Land use life cycle impact assessment in Brazil: development of regional characterization factors for ecosystem services related to soil quality

A Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) é um método estruturado, compreensivo e padronizado a nível internacional que quantifica informações sobre emissões, recursos consumidos e impactos ambientais potenciais de produtos através do seu ciclo de vida. Uma das fases do estudo, a Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV), refere-se ao processo quantitativo e/ou qualitativo aplicado na avaliação dos impactos associados ao inventário do ciclo de vida. Dentre os impactos ambientais abordados na AICV estão aqueles relacionados ao uso da terra, sendo avaliados segundo duas vertentes: impactos sobre a biodiversidade e impactos sobre Serviços Ecossistêmicos. A modelagem dos impactos dos serviços ecossistêmicos na ACV ainda apresenta limitações e alguns erros conceituais como, por exemplo, não avaliar de fato os benefícios fornecidos ao homem. Além disso, um dos grandes desafios na ACV refere-se à diferenciação espacial nos procedimentos metodológicos de AICV, sobretudo para impactos devido ao uso da terra. Assim, o principal objetivo desde estudo é discutir a inserção do conceito de serviços ecossistêmicos na ACV e obter fatores de caracterização de impactos em serviços ecossistêmicos relacionados ao solo para a AICV, aplicáveis de maneira regionalizada para o Brasil. A revisão de literatura e comparação do mecanismo ambiental para os impactos do uso da terra na AICV com o modelo em cascata de serviços ecossistêmicos possibilitou o desenvolvimento de um novo modelo conceitual para serviços ecossistêmicos relacionados solo. Cada uma das etapas do modelo de cascata foi alinhada à terminologia da ACV para coincidir com os níveis de modelagem de ponto intermediário e de danos ao mesmo tempo considerando os principais processos, funções, serviços, benefícios e valores relacionados ao solo. Além disso, foram calculados fatores de caracterização para impactos aos serviços ecossistêmicos relacionados à fertilidade do solo através da aplicação de um modelo de caracterização de AICV espacialmente diferenciado. O procedimento metodológico envolveu (i) a definição do mecanismo ambiental, tendo como indicador o teor de Carbono Orgânico do Solo (COS), (ii) a definição da Vegetação Natural Potencial como situação de referência e (iii) a definição das unidades biogeográficas de análise denominadas Associação Solo-Vegetação (ASV). Com base nestes parâmetros, foram calculados os estoques de COS para 32 classes diferentes de uso da terra e os estoques de COS para as situações referência, necessários para o cálculo dos impactos resultantes do uso da terra. Foram calculados e disponibilizados mais de três mil fatores de caracterização aos usuários de ACV, aplicáveis em 32 classes diferentes de uso da terra para 74 unidades biogeográficas (ASV). Além desses, foram obtidos fatores de caracterização também para as 27 unidades federativas do país, que apesar de estarem agregados em divisões políticas, levam em consideração dados regionais de COS. Por fim, os resultados e discussões deste trabalho contribuem na integração de dois campos de estudo e podem auxiliar ao melhor entendimento do sistema de produtos, não apenas focando em danos ambientais, mas também possibilitando a identificação de impactos positivos e agregação de valor.Life Cycle Assessment (LCA) is a structured, comprehensive and standardized method at international level that quantifies information on emissions, resources consumed and potential environmental impacts of products through their life cycle. One of it phases, the Life Cycle Impact Assessment (LCIA), refers to the quantitative and/or qualitative process applied in assessing the impacts associated with the life cycle inventory. Among the environmental impacts addressed in LCIA are those related to land use, being evaluated according to two pathways: impacts on biodiversity and impacts on ecosystem services. The ecosystem services impact modelling on LCA still presents limitations and some conceptual errors, such as not actually evaluating the benefits provided to humans. In addition, one of the major challenges in LCA relates to the spatial differentiation in LCIA methodological procedures, especially for impacts due to land use. Thus, the main goal of the present study is to discuss the ecosystem services concept integration in LCA and obtain characterization factors of soil-related ecosystem services impacts, regionally applicable to Brazil. The literature review and the LCA environmental mechanism of land use impacts and the cascade model of ecosystem services comparison allowed the development of a new conceptual model for soil-related ecosystem services. Each one of these steps in the cascade model was aligned with the LCA\'s terminology to match the midpoint and endpoint modelling levels while considering the key processes, functions, services, benefits, and values related to the soil. In addition, characterization factors for ecosystem services related to soil fertility were calculated applying a spatially differentiated characterization model. The methodological procedure involved the (i) environmental mechanism definition, establishing the Soil Organic Carbon content (SOC) as an indicator, (ii) the definition of Potential Natural Vegetation as a reference situation and (iii) the definition of the biogeographic analysis units denominated Soil Vegetation Association (SVA). Based on these parameters, SOC stocks were calculated for 32 different land use classes and SOC stocks for reference situations allowing the calculation of impacts resulting from land use. More than two thousand characterization factors were calculated, being available to LCA users, applicable in 32 different land use classes to 74 biogeographic units (SVA). In addition, characterization factors were also obtained for the 27 Brazilian federative units, which, although aggregated in political divisions, consider SOC regional data. Finally, the results and discussions of this study contribute to the integration of two scientific domains and help to better understand the product system, not only focusing on environmental damages, but also enabling the identification of positive impacts and value aggregation

Analysis of models for characterizing impacts of land use for Impact Assessment Life Cycle and recommendations to support the implementation in Brazil

O principal instrumento de avaliação dos impactos ambientais do ciclo de vida de produtos é a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Uma de suas fases, a Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) refere-se ao processo quantitativo e/ou qualitativo aplicado na caracterização e avaliação dos impactos associados ao inventário do ciclo de vida. Dentre os impactos ambientais avaliados, estão aqueles relacionados ao uso da terra. Um dos grandes desafios no campo da ACV refere-se diferenciação espacial e temporal nos métodos de AICV, sobretudo para impactos devido à transformação e ocupação da terra. Torna-se necessário o desenvolvimento de modelos de caracterização e/ou adaptação daqueles já existentes de maneira que possam considerar as características ambientais regionais de cada país, visando à obtenção de resultados mais consistentes e precisos. Assim, este trabalho tem o objetivo de analisar a aplicabilidade e a regionalização dos principais modelos de caracterização de impactos do uso da terra para a Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida no Brasil. Para tanto foi conduzida uma revisão bibliográfica sistemática, a qual subsidiou a descrição e análise de dezesseis principais modelos de caracterização para avaliação de impactos do uso da terra. Durante a etapa de análise, as informações referentes a cada modelo foram classificadas de acordo com diferentes critérios, como: abordagem midpoint/endpoint, área de cobertura, área de coleta dos dados, diferenciação bio-geográfica, tempo de recuperação, situação de referência, robustez científica e relevância ambiental. Observou-se que seis modelos, de abrangência de aplicação global, apresentam robustez científica e relevância ambiental satisfatória para a avaliação dos impactos nos serviços ecossistêmicos e na biodiversidade: Brandão & Milà i Canals (2013); Müller-Wenk & Brandão (2010); Nunez et al. (2010); Saad, Koellner, Margni (2013); Souza (2010); Souza et al. (2013). Outra contribuição do trabalho refere-se às recomendações para a adaptação de modelos de caracterização, visando a regionalização, para a qual uma série de elementos-chave deve ser considerada, tais como o mecanismo ambiental modelado, a tipologia de uso do solo, o nível de diferenciação bio-geográfica usado para o cálculo dos fatores de caracterização e a situação de referência utilizada.The main technique for assessing the environmental impacts of the product life cycle is the Life Cycle Assessment (LCA). One of its phases, the Life Cycle Impact Assessment (LCIA) refers to quantitative and / or qualitative process applied to the characterization and assessment of impacts associated with the life cycle inventory. Among the environmental impacts evaluated in LCA are those related to land use. A major challenge in the field of LCA refers to spatial and temporal differentiation in LCIA methods, especially for impacts due to land occupation and land transformation. It becomes necessary to develop models for the characterization and / or adapting existing ones so that they can consider regional environmental characteristics of each country, in order to obtain more consistent and accurate results. Therefore, this work aims to analyze the applicability and regionalization of the land use impacts characterization models in the Life Cycle Impact Assessment in Brazil. To achieve that, a systematic literature review was performed, which subsidized the description and analysis of sixteen major characterization models for land use impact assessment. During the analysis, the information regarding each model were classified according to different criteria, such as midpoint/ endpoint approach, coverage area, area of data collection, bio-geographical differentiation, recovery time, reference land use situation, scientific robustness and environmental relevance. It was observed that six models, with a global scope, present scientific robustness and environmental relevance sufficient for the assessment of impacts on biodiversity and ecosystem services: Brandão & Milà i Canals (2013); Müller-Wenk & Brandão (2010); Nunez et al. (2010); Saad, Koellner, Margni (2013); Souza (2010); Souza et al. (2013). Another contribution of this work were the recommendations for adapting characterization models, for which a number of key elements must be considered, such as the modelled land use impact pathways, the land use typology, the level of bio-geographical differentiation used for the characterization factors and the reference land use situation