa och strukturella förändringar i mikronätet kunde minska mikronätets klimatförändrings påverkan, om än inte i sådan utsträckning att det skulle ge växthusgasutsläppsbesparingar. Bedömningen av de biokolbaserade systemen visade att dessa system har många miljöfördelar jämfört med förbränning av avfall och deponering av förorenad mark. De har stor potential att bidra till att uppnå klimatneutralitet, eftersom de kan ge nettonegativa utsläpp av växthusgaser, främst på grund av kolbindning i biokol. Vi jämförelse av de två biokolbaserade systemen så kan ett system för sanering på plats ge ytterligare miljöfördelar, eftersom det kan leda till en mer effektiv resursanvändning. Dessa system medför emellertid också miljöavvägningar på grund av ökad förbrukning av elektricitet, medan omfattningen av ekologiska och människors hälsorisker förknippade med återanvändning av biokolbehandlad jord ännu är okända.QC 20210419</p

En fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden med applikation i Norra Djurgårdsstaden

There is a plethora of methods and tools that can be used for the assessment of Urban Metabolism. Nevertheless, there is no standardized method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to provide a physical accounting model for monitoring material flows in urban areas that could potentially become the basis for the development of a standardized accounting method in the long term. The model is based on a Physical Input Output Table framework and builds upon the strengths of existing accounting methods but at the same time it demonstrates new features that can address their limitations. The functions of the model were explored and evaluated through its application to an urban neighbourhood in the Stockholm Royal Seaport. Bottom-up data were used for the application of the model in the case study. The application of the model provided a preliminary description of the material flows in the neighbourhood and most importantly provided information that underpinned the assessment of the strengths and limitations of the model. It was deduced, that on the one hand the model can describe successfully the physical interactions between the urban socioeconomic system and the environment or other socioeconomic systems and at the same it has the potentials to illustrate the intersectoral flows within the boundaries of the system. In addition, it can be used to structure available data on material flows and promote the study of an urban system with a life cycle perspective. On the other hand, the process of compiling the tables of the model can be considered as complex and moreover the data requirements for the compilation of the tables are significant. Especially, the compilation of the tables of the model with bottom-up data may require a laborious data collection and analysis process, which however may not address all data gaps. Thus, the combination of bottom-up data with top-down data is recommended. Moreover, it is recommended the development of integrated databases for data collection and management at the municipal level and the fostering of collaboration between stakeholders within the municipalities to facilitate dissemination of data and information.Mer än hälften av den globala befolkningen bor numera i urbana områden och denna andel uppskattas öka under de kommande årtiondena. Urbana system förbrukar fysiska resurser och genererar stora mängder av rester vilket innebär påfrestningar på miljön samt hindrar en hållbar utveckling. Således kan förståelse av Urban Metabolism (UM) stödja insatserna för att effektivisera resursförbrukningen och avfallshanteringen. I detta sammanhang har en stor mängd av metoder och verktyg utvecklats och tillämpats i UM-studier, såsom Materialflödeanalys (Material Flow Analysis - MFA) och Input-output Analys (Input Output - IOA) baserat på fysiska input-output tabeller (Input Output Tables – PIOTs). Ändå saknas en standardiserad metod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna av urbana system. I samband med detta examensarbete utvecklades en fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden. Denna modell kan potentiellt bli grunden för en enhetlig metod för beräkning av materialflöden i urbana system. Modellen utvecklades i en stegvis process och baserades på litteraturgranskning. Grunden för modellen är ett omfattande PIOT ramverk som kan användas för registrering av materialflöden i urbana system. PIOT ramverket är annorlunda än de typiska PIOT-systemen. Det ger en tydligare avgränsning av systemgränserna, det visar tydligt ursprung och destination för materialflöden, och dessutom kan det erbjuda ett livscykelperspektiv på materialflödena. Modellen består av en uppsättning identiska PIOT. Varje deltabell innehåller materialflöden som tillhör i en specifik klass, medan huvudtabellen aggregerar materialet som strömmar för alla material från deltabellerna. Därigenom kan modellen avbilda materialflödena i ett aggregat-perspektiv och samtidigt ge fysiska räkenskaper för specifika materialtyper. Modellen användes i en nybyggd stadsdel i Norra Djurgårdsstaden (NDS), för att utforska och bedöma dess funktioner. För att kartlägga och kvantifiera flödena i stadsdelen genomfördes en MFA baserad på “bottom-up-data”. Insamlingen och analysen av data var emellertid en besvärlig process och dessutom kunde flera materialflöden inte kvantifieras på grund av databrister. Därför kunde modellens tabeller inte fyllas fullständigt och ett flödesdiagram skapades med både kvantitativa och kvalitativa flöden. Trots att det fanns databrister lyckades tillämpningen av modellen att avbilda UM i det avgränsade urbana systemet på ett adekvat sätt. Det visade tydligt att nästan 96% av de materiella insatserna är ackumulerade i lager. Dessutom fastställde modellen kvalitativt den fysiska växelverkan mellan det urbana systemet och den naturliga miljön, det nationella socioekonomiska och det globala socioekonomiska systemet. Emellertid var det inte möjligt att bedöma modellens fullständiga potential eftersom det inte var möjligt att upprätta intersektorala kopplingar. Dessutom beräknades indirekta flöden av flera importerade material baserat på koefficienterna för materialintensitet. Detta tillvägagångssätt kan erbjuda insikt om de uppströms påfrestningar som orsakas av materialproduktionen. Dock finns det endast koefficienter för specifika material. Därför kan de inte användas för att uppskatta de indirekta flödena för varje materialinflöde. Dock framhöll deras partiella tillämpning att indirekta flödena var 38% högre än direktflödena, vilket indikerar att påfrestningar som utövas till miljön på grund av produktion av importerade material är betydande. Tillämpningen av modellen möjliggjorde en bedömning av både styrkor och svagheter hos modellen. Å ena sidan kan modellen fastställa fysiska interaktioner mellan det urbana socioekonomiska systemet och naturmiljön, det nationella socioekonomiska systemet och det globala socioekonomiska systemet. Dessutom har det potential att beskriva intersektorala flöden inom gränserna för det urbana systemet och det kan erbjuda insikt om materialinflödenas ursprung och materialutflödenas destination. En annan styrka i modellen är att den erbjuder livscykelperspektiv genom att ta hänsyn till indirekta flöden av importerade material. Å andra sidan demonstrerades att sammanställningenav modellens tabeller kräver en stor mängd data, speciellt när data erhålls med ett ”bottom-up” tillvägagångssätt. Ändå är bottom-up data inte alltid tillgängliga för urbana områden. En annan svaghet är att sammanställningenav tabellerna i modellen med bottom-up-data kräver en mödosam process för datainsamling och analys. Dessutom kräver analysen av data många antaganden som ökar osäkerheten i resultaten. Ovanstående svagheter i modellen kan hindra tillämpningen av modellen för räkenskap av materialflöden på urbana områden. Således rekommenderas kombinationen av bottom-up-data med top-down data för tillämpning av modellen. Dessutom föreslås utvecklingen av integrerade databaser för datainsamling om materialflöden i urbana områden

Monitoring progress towards a circular economy in urban areas: An application of the European Union circular economy monitoring framework in Umeå municipality

As cities worldwide implement strategies to accelerate the transition toward a circular economy (CE), there is an increasing need for tools to monitor progress. However, a standardised metric for CE monitoring in urban areas is lacking. This study examines the potential of the EU Circular Economy Monitoring Framework (CEMF), an established indicator-based framework for measuring national- and EU-level circularity performance, as a monitoring tool for urban areas. For this purpose, available data sources that can support the framework's application at the urban level are mapped, and data quality is assessed following the pedigree matrix approach. Next, the CEMF indicators are computed for the urban area of Umeå, Sweden. The mapping showed limited availability of urban-level data, necessitating the downscaling of national-level data using proxy factors. Most available urban-level data are of high quality, while the quality of national-level data is reduced when used to compute indicators at the urban level. The application of the CEMF in Umeå indicates that there are areas where the municipality performs well, though further improvements are needed. We conclude that the CEMF has potential as a monitoring tool for urban areas. However, improvements in CEMF...s scope and data availability are recommended.QC 20221019</p