SimaPro-laskentaa Ilmastoindikaattori-hankkeessa – elinkaariarviointi keskittyy hiilijalanjälkeen

Hankkeen aloituskokoukset pidettiin yhteistyöyritysten kanssa tiiviiseen tahtiin keväällä ja kesällä 2021. Asiakkaidemme toiveiden mukaan rajattiin tuotantoprosessit, joista asiakkaamme halusivat elinkaariarvioinnin. Pääsääntöisesti heille ehdotettiin laskentaa kehdosta portille -malliin. Tällöin laskenta antaa vaikkapa hiilijalanjäljen kaikesta tuotantoon liittyvästä toiminnasta yrityksen raaka-aineiden valmistuksesta (eli kehdosta) ja kuljetuksesta lähtien yrityksen tuotantolaitoksen läpi siihen saakka, missä tuote on lähdössä asiakkaalle tai palvelu on valmis (eli portille).

SimaPro-simulointiohjelman malleissa laskettiin useita ympäristövaikutusindikaattoreita. Asiakkaille tärkein oli hiilijalanjälki eli ilmastonlämpenemispotentiaali, koska siitä tavallisesti puhutaan. Asiakkaiden raaka-ainetoimittajat tai tuotteiden ja palvelujen ostajat kysyvät yhä useammin toiminnan hiilijalanjälkeä toisiltaan. Juuri kukaan ei kysy maaperän happamoitumisindikaattoria tai mineraalisten raaka-aineiden vähenemispotentaalia eikä muitakaan noin viidestätoista eri indikaattorista, joilla kaiken yhteiskunnan toiminnan ympäristövaikutuksia voi kuvata. Siten laskennantuloksia tulkittaessa verrattiin usein juuri hiilijalanjälkeä muun tieteellisen kirjallisuuden julkaisemaan lähdeaineistoon. Monista muista indikaattoreista ei ole julkaistu laskentaa.

Asiakkaat kysyivät välillä, mitä muut indikaattorit tarkoittavat tai mitä hyötyä niistä on. Koska niitä oli vaikea verrata mihinkään, niiden hyöty saattoi jäädä asiakkaillevähäiseksi, mutta SimaPro-ohjelma laskee kuitenkin indikaattorit nopeasti ja siksi niitä otettiin valikoidusti malleihin mukaan. Indikaattorit valittiin sillä perusteella, mitä indikaattoreita tieteellisessä kirjallisuudessa oli eniten laskettu vastaaville prosesseille.

Osa malleista jäi paloittelematta tarpeeksi pieniin osiin SimaPro-ohjelmalla. Siksi lopputuloksesta eli hiilijalanjäljestä ei saatu aina eriteltyä sitä, kuinka suuri osuus CO₂-ekvivalenttipäästöistä tulee itse asiakkaan prosessista tai palvelusta, ja mikä ympäristövaikutus aiheutuu ennen sitä raaka-aineiden valmistuksesta ja kuljetuksesta. Lopulta monilla asiakkailla olikin tarve portilta portille -mallin laskentaan eli oman tuotannon ympäristövaikutusten laskentaan eikä kehdosta portille -laskentaan.

Tuotannon ympäristövaikutuksia eriteltiin kopioimalla alkuperäinen malli ja poistamalla kopiosta asiakkaan tuotantoa edeltävät yksikköprosessit eli ohjelman “legopalikat” ja laskenta ajettiin uudelleen, jolloin jäljelle jäi haluttu ympäristövaikutus. Yhdessä tapauksessa käytettiin Excel-taulukkolaskentaa samaan tarkoitukseen, koska asiakkaan tuotannon polttoaineiden, sähkön ja lämmön ympäristövaikutukset eli CO₂-päästökertoimet on julkaistu eri ministeriöiden vuositilastoissa. Lisänä tarvittiin vain polttoaineiden fysikaalisia ominaisuuksia laskentaa varten.

Kirjallisuuslähteestä löydettyä mallia käytettiin erään hiilijalanjäljen laskennassa ja esitettiin, että tuotannon hiilijalanjäljen voi helposti laskea Excel-laskentana, mutta asiakkaamme halusi alkaa käyttää SimaPro-simulointiohjelmaa yrityksessään. Toivotaan, että ohjelmasta on heille hyötyä. Ainakin heillä on mielenkiintoa asiaan ja paljon tuotteita simuloitavaksi ohjelmalla.

Ensimmäinen malli ristiinlaminoidun hirsirakenteen eli CLT-seinärakenteen ympäristövaikutuksista antoi negatiivisen kokonaishiilijalanjäljen, koska ennen asiakkaamme tuotantolaitosta puu sitoo kasvaessaan hiiltä niin paljon, että lopullisen seinärakenteen hiilijalanjälki jäi negatiiviseksi. Jos olisi tarkasteltu pelkkää asiakkaan tuotantoprosessia, jälki olisi tietysti ollut positiivinen. Tästä laskennasta tehtiin asiakkaalle ympäristöselosteen tyyppinen raportti, ilman että mukaan otettiin kirjallisuuskatsauksiin perustuvia tuloksia.

Elinkaariarvioinneissa luotiin prosessien mallit varsin laajan tietokannan sisältämien legopalikoiden avulla. Kaikesta ihmisen toiminnasta on tehty valmiita yksikköprosesseja (legopalikoita) tietokantoihin, joista voidaan hakea sopiva palikka malliin mukaan, esimerkiksi palikka kallion räjäytykselle, toinen palikka kalliolohkareiden murskaukselle, seuraava murskeen kuljetukselle kuorma-autoon, sitten kuorma-autopalikka satamaan, laivapalikka meriteitse Suomeen ja niin edelleen. Palikoiden sisältöä voidaan muokata siten, että sisältö vastaa omaa mallia ja esimerkiksi tuotannossa käytettävä sähkö voidaan valita valmiiksi Suomen sähköverkon päästöillä varustettuna. Kaikki tiedot syötetään malliin tällaisiin yksikköprosesseihin. Jopa maantiekuljetuksiin kuuluvat ajoneuvot on valmiiksi luokiteltu erilaisiin eurooppalaisiin päästöluokkiin ajoneuvojen iän mukaan.

Aluksi laskettiin Excel-taulukkoon erilaisten raaka-aineiden jakautumista tuotteille Excelin laskentafunktioilla. Sitten todettiin, että kaikki lasketut tulokset piti naputtaa Excelistä mallinnusohjelmaan vielä uudelleen. Tällaista turhaa tiedonsiirtoa olisi voinut välttää syöttämällä mallinnusohjelmaan niin sanottuja parametrisoituja legopalikoita ja siten välttää sen, että mallin muuttuessa ei tarvitse siirtää kaikkia lähtötietoja uudelleen Excel-laskennasta SimaPro-ohjelmaan.

Mallinnuksen tuloksena saadut niin sanotut keskipisteindikaattorit voivat tuntua selkeiltä, jos on tottunut fysikaalisiin ja kemiallisiin suureisiin. Näitä keskipisteindikaattoreita ilmoitetaan usein tuloksina tieteellisessä kirjallisuudessa. Ne ovat esimerkiksi rehevöitymistä tai happamoitumista kuvaavia fosfaatti- tai vetyioniekvivalentteja, aivan kuten hiilijalanjälki on hiilidioksidiekvivalentti ja kuvaa ilmaston lämpenemistä. Niistä voidaan laskea edelleen loppupisteindikaattoreita, jotka kuvaavat ihmisen eliniän lyhenemistä, eliölajien määrän vähenemistä tai luonnonmateriaalien louhinnan lisäkustannuksia, jos ympäristövaikutukset toteutuvat, kuten on laskettu. Nämä kolme loppupisteindikaattoria voivat olla hieman vaikeammin ymmärrettäviä, vaikka niiden sanotaan usein olevan itse asiassa helpommin ymmärrettäviä. Pääsääntöisesti laskettiin keskipisteindikaattoreita ja vertasimme niitä muihin tutkimusartikkeleihin.

SimaPro-asiantuntijamme tohtori Rathish Rajanin kanssa pohdittiin, missä vaiheessa simulointimallissa aine ilmestyy maailmaan, kun mallinnettiin korkealämpötila-rakenneaineiden kierrätyskäyttöä ja muovijätteen kierrätystä. Kun primääriraaka-ainejauhe, joka louhitaan kallioperästä Kiinassa, sitten prosessoidaan, kuljetetaan Suomeen ja valmistetaan tiileksi, voidaan korvata suomalaisella kierrätystiilellä, hiilijalanjälki pienenee neljäsosaan. Kierrätystiili on seinärakenteen purkamisen alussa aloittanut toisen elinkaarensa. Siinä vaiheessa simulointimallissa sen hiilijalanjälki ja kaikki muutkin indikaattorit ovat nollia ja tiili ilmestyy kierrätysraaka-aineena maailmaan. Ensimmäisen elinkaarensa aikana se on aiheuttanut jo muita ympäristövaikutuksia, mutta mallissa sitä käsitellään samoin kuin maaperästä louhittavaa ainetta. Samanlainen tilanne on kierrätysmuovilla. Sekin ilmestyi mallissamme maailmaan, kun kuluttaja pisti sen roska-astiaan. Muovin kierrätysmalli luotiin hieman eri näkökohdasta lähtien; siinä tarkasteltiin jätteen kuljetuksen vaikutuksia eikä itse kierrätetyn muovin CO₂-jalanjälkeä.

Viikoittain käytiin simulointimalleja läpi ja tutkittiin niiden oikeellisuutta. SimaPro-ohjelmoinnissa voi käsitellä kierrätettäviä tai hyödynnettäviä aineita ympäristövaikutusten osalta eri periaatteilla. Rathishin kanssa pohdittiin eri vaihtoehtoja. Esimerkiksi tuotannosta voi jäädä polttokelpoista materiaalia, mutta mallintajan pitäisi olla varma siitä, kuinka suuri osuus materiaalista todella päätyy energiakäyttöön ennen kuin mallintaa kaiken polttoon. Simuloinnissakin voi päätyä viherpesuun, jos arvioi, että kaikki polttokelpoinen aine poltetaan, jos niin ei todella tapahdu. Materiaalin kierrättäminen tai hyödyntäminen eri tavoin sen elinkaaren lopussa on simulointimalleissa erittäin monisyinen asia.

Palvelutuotteen simuloinnissa tehtiin malli muovijätteen keräyksestä ja kuljetuksesta. Ydinprosessina oli jätteiden keräys jäteautolla ja kuljetus keräyskeskukseen. Suuri tekijä ympäristövaikutuksissa on jäteauton polttoaineen käyttö. Maantiekuljetuksissa muita tärkeitä indikaattoreita ovat muun muassa alailmakehän otsonin muodostuminen ja pienhiukkasindikaattori. Pienhiukkasia muodostuu epätäydellisestä dieselin palamisesta moottorissa, mutta myös renkaiden ja tien välisestä hankauksesta. Optimoimalla polttomoottorin toiminta ja jäteautojen ajoreitit pienhiukkasindikaattoria voidaan pienentää. Polttomoottori tuottaa typen oksideja, jotka reagoivat ilman kanssa muodostaen otsonia, jolla on terveydelle haitallisia vaikutuksia. Kaikki polttomoottorikäyttöinen maantieliikenne vaikuttaa siis näihin indikaattoreihin.

Kiinasta laivalla rahdatun jauheraaka-aineen kuljetuksen CO₂-ekvivalenttipäästöt ovat vain 1/15–1/25 siitä, mitä vastaavan maantiekuljetuksen päästöt. Mallinnettujen raaka-aineiden muu prosessointi Kiinassa tai lähempänä Euroopassa vie kuitenkin niin paljon energiaa, että kierrätys kannattaa.

Ainakin kahdessa mallissa huomattiin, että pelkkä tuotantovälineiden rakentamisen ympäristövaikutus on varsin suuri verrattuna itse tuotannon tai palvelun vaikutuksiin. Kaukolämpölaitosten hiilijalanjälkiä verrattaessa tuli selväksi, että laitosten kattiloiden teräksen valmistus aiheuttaa suurimman osan ympäristövaikutuksista, kun tuotetaan megawattitunti lämpöä eri laitoksissa eri polttoaineilla. Turvetuotannossa jo pelkkä turvesuo vapauttaa hiilidioksidia ilmaan ja turvesuon ojittaminen nostaa vesistöjen happamoitumisindikaattoria. Puupolttoaineet ovat ympäristöystävällisempiä.

Muovijätteen keräyksessä taas lajittelupihalla seisova, tyhjänäkin kolme tonnia painava teräksinen muovijätepuristin on lajittelupihakeräyksen hiilijalanjäljen suurin aiheuttaja, eli suurin osa ympäristövaikutuksista aiheutuu puristimen rakentamisesta jo ennen kuin yhtään jätemuovia on kerätty. Jos ei huomioida tavallisten kiinteistöjen isojen muoviroska-astioiden ja teräksisten puristimien valmistusta, lajittelupihakeräys on kannattavampaa kuin kiinteistökohtainen keräys.

Ilmastoindikaattori-hankkeen aikana huomattiin, että kaiken toimintamme ympäristövaikutukset ovat hyvin monipolkuisia, laaja-alaisia ja välillä vaikeasti ymmärrettäviä ja sisältävät hyvin paljon muutakin kuin pelkän hiilijalanjäljen.

Hankkeen projektipäällikkönä toimi TKI-päällikkö Heidi Kanala-Salminen sen toiminta-ajan 1.3.2021-31.5.2023. TKI-asiantuntija Mira Valkjärvi laski asiakkaille elinkaarikustannuslaskentaa ja viestintävastaava TKI-asiantuntija Heli Salmela tiedotti ja julkisti tuloksia ja hankkeen etenemistä. TKI-asiantuntija, tohtori Rathish Rajan toimi jatkuvasti asiantuntijakonsulttina SimaPro-mallinnuksissa. TKI-asiantuntija Kimmo Honkaniemi keräsi hankkeen alussa yritysten lähtötietoja Centrialle ja haki taustakirjallisuutta hankeen käyttöön. Tuloksia esiteltiin verkkoseminaareissa kaikille kiinnostuneille hankkeen aikana. Lyhyitä tietoiskuja tehdyistä malleista kirjoitettiin ja kuvattiin Centrian verkkosivuille toimialakohtaisiksi tiekartoiksi ympäristövaikutusten pienentämiseksi. TKI-koordinaattori Hanna Tölli toimi yritysraporttien tehokkaana oikolukijana.

Osatoteuttajana oli Oulun ammattikorkeakoulussa TkL Vesa Pitsinki tiiminsä avustuksella laskemassa rakentamisen hiilijalanjälkeä ja elinkaarikustannuksia omien yhteistyöyritystensä kanssa.