Regional Environmental Life Cycle Assessment for Improving Food Chain Sustainability

265 Pages·2012·7.877 MB·English

by  Pegah Amani

Edition KWV
Pegah Amani
Regional Environmental
Life Cycle Assessment for
Improving Food Chain
Sustainability
Edition KWV
Die „Edition KWV“ beinhaltet hochwertige Werke aus dem Bereich der Wirtschaftswissen­
schaften. Alle Werke in der Reihe erschienen ursprünglich im Kölner Wissenschaftsverlag,
dessen Programm Springer Gabler 2018 übernommen hat.
Weitere Bände in der Reihe http://www.springer.com/series/16033
Pegah Amani
Regional Environmental
Life Cycle Assessment for
Improving Food Chain
Sustainability
Pegah Amani
Wiesbaden, Germany
Bis 2018 erschien der Titel im Kölner Wissenschaftsverlag, Köln
Dissertation Rheinische Friedrich­Wilhelms­Universität zu Bonn, 2011
Edition KWV
ISBN 978­3­658­24008­0 ISBN 978­3­658­24009­7 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-24009-7
Library of Congress Control Number: 2019931981
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© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, part of Springer Nature 2012, Reprint 2019
Originally published by Kölner Wissenschaftsverlag, Köln, 2012
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Abstract

In the movement toward sustainable food, enterprises in the food supply chains face
difficulties addressing the environmental aspect of sustainability. The environmental
impact analysis of the food products relies on a comprehensive and clear
understanding of hotspots relevant to each stage of the food chain. The magnitude and
intensity of the impacts can be reinforced or undermined by the sensitivity of the
regional ecosystem. Therefore, a hotspot analysis putting process and geographical
position opposite each other is required to determine the impacts with the highest
environmental burdens relevant to each stage of the food supply chain from production
to waste management.
In this dissertation, a globally applicable, affordable, and feasible approach is
developed to determine differentiated sets of possible impacts with higher environ-
mental burdens for food supply chains. Supposing the geographical position and the
relevant stage in the food supply chain as given, all enterprises active in the food
sector can use the results of this dissertation to find the appropriate set of environ-
mental impacts for assessing their environmental sustainability.
Worldwide spatial differentiation on sets of impact is performed through qualitative
comparative risk analysis based on factors including climate, topography/physio-
graphy, and soil specifications. The data for this analysis has been mainly collected
from the data available in the HWSD-Viewer database. The qualitative comparative
risk analysis method was perceived to be applicable to the environmental risk assess-
ment in ecoregional level, in the absence of detailed scientific studies and analyses at a
global level.
Results show a higher variety of environmental impacts at the agriculture and
(overall produced) waste management stages of the food chain, specifically in (1)
ecoregions of (sub) humid tropics and (sub) humid temperate climate with their high
sensitivity to the land use, ecotoxicity, and acidification impacts, (2) ecoregions of arid
and semi-arid climate with their high sensitivity to the land use impact, (3) an eco-
region in lowlands (wetlands) with its high sensitivity to the land use impact and (4) an
ecoregion with soil parent materials of expanding clays with its high sensitivity to the
land use, ecotoxicity, and aquatic eutrophication impacts.
The environmental impacts of the processing and packaging stages are mostly
general impacts independent from the geographical position, except for ecotoxicity
and human toxicity that can be higher in (1) ecoregions of (sub) humid tropics, arid,
and semi-arid climate, followed by (2) a few ecoregions in steppe and (sub) humid
temperate climate zones, and also an ecoregion with a parent material of expanding
clays. Other food supply chain stages including wholesaling, retailing, transportation,
and consumption only result in general impacts.
ABSTRACT
The overview of currently available LCIA methodologies revealed that just a few of
these methodologies can be applied to food products as they mostly lack a quantitative
method of assessing impact categories such as land use, ecotoxicity as well as
terrestrial and aquatic eutrophication. Investments in further improving these
methodologies is crucial in decision-making for the environmental management of the
food sector as it can significantly contribute to increasing the reliability of the results
of comparative environmental studies on food products.

VI
Kurzfassung

In der Entwicklung von Produktionsketten (food supply chains) des Nahrungsmittel-
sektors steht zunehmend eine Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Diskussion. Die
einzelnen Betriebe als Glieder der Produktionskette haben dabei besondere Schwierig-
keiten, die Umweltwirkungen ihrer Aktivitäten als wesentlichen Teil der Nachhaltig-
keitsdiskussion zu erfassen.
Eine Analyse der Umweltwirkungen, die sich auf die Produktion und Bereitstellung
von Lebensmittelprodukten zurückführen lassen, hängt von einem umfassenden
Verständnis der relevanten Ursachenbereiche auf jeder Stufe der Produktionskette ab.
Allerdings können Umfang und Intensität von Umweltwirkungen durch Ausprägungen
des regionalen Ökosystems verstärkt oder abgeschwächt werden. Es ist daher für eine
Abschätzung der Umweltwirkungen erforderlich, für jede Stufe der Produktionskette
eine prozessbasierte Analyse mit einer Analyse der jeweiligen geographischen
Besonderheiten zu kombinieren.
In der vorliegenden Arbeit wird ein geeigneter, differenzierter und global nutzbarer
Ansatz entwickelt, der es Produktionsketten mit geringem Aufwand ermöglicht, die
Konsequenzen geographischer Besonderheiten in ihre Abschätzung von Umwelt-
wirkungen einzubinden.
Unter der Annahme, dass für ein einzelnes Unternehmen der Standort sowie die
Position in der Produktionskette festliegen, können aus der vorliegenden Arbeit stand-
ortbezogene Umweltwirkungen in die Abschätzung der Nachhaltigkeit eines Unter-
nehmens abgeleitet werden.
Dazu werden in der Arbeit in globalem Maßstab räumlich differenzierte Gruppen
von Umweltkategorien abgegrenzt, die regional unterschiedlichen Umweltwirkungen
ausgewählter Aktivitäten qualitativ bewertet und räumlich differenzierte Risikoklassen
abgegrenzt, die Kategorien wie Klima, Topographie bzw. Physiographie sowie Boden-
spezifika berücksichtigen. Die erforderlichen Grunddaten werden überwiegend aus der
„HWSD-Viewer“ Datenbank abgeleitet. Der umgesetzte Ansatz zur Risikoab-
schätzung wird als nutzbare Alternative zu (noch) fehlenden umfassenderen Studien
bzw. Analysen auf globaler Ebene betrachtet.
Die Ergebnisse zeigen eine besonders hohe Spannbreite von Umweltwirkungen in
der Landwirtschaft sowie im Abfallmanagement. Dies betrifft insbesondere (1)
Gebiete in den subhumiden Tropen mit ihrer hohen Sensibilität für Landbewirt-
schaftung, Ökotoxizität und Versauerung, (2) Gebiete mit trockenem oder halb-
trockenem Klima mit ihrer Sensibilität für die Konsequenzen von Landnutzung, (3)
Feuchtgebieten mit ihrer hohen Sensibilität für Auswirkungen von Landbewirt-
schaftung und (4) Gebiete mit hohem Tonanteil mit ihrer Sensibilität für Landbewirt-
schaftung, Ökotoxizität und Eutrophikation.
KURZFASSUNG
Die Umweltwirkungen auf der Stufe der Verarbeitung und Verpackung sind
weitgehend unabhängig von der geographischen Position mit Ausnahme von
Ökotoxizität und menschlicher Toxizität, die besonders hoch sind in (1) den
Feuchttropen sowie in Gebieten mit trockenem und halbtrockenem Klima dicht gefolgt
von (2) einigen Steppengebieten sowie Gebieten aus subhumiden Klimazonen.
Umweltwirkungen auf den Stufen des Einzelhandels, des Transports und des
Konsums sind in überwiegender Weise ohne direkten räumlichen Bezug.
Ein Überblick über die derzeit verfügbaren LCIA Konzepten zeigt, dass sich nur
einige zur Nutzung in der Agrar- und Lebensmittelproduktion eignen, da sie wesent-
liche Wirkungskategorien wie Landnutzung, Ökotoxizität oder Eutrophikation nicht
berücksichtigen.
Für Verbesserungen im betrieblichen Umweltmanagement sind weitere Ver-
besserungen in der Anwendbarkeit dieser Konzepte erforderlich. Dies könnte einen
signifikanten Beitrag zur Verlässlichkeit der Ergebnisse vergleichender Umwelt-
studien leisten.
VIII
Acknowledgement

I wish to express my sincerest thanks to Prof. Dr. Gerhard Schiefer for giving me the
opportunity to begin this dissertation. His observations and comments brought a
unique perspective to this research and helped me to establish the overall direction and
to move forward with the investigation in depth. I’m especially grateful to Prof. Dr.
Wulf Amelung for his gracious and earnest guidance and for the enlightening
discussions and valuable feedback during the investigations on the effect of soil
specifications in determining environmental risks. My appreciation also extends to
Professor Kunz for the co-supervision of this dissertation and PD Dr. Melanie Fritz for
the ideas she offered and the input she provided during the early stages of this
dissertation.
I would also like to warmly acknowledge Dr. Ulf Sonesson and Dr. Karin Östergren
from the Swedish Institute for Food and Biotechnology (SIK), for their support with
the discussions and their valuable input. I would like to thank Marc Hertel for proof-
reading the manuscript and helping with corrections and readability.
My special thanks go to my parents who raised me with love and helped me to see
life to its fullest. When I was five, my parents started holding a classroom for nearly a
year at our home for my elder brother and his classmates so they could continue their
education after their primary school had been bombed and ruined in the war. This was
an unforgettable lesson in commitment to science and learning. Their rich and full
support extended throughout all my life and helped me in the course of this
dissertation. I would like to specifically thank my father for his extensive professional
help in introducing me to the agriculture and soil science and, despite the long
distance, several valuable discussions without which this work would not have reached
its present form.
I want to give my heartfelt thanks to my dear brother, Payam, who is always there
for me, for all his unequivocal support, understanding, and being a constant source of
encouragement.
I am privileged for having colleagues who have provided me with great company
during all three years at the department of food and resource economics. I’m especially
grateful to Ursula Rickert and Christian Meyer for being wonderful office roommates
with genuine interest and understanding when I needed it for my work and life. I want
to thank the Deiters, Fuchs, Knaut, Meyer, and Rickert families for helping me to
understand and love this country in which otherwise I would have stayed a foreigner
after all this time.
Finally I would like to express my gratitude to all the individuals who in one way or
another contributed and extended their valuable support during the preparation and
completion of this dissertation.