Industrial Symbiosis in the Biofuel Industry : Quantification of the Environmental Performance and Identification of Synergies

• Main Author: Martin, Michael
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Linköpings universitet, Industriell miljöteknik 2013
• Subjects: Industrial symbiosis; life cycle assessment; by-product; integration; environmental performance
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-90233; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:978-91-7519-658-9 (print)

The production of biofuels has increased in recent years, to reduce the dependence on fossil fuels and mitigate climate change. However, current production practices are heavily criticized on their environmental sustainability. Life cycle assessments have therefore been used in policies and academic studies to assess the systems; with divergent results. In the coming years however, biofuel production practices must improve to meet strict environmental sustainability policies. The aims of the research presented in this thesis, are to explore and analyze concepts from industrial symbiosis (IS) to improve the efficiency and environmental performance of biofuel production and identify possible material and energy exchanges between biofuel producers and external industries. An exploration of potential material and energy exchanges resulted in a diverse set of possible exchanges. Many exchanges were identified between biofuel producers to make use of each other’s by-products. There is also large potential for exchanges with external industries, e.g. with the food, energy and chemical producing industries. As such, the biofuel industry and external industries have possibilities for potential collaboration and environmental performance improvements, though implementation of the exchanges may be influenced by many conditions. In order to analyze if concepts from IS can provide benefits to firms of an IS network, an approach was created which outlines how quantifications of IS networks can be produced using life cycle assessment literature for guidelines and methodological considerations. The approach offers methods for quantifying the environmental performance for firms of the IS network and an approach to distribute impacts and credits for the exchanges between firm, to test the assumed benefits for the firms of the IS network. Life cycle assessment, and the approach from this thesis, have been used to quantify the environmental performance of IS networks by building scenarios based on an example from an IS network of biofuel producers in Sweden. From the analyses, it has been found that exchanges of material and energy may offer environmental performance improvements for the IS network and for firms of the network. However, the results are dependent upon the methodological considerations of the assessments, including the reference system, functional unit and allocation methods, in addition to important processes such as the agricultural inputs for the system and energy systems employed. By using industrial symbiosis concepts, biofuel producers have possibilities to improve the environmental performance. This is done by making use of by-products and waste and diversifying their products, promoting a transition toward biorefinery systems and a bio-based economy for regional environmental sustainability. === Produktionen av biobränslen har ökat de senaste åren, vilket är ett steg mot klimateffektivare lösningar i transportsektorn, men biodrivmedlen har ifrågasatts med hänvisning till tveksamheter kring deras miljö- och energiprestanda. Lifecykelanalyser har därför använts inom akademiska studier och för policy för att utvärdera systemen, dock utan samstämmiga resultat. Under de kommande åren måste därför praxis för produktion av biobränslen förbättras för att kunna möta de strikta kraven i hållbarhetskriterier för biobränslen. Syftet med forskningen som presenteras i den här doktorsavhandlingen är att utforska och analysera koncept från området Industriell symbios (IS) och därigenom identifiera förbättringar för ökad effektivitet och miljöprestanda för biobränsleproduktion. Vidare är syftet att identifiera möjliga material- och energiutbyten mellan biobränsleproducenter och externa industrier. Potentiella material- och energiutbyten undersöktes, vilket resulterade förslag på flera olika typer av potentiella utbyten. Undersökningen visar på en potential för att använda biprodukter i en biobränsleprocess som råvara till en annan biobränsleframställning. Vidare identifierades en stor potential för utbyten med externa industrier, som till exempel matproducenter samt industrier för energi och kemikalier. Det är tydligt att det finns möjligheter för biobränsleproducenter och externa industrier att samarbeta och därmed ge möjlighet till förbättringar i miljöprestandan, dock kan en implementering av dessa utbyten påverkas av många olika förutsättningar. Avhandlingen presenterar även ett tillvägagångssätt för att visa hur kvantifiering av miljöprestanda inom ett nätverk för IS kan genomföras genom att använda riktlinjer och metodavvägningar från litteratur för livscykelanalys.  Detta tillvägagångssätt kan användas för att analysera om koncept från IS kan leda till fördelar för företagen i ett IS-nätverk. Tillvägsgångssättet ger möjlighet att kvantifiera miljöprestandan för företagen i IS-nätverket och ger dessutom vägledning för hur miljöpåverkan från utbytena kan distribueras mellan de olika företagen. Metoden utvecklades för att bland annat undersöka de förmodade fördelarna från IS för varje enskild aktör. Livscykelanalys i kombination med tillvägagångssättet ovan har använts för att kvantifiera miljöprestandan för IS-nätverk genom att konstruera scenarier. Scenarierna har baserats på ett exempel från ett IS-nätverk av biobränsleprocenter i Sverige. Analyserna visar att utbyten av material- och energi kan ge förbättringar i miljöprestanda. Resultaten är dock beroende av vilka metodavvägningar som gjorts, till exempel val av referenssystem, funktionell enhet och allokeringsmetoder. Vidare spelar viktiga processer som inputs från jordbruk och val av energisystem stor roll för resultatet. Metodavvägningar för utväderingen influerar även miljöpåverkan samt hur den fördelas mellan företagen i IS-nätverket. Dessutom kan den lokala miljöpåverkan öka medan den globala påverkan minskar. Sammanfattningsvis kan biobränsleproducenter, genom att använda koncept från industriell symbios, ges möjlighet att förbättra sin miljöprestanda. Detta kan ske genom att använda biprodukter och avfall samt genom att diversifiera sina produkter som ett första steg mot en övergång mot bioraffinaderier och en mer biobaserad ekonomi för regional hållbarhet.