Life cycle biodiversity impact assessment of solar electricity production

Abstract

The goal of the thesis was to find out what possible biodiversity impacts does solar electricity production have. The aim was also to identify which life cycle phases are the most significant considering the biodiversity impacts and how to reduce those impacts. The impacts were assessed using Life Cycle Assessment and LC-IMPACT assessment methodology. Solar electricity was assumed to be produced with ground-mounted monocrystalline solar PV installations. Three different geographical locations for the installations were considered: Finland, Germany and Morocco. Differences on the results, when the installation location changes, were also addressed. Other life cycle phases included were raw material extraction, panel production and transportation of materials and panels.

Three biodiversity loss drivers were considered in the assessment: climate change, land stress and water stress. As a result, the possible biodiversity impacts for terrestrial ecosystems were 1.04E-9 PDF∙yr for Finland, 1.85E-9 PDF∙yr for Germany and 2.63E-9 PDF∙yr for Morocco. For aquatic ecosystems the corresponding results were 6.57E-11 PDF∙yr, 6.10E-11 PDF∙yr and 5.16E-11 PDF∙yr. The most significant biodiversity loss driver for terrestrial ecosystems was land stress, and the most significant life cycle phase was the use phase in all of the installation locations. The significance of land stress and use phase was explained with the land area needed for the panel installations. The second most significant life cycle phase was raw material extraction which was significant in aquatic ecosystems as well. Transportations and panel manufacturing had minor significance. If biodiversity impacts from solar electricity production life cycle were to be reduced, the main focus should be in land use of the use phase: land area should be optimized and the possibilities of using the area under the panels should be investigated for other purposes.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää aurinkosähkön tuotannon mahdolliset biodiversiteettivaikutukset. Tavoitteena oli myös tunnistaa mitkä elinkaaren vaiheet ovat biodiversiteettivaikutusten osalta merkityksellisimpiä ja miten biodiversiteettivaikutuksia voitaisiin vähentää. Vaikutuksia arvioitiin elinkaarimallinnuksen (LCA) ja LC-IMPACT-metodin avulla. Aurinkosähkön tuotantoon oletettiin käytettävän maahan asennettuja monokristalli-aurinkopaneeleja. Työssä huomioitiin kolme eri maantieteellistä sijaintia aurinkopaneelien asennukselle: Suomi, Saksa ja Marokko. Työssä vertailtiin myös biodiversiteettivaikutusten eroavaisuuksia asennussijainnista riippuen. Käyttövaiheen lisäksi aurinkopaneelien elinkaaressa huomioitiin raaka-aineiden hankinta, paneelien valmistus sekä kuljetukset materiaaleille ja paneeleille.

Biodiversiteettivaikutuksia arvioitiin ilmastonmuutoksen, maankäytön ja vedenkäytön kautta. Biodiversiteettivaikutukset maaekosysteemeille olivat 1.04E-9 PDF∙yr Suomelle, 1.85E-9 PDF∙yr Saksalle ja 2.63E-9 PDF∙yr Marokolle. Makeanveden ekosysteemeille vastaavat tulokset olivat 6.57E-11 PDF∙yr, 6.10E-11 PDF∙yr ja 5.16E-11 PDF∙yr. Suurin osa maaekosysteemien biodiversiteettivaikutuksista todettiin liittyvän maankäyttöön ja käyttövaiheeseen. Tämä selitettiin suurella maa-alalla, joka tarvitaan paneelien asennukseen. Lisäksi raaka-aineiden hankinnasta syntyi merkittävä osa vaikutuksista, myös makeanveden ekosysteemeille. Kuljetuksilla ja paneelien valmistamisella oli hyvin pieni vaikutus. Jos biodiversiteettivaikutuksia aurinkosähkön tuotannon elinkaaressa halutaan pienentää, tulee keskittyä käyttövaiheen maankäyttöön. Maa-alueen koko tulee optimoida ja paneelien alla oleva maa-ala tulee mahdollisuuksien mukaan käyttää samanaikaisesti muuhun hyödylliseen toimintaan.