Biodiversity impacts of cotton fabric based on the impacts of land stress, water stress and climate change

Abstract

The aim of this master’s thesis is to investigate the biodiversity impacts of cotton fabric production based on the impacts of land stress, water stress and climate change. The example country chosen for the analysis was China, being the global leading producer and consumer of cotton fiber. The key life cycle stages driving cotton fabric’s biodiversity impacts and potential mitigation measures were identified and analyzed. The analysis was conducted using LCA, LC-IMPACT and GLAM methods. The impact modeling was carried out using openLCA software with the ecoinvent v3.10 database, complemented by MS Excel.

The total biodiversity impact on terrestrial ecosystems was 2.50E-14 PDF*y kg⁻¹, and on freshwater ecosystems 1.13E-14 PDF*y kg⁻¹. Climate change had the greatest impact on both ecosystems. The climate change impact was mainly driven by fertilizer use and energy consumption in the various processing stages. Water stress was primarily influenced by the amount of irrigation water required, with additional contributions from water use in the dyeing and fabric production processes. The low land-occupation impact of cultivation is explained by the high cotton yield per cultivated area and the low characterization factors for land-use-related biodiversity impacts of the region. Due to uncertainties, the results of this work can be considered indicative.

Most biodiversity impacts originate from cotton cultivation. Reducing fertilizer use, using fertilizers produced with renewable energy, and replacing inorganic fertilizers with organic alternatives can significantly lower emissions. The location of cultivation also greatly affects land-use impacts. Additionally, the textile processing phases can be optimized with water-efficient and low-chemical dyeing methods, reducing water and energy use.

Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia puuvillakankaan tuotannon biodiversiteettivaikutuksia maankäytön, vedenkäytön ja ilmastonmuutoksen vaikutusten näkökulmasta. Esimerkkimaaksi valittiin Kiina, joka on maailman johtava puuvillakuidun tuottaja ja kuluttaja. Työssä selvitettiin puuvillakankaan biodiversiteettivaikutuksiin vaikuttavimmat elinkaaren vaiheet ja mahdolliset vähennyskeinot. Analyysi toteutettiin LCA-, LC-IMPACT- ja GLAM-menetelmiä käyttäen. Laskenta tehtiin openLCA-ohjelmistolla, ecoinvent v3.10-tietokannalla ja MS Excelillä.

Biodiversiteettivaikutukset maaekosysteemeihin olivat 2,50E-14 PDF*y kg⁻¹ ja makean veden ekosysteemeihin 1,13E-14 PDF*y kg⁻¹. Ilmastonmuutoksella oli suurin vaikutus molempiin ekosysteemeihin. Ilmastonmuutoksen vaikutukset perustuivat pääasiassa lannoitteiden käyttöön ja energian kulutukseen eri prosessivaiheissa. Vedenkäytön vaikutuksen taustalla olivat viljelyvaiheen kastelu ja vedenkäyttö värjäys- ja kankaanvalmistusprosesseissa. Viljelyn vähäinen maankäytön vaikutus selittyy korkealla puuvillasadolla viljelyalaa kohti sekä alueen maankäyttöön liittyvien biodiversiteettivaikutusten matalilla karakterisointitekijöillä. Tuloksia voidaan epävarmuuksien vuoksi pitää suuntaa antavina.

Suurimmat biodiversiteettivaikutukset aiheutuivat viljelyvaiheesta. Lannoitteiden käytön vähentäminen, uusiutuvalla energialla tuotettujen lannoitteiden käyttö sekä epäorgaanisten lannoitteiden korvaaminen orgaanisilla vaihtoehdoilla voisivat merkittävästi vähentää päästöjä. Viljelyn sijainnilla on myös suuri vaikutus maankäytön vaikutuksiin. Lisäksi tekstiilinkäsittelyvaiheet voidaan optimoida veden- ja kemikaalien käytön suhteen, mikä vähentäisi energiankulutusta ja vedenkäyttöä.