Environmental benefits of a circular economy : connecting waste type and geographic proximity

Introduction: The aim of a circular economy is to transform waste into resources. There is a plethora of waste and by-products that remain unused in the traditional linear industrial system. However, transformation from a linear to a circular system is challenging, limited by several constraints such as the availability of information on the specific composition of the waste, the availability in time and space, the quantity of waste, as well as limited knowledge of the usability of such waste products. These challenges are exacerbated by the initial effort needed for implementation before an economy benefits from economic, ecological or societal improvements. Nevertheless, a circular economy generates less waste and consumes fewer resources, which in return makes it more profitable due to cost savings enabled by efficient resource use. The goal of the SHAREBOX project is the development of a platform for the facilitation of synergies within the industry to enable a more circular flow of resources within the European process industries. The project consortium has 15 partners including research organisations, SMEs and industrial partners as well as market actors and is part of the EU framework program Horizon 2020. Materials and Methods: The SHAREBOX platform is a database of available waste and resources required by companies, enabling the transformation of waste to resources by matching of two demands. The platform also serves as the first point of contact between different partners in a circular system. Furthermore, the platform enables the identification of new synergies overarching the different subsectors of the industries as well as optimal matching from the perspective of a circular economy. The key objectives are the facilitation of circular synergies through information and communications technology, the provision of information required to realise circular synergies within European industries and the identification of new circular synergies. Results and Discussion: The results of circular industry systems facilitated by the National Industrial Symbiosis Program (NISP) in the United Kingdom show a substantial reduction in the consumption of resources and generation of emissions compared to linear systems. Nevertheless, if there is a plethora of different types of waste, there is also a plethora of different synergies. This leads to different results for each type of waste that is transformed to a resource. Furthermore, the life cycle stage of transformation also has to be included. A transformation such as the reuse of polyethylene terephthalate (PET) can lead to emissions or require additional auxiliary materials as well as transportation. Therefore, the potential benefit will never be equal to the total impact of the primary input because of the transformation stage and the associated environmental impacts of collection and beneficiation. We analysed the implications of the transformation of different waste types to resources when industries are located in different geographic locations under consideration of the life cycle stage of transformation. Figure 2 shows the most significant results of the net benefit within the set of analysed waste types: the transformation of PET and concrete waste. Waste PET can be transported up to 10 000 km by lorry and still provide a net benefit regarding greenhouse gas emissions due to circular use. However, in case of concrete, the results are very different. A net benefit only occurs if the additional transport distance compared to primary concrete is less than 5 km. As a reference, the median of the transported distance of completed transformations within the NISP in the United Kingdom according to Jensen et al. is indicated with a black cross. About half of the 979 transformations within NISP were realised within a radius of 33 km and only one quarter of the synergies involved distances greater than 64 km. Conclusions: Transformation from linear to circular systems can substantially reduce total resource consumption as well as emissions of the whole value chain and therefore contribute to a greener economy. However, matching industries for transformations leading to the substitution of primary materials is still a major challenge. In addition, the environmental benefits of the reuse of resources is limited by the life cycle stage of the transformation as well as by additional transportation that may be required. The analysed set of types of waste shows a broad range of potential benefits. For some types of waste, the net benefits are still considerable after the subtraction of the additional impacts due to the life cycle stage of transformation as well as additional transport requirements. However, for selected types of waste, the net benefit tends to be negligible. The completeness of the scope will be crucial for the assessment and generalisations overarching different types of waste remain challenging

Filling the Gap of Overfishing in LCIA: Eco-factors for Global Fish Resources

Introduction: Life cycle assessment has been widely used to measure the environmental impact of food production and value chains. However, there is a lack of LCIA methods to assess the contribution of fish consumption to the global problem of overfishing, despite that fact that more than two thirds of commercially used fish resources are overexploited. Due to this methodological gap, fish is often determined to have a lower environmental footprint than other sources of animal protein in LCA studies. The aim of this publication is to present the development of eco-factors for fish resources and by-catch as an addition to the Swiss Ecological Scarcity Method 2013 and to compare the eco-factors of different fish resources and the impacts of fishing as well as the impacts of dietary alternatives like chicken, pork, lamb, beef and veal. Materials and Methods: The sustainable use of fish resources ensures that the fish stock for each fish species exceeds the minimum stock needed for a maximum sustainable yield. Therefore, the method developed uses a distance to target approach based on the fish stock for maximum sustainable yield (FSMSY) and the current fish stock (FS) for the characterisation of the use of fish resources. Langlois et al. and Emanuelsson et al. also suggest approaches for the characterisation of overexploitation of fish resources based on the FSMSY. The eco-factors were calculated for each fish species and fishing area. Thereafter, they were aggregated for each fish species using the weighted average of the total catch per fishing area. The target value for FSMSY depends on the fish species and the fishing area. The amount of by-catch was approximated with the dead discard of the walleye pollock (gadus chalcogrammus), which has the highest by-catch rate worldwide. In order to be able to compare the eco-factors for fish resources with the eco-factors of meat production, the factors were corrected from live weight to product weight assuming that the product weight corresponds to 45 % of live weight and that 98 % of the economic value is associated with the final product weight. Results and Discussion: The inclusion of eco-factors for the overexploitation of fish resources and by-catch shows a relevant contribution to the total environmental impact of fish compared to other impacts resulting from fishing and fish processing. Depending on the fish species, fish can have significantly higher overall impacts compared with different types of meat. The contribution of the eco-factors for by-catch is minor compared to fish resources but still relevant for the comparison with dietary alternatives. The total contribution of the eco-factors for fish resources exceeds the impacts of the fishery and fish processing. Conclusions: Distance to target based eco-factors using regionalised data for FS and FSMSY not only follow a comparable underlying approach as suggested in literature but also enable aggregation into a single-score with other environmental impacts. The overexploitation of fish resources is highly variable for different fish species and fishing areas as well as for by-catch, which also requires the consideration of by-catch species and fishing method. When comparing fish to equivalent dietary alternatives like chicken, pork, lamb, beef or veal, consideration of the overexploitation of fish resources results in some fish species exceeding the environmental impact of dietary alternatives. Therefore, overexploitation of fish resources is relevant in the Life Cycle Assessment of fish products in different diets. The suggested approach can be integrated in a full single-score LCIA of meals and is able to reflect the regionalised impacts caused by the overexploitation of fish resources for different species and fishing areas as well as the impacts associated with by-catch and fishing method

Assessment of cleantech options to mitigate the environmental impact of South African dairy farming

Milk production in South Africa has increased substantially over the past ten years and is associated with various environmental impacts. These can be reduced by different means, four of which were analysed in this study: choice of breed, the use of methane emission reducing feed additives, solar power as well as variable frequency drive usage in fodder irrigation. The results showed that Holstein cows had a lower impact than Ayrshire cows per litre of milk, but that differences between farms were greater than between breeds alone. The feed additive 3-nitrooxypropanol (3NOP) led to an 18% reduction in the climate change impact category, and did not have negative effects in other categories. Using solar power for irrigation decreased the environmental impact by a larger degree than integrating a variable frequency drive to reduce the electricity demand of the water pump. All four are adequate means of reducing the environmental impact of milk

Environmental efficiency analysis of Swiss acute care hospitals

Supported by the Swiss National Science Foundation (SNSF) within the framework of the National Research Program “Sustainable Economy: resource-friendly, future-oriented, innovative” (NRP 73) Grant-N◦ 407340_ 172453.Using a novel set of Global Warming Potential (GWP) data for hospitals in Switzerland, we estimate the environmental efficiency by stochastic frontier analysis and data envelopment analysis for the hospitals overall and 14 specific hospital areas. We find median efficiency of hospitals of at most 53.4 percent. The improvement potential for the Swiss acute care hospitals is estimated to be 136’669 t CO2-eq based on a GWP weighted mean environmental efficiency of 69.3 over all hospitals. The areas with the highest potential are heating and electricity: a one percent increase in efficiency would reduce overall GWP by 0.60 and 0.58 percent, respectively

Betriebsökobilanz des Pflegezentrums Käferberg

Um dem Ziel von Netto-Null Treibhausgasemissionen näher zu kommen und eine Übersicht über den aktuellen Stand der Emissionen zu erhalten, wurde eine Betriebsökobilanz des Pflegezentrums Käferberg in Zürich durchgeführt. Als Bezugsgrösse der Analyse wurde der «Betrieb des Pflegezentrums Käferberg während eines Jahres» gewählt. Das Bezugsjahr der Daten ist 2019. Es wurden Treibhausgasemissionen, Gesamtumweltbelastung gemäss der Methode der ökologischen Knappheit und kumulierter Energieaufwand analysiert. Folgende Bereiche wurden berücksichtigt: Energie, Infrastruktur, Verpflegung, Textilien und Wäsche, Verbrauchsmaterial, Wasser und Abfälle sowie Mobilität. Der Betrieb des Pflegezentrums verursachte im Jahr 2019 Treibhausgasemissionen von insgesamt 1’810 t CO2-eq. Bei den Treibhausgasemissionen ist die Verpflegung Hauptverursacher mit 36 %, gefolgt von der Mobilität mit 24 %. Bei der Verpflegung ist insbesondere der Fleischanteil ausschlaggebend, bei der Mobilität das Pendeln der Mitarbeitenden mit dem Auto. Weitere relevante Bereiche sind die Infrastruktur mit 13 %, bei welcher das Gebäude ausschlaggebend ist, sowie das Verbrauchsmaterial mit 14 %. Der grösste Teil der Treibhausgasemissionen, namentlich 93 %, werden dem Scope 3 aus Sicht des Pflegezentrums zugeordnet, während nur knapp 1 % der Emissionen in Scope 1 und knapp 7 % in Scope 2 entstehen. Bei der Gesamtumweltbelastung verursacht das Pflegezentrum im Jahr 2019 4.52 Mia. Umweltbelastungspunkte (UBP). Auch hier ist die Verpflegung der umweltrelevanteste Bereich und hat im Vergleich zu den Treibhausgasemissionen mit 43 % einen höheren Anteil. Innerhalb dieses Bereiches sind die Fleisch- und Milchprodukte für 54 % der Umweltbelastung verantwortlich. Die Mobilität hat den zweitgrössten Anteil an der Gesamtumweltbelastung mit 17 %, wobei auch hier das Pendeln der Mitarbeitenden mit dem Auto ausschlaggebend ist und 80 % der Umweltbelastung dieses Bereiches verursacht. Weitere relevante Bereiche sind die Infrastruktur mit 13 %, die Energie mit 12% und die Verbrauchsmaterialien mit 9 % an der Gesamtumweltbelastung. Der kumulierte Energieaufwand beläuft sich auf 43.6 Terajoule (TJ) pro Jahr mit einem Anteil an erneuerbarer Energie von 49 %. Verpflegung, Mitarbeitendenmobilität, Gebäudeinfrastruktur und Verbrauchsmaterialien dominieren die Umweltauswirkungen des Pflegezentrums. Die Energieversorgung, namentlich Strom & Wärmebedarf, ist mehrheitlich erneuerbar, weshalb sie nur zu einem kleinen Anteil zur Klimabilanz und zur Gesamtumweltbelastung beiträgt. Durch eine Anpassung des Verpflegungsangebots, zusätzliche Förderung des Umstiegs der Mitarbeitenden vom eigenen Auto auf den öffentlichen Verkehr und das Fahrrad, und dem Ersatz von Heizöl in der Wärmebereitstellung durch erneuerbare Energiequellen könnte die Gesamtumweltbelastung des Pflegezentrums um 24 % und die Treibhausgasemissionen um 30 % reduziert werden

Projekt Digitale Suffizienz : Ökobilanzbericht zur Nutzung digitaler Geräte durch Jugendliche in der Schweiz

Ziel der Studie: Diese Studie quantifiziert die Umweltbelastung durch die individuelle Nutzung digitaler Medien durch Schweizer Jugendliche mit der Methode der Ökobilanz (engl.: Life Cycle Assessment). Dabei wird analysiert, welcher Aspekt der Nutzung einen besonders hohen Einfluss auf die Umweltbelastung hat. Ziel der Ökobilanz ist, aus diesen Erkenntnissen Empfehlungen abzuleiten und angeben zu können, welche Handlungsänderungen der Jugendlichen diese Umweltauswirkungen reduzieren können. Bei der Analyse wird nicht nur der Durchschnittsjugendliche betrachtet, sondern auch verschiedene Nutzungstypen (siehe Kapitel 2.2), sodass die Empfehlungen individuell formuliert werden können. Ein weiteres Ziel der Studie ist die Abschätzung, ob durch die Digitalisierung auch Umweltvorteile entstehen, da Materialien wie Papier für Bücher und Zeitungen oder Fotopapier für Fotografien durch digitale Medien ersetzt werden. Dabei werden zwei Aspekte separat betrachtet: Ist es aus Umweltsicht besser, Geräte in meinem Besitz zu nutzen, um Medien digital zu nutzen anstatt die nicht digitale Alternative zu verwenden? Der andere Aspekt ist, ob es von Vorteil für die Umwelt ist, ein Gerät zu kaufen, um Tätigkeiten digital zu erledigen und so beispielsweise Papier zu sparen. Eine wichtige Überlegung dabei ist, ab wie vielen ersetzten nicht-digitalen Produkten sich der Gerätekauf lohnt. Beide Aspekte werden im Rahmen dieser Studie betrachtet

From bandages to buildings : identifying the environmental hotspots of hospitals

The provision of healthcare leads to high environmental impacts and economic costs for our society. Within the healthcare sector, hospitals are a main contributor to both aspects. In order to determine which areas of a hospital contribute most to the environmental impact, a life cycle assessment of 33 acute care hospitals in Switzerland was conducted. The environmental impact of these hospitals was analysed at midpoint level for 16 environmental impact categories. The functional unit (FU) was defined as healthcare services provided by one full-time equivalent for one year. The analysis shows that building infrastructure and catering are the main contributors for various environmental impacts, followed by heating and electricity. Waste and wastewater, pharmaceuticals, and medical and housekeeping products are relevant for at least three categories, whereas textiles, and paper use and printing are only relevant for one to two categories. Direct water use and laundry, and large medical equipment are only responsible for a small share of the impact in all categories. The carbon footprint of an average hospital is 3.2 tonnes CO2eq per FU and the main impact stems from heating with 0.82 t CO2eq per FU. The large variation in the environmental impact of different hospitals reveals that there is a considerable yet untapped potential for sustainability improvements in the hospital sector

Die Kunst des guten Lebens : Ausstellung #misläbe

Im Rahmen des Projekts «Die Kunst des Guten Lebens» haben die Forschungsgruppen Nachhaltigkeitskommunikation und Umweltbildung sowie Ökobilanzierung die Ausstellung «#misläbe – die Ausstellung über dich» erarbeitet und umgesetzt (im Folgenden #misläbe genannt). Das Projekt wurde über das Instrument «Agora» des Schweizerischen Nationalfonds SNF unterstützt. Basierend auf wissenschaftlichen Life Cycle Assessment Berechnungen ermöglicht die interaktive Ausstellung #misläbe eine Analyse der Umweltauswirkungen des individuellen Lebensstils der Besuchenden. Durch das Verständnis der Umweltrelevanz ihrer Gewohnheiten und das Bereitstellen konkreter Alternativen in Form von praktischen Tipps, werden die Besuchenden befähigt, im Alltag bewusst nachhaltigere Entscheidungen zu treffen und zu einem faktenbasierten Dialog über Nachhaltigkeit in der Schweiz beizutragen. Ziel der Ausstellung #misläbe ist es, wissenschaftliche Fakten zu Umweltbelastungen spannend und individuell zu kommunizieren und so die Besuchenden zum Weiterdenken und Handeln anzuregen. Eine personalisierte Auswertung soll helfen, den Alltag umweltfreundlicher zu gestalten. Die Besuchenden verwenden ihr Smartphone, um mit einer Web-App ihre Antworten eingeben zu können. Dabei interagieren die Besuchenden mit der Ausstellung. Die individuell erfassten Daten können anschliessend den Forschenden der ZHAW freiwillig und anonym zur Verfügung gestellt werden. Neuartig an dieser Ausstellung ist, dass die Tipps nicht nur auf die höchsten Umweltbelastungen Bezug nehmen, sondern auch die Lebensführung basierend auf dem Modell von Otte (2005) miteinbezogen wird: Hat eine Besucherin traditionelle Werte, wird ihr beispielsweise empfohlen, mehr Hühnchen und weniger Rindfleisch zu essen, ist ein Besucher offen für Neues, werden ihm Tofu-Gerichte als spannendes Experiment empfohlen3. Ein zweites Ziel der Ausstellung ist, mehr über Lebensstiltypen und ihre Umweltbelastung zu erfahren. Die Ausstellung wurde im August 2018 in den Gärten des ZHAW Campus Grüentals in Wädenswil eröffnet. Zum Rahmenprogramm der Ausstellung gehören neben Führungen mit Schulklassen und Erwachsenen spezielle «Meet the scientist»-Veranstaltungen, bei welchen sich Besuchende direkt mit Forscherinnen austauschen können