published_or_final_version / Environmental Management / Master / Master of Science in Environmental Management

published_or_final_version / abstract / Geography / Master / Master of Philosophy

<p>The aim of this thesis was to answer a number of questions about the environmental consequences of aircraft de-icing. A further aim was to suggest how the environmental consequences due to the release of de-icing fluids can be measured and reduced.</p><p>The main impact of the aircraft de-icing on the environment is due to the large oxygen demand for the degradation of glycol based de-icing fluids which are released in the environment. The effect of the increase in oxygen demand depends on where the degradation occurs in the ecosystem. In a sensitive ecosystem, the large demand of oxygen could provide an anaerobic environment which would be harmful for many types of organisms.</p><p>In order to reduce the negative effects of the applied de-icing fluid, there is some type of collection system at every regular airport in Sweden. The methods of collection can be divided into two general groups, hydrological isolation or vacuum sweeper trucks. When the area used for hydrological isolation is relatively small it is called a central de-icing pad. This thesis investigates which methods are being used at 16 of the Swedish airports with the most intense de-icing activity. Of all of these airports, only one does not use vacuum sweeper trucks. Six of the airports use central de-icing pads and five use hydrological isolation of a larger area. The investigation of the efficiency of each method showed no significant differences. This is due to the lack of accurate measurements and that different measurement methods are employed at different airports.</p><p>This thesis also examines which methods for measuring the efficiency are being used, their weaknesses and what alternatives methods are available. Suggestions are also given to minimize the environmental consequences of aircraft de-icing, taken into account both leakage of the de-icing fluid and its judicious use.</p><p>The case study of Stockholm-Bromma Airport includes a more detailed investigation of the de-icing activities and a rough mass balance is established. The aim of establisheing the mass balance is to determine the extent of collection of the de-icing fluids, their runoff to the storm water system or arrival at a diffuse sink. The results show that even if the collection is low, only a small part of the de-icing fluids reaches the storm water system. A relatively large part goes to the diffuse sinks where the de-icing fluids degrade on the soil surface or percolate into the soil. In the case study there is also an investigation of the probable impacts on the surrounding environment due to aircraft de-icing at Stockholm-Bromma Airport and suggestions are made how to reduce the impact.</p> / <p>Det primära syftet med examensarbetet har varit att besvara ett antal frågeställningar om flygplansavisningens miljöpåverkan. Frågeställningar som behandlar hur flygplansavisningens miljöpåverkan kan uppskattas/mätas samt reduceras.</p><p>Den miljöpåverkan flygplansavisningen ger upphov till består främst av den syreförbrukning som orsakas vid nedbrytningen av den använda, glykolbaserade avisningsvätskan. Hur stor denna miljöbelastning blir beror till stor del av var nedbrytningen äger rum. I känsliga ekosystem ger syreförbrukningen upphov till syrefattiga miljöer vilket många organismer missgynnas av.</p><p>För att reducera de negativa effekter som använd avisningsvätska kan ge upphov till sker på alla svenska reguljära flygplatser ett tillvaratagande av den använda avisningsvätskan. Uppsamlingsmetoderna som används kan uppdelas i två huvudprinciper. Den ena är att området där avisning sker begränsas hydrologiskt och den andra metoden är uppsamling med ”vakuum-sugbil”. Den hydrologiska avgränsningen kan göras för ett mindre område och benämns då som en stationär avisningsyta. Examensarbetet utreder vilka uppsamlingsmetoder för avisningsvätska som används på 16 av de svenska flygplatserna med mest avisningsaktivitet. Vid de undersökta flygplatserna används ”vakuum-sugbil” på alla utom en. På sex av flygplatserna används stationära avisningsplatser och större avgränsade områden för uppsamling finns vid fem flygplatser. Ingen signifikant skillnad i effektivitet (uppsamlingsgrad) kunde påvisas mellan de olika uppsamlingsmetoderna. Anledningen till detta kan ligga i att mätmetoderna skiljer sig mellan de olika flygplatserna och att det är mycket svårt att mäta eller uppskatta effektiviteten.</p><p>Examensarbetet utreder även vilka mätmetoder som används, deras svagheter samt alternativ till dessa. Förslag ges även till allmänna åtgärder för att minimera flygplansavisningens miljöpåverkan ur såväl utsläppssynpunkt som för resursåtgång.</p><p>En fallstudie av Stockholm-Bromma flygplats ger en betydligt djupare utredning än för övriga flygplatser och en grov massbalans upprättas för den använda glykolen. Massbalansen upprättas för man ska kunna avgöra hur stora mängder av den använda avisningsvätskan som samlas upp, lämnar flygplatsen via dagvattennätet eller når diffusa sänkor. Resultaten visar att även om uppsamlingsgraden är liten är belastningen på dagvattennätet ringa. En stor andel når de s.k. diffusa sänkorna och bryts ner på markytan eller perkolerar ner genom marken.</p><p>I fallstudien utreds även den troliga påverkan på vattenrecipienter och omkringliggande närmiljö. Förslag ges även på hur man på bästa sätt skall reducera den miljöpåverkan som den använda avisningsvätskan ger upphov till.</p>

<p>Certain types of waste, e.g. bottom ash originating from municipal solid waste incineration (MSWI bottom ash) can be used as road construction materials. A potential problem is the possibility of substances leaching out of the road and spreading in the surrounding groundwater.</p><p>The aim of this master’s thesis is to conclude whether hydrogeological type settings can be employed to, based on local conditions, provide an estimate of the probable spreading of these substances in the surrounding groundwater, and whether certain types of soils can be identified as being less suitable for the localization of a MSWI bottom ash road. A hydrogeological type setting is defined as a mappable unit with similar hydrogeological properties. An advantage of this approach would be that mainly existing maps and surveys could form the basis for the assessment.</p><p>The work has been performed by placing a hypothetical road construction in different hydrogeological type settings. The expected patterns of spreading has then been evaluated using theoretical reasoning and analytical and numerical models.</p><p>The method can be used. In the report various type settings are defined. In several cases further information will be required to render possible a more exact estimate of the spreading. By locating the road on less permeable soils to reduce the local spreading of substances in groundwater, a greater proportion of the water will be drained as surface water. Thus it becomes important to take into account surface water transport aswell. In the report a procedure to estimate the maximum concentrations in groundwater at locations situated downstream the road is presented. This estimate could be used as basis for a more balanced valuation of appropriateness, e.g. by relating the estimated concentrations to background values.</p> / <p>Vissa typer av avfall, exempelvis slaggrus (sorterad bottenaska från avfallsförbränning), kan användas som vägbyggnadsmaterial. Ett potentiellt problem är möjligheten att ämnen lakas ut ur vägen och sprids i omgivande grundvatten.</p><p>Syftet med detta examensarbete är att avgöra om hydrogeologiska typmiljöer kan användas för att, utifrån omgivningens förutsättningar, ge en bild av hur den vidare spridningen av dessa ämnen i omgivande grundvatten sannolikt ser ut, och om vissa typer av mark kan pekas ut som mindre lämpade för lokalisering av en slaggrusväg. En hydrogeologisk typmiljö definieras som ett område möjligt att avgränsa med avseende på karakteristiska hydrogeologiska förhållanden. En fördel med angreppssättet skulle vara att underlagsmaterialet till bedömningen då kan utgöras av i huvudsak befintligt kartmaterial.</p><p>Studien har utförts genom att en hypotetisk vägkonstruktion placerats in i olika hydrogeologiska typmiljöer. De troliga spridningsscenarierna har sedan utvärderats genom teoretiska resonemang, samt genom användande av analytiska och numeriska modeller.</p><p>Metodiken går att använda och i rapporten definieras olika typmiljöer. I flera fall kommer platsspecifik kunskap behöva inhämtas för en närmare beskrivning av spridningsbilden. Genom placering av vägen på tätare mark för att minska lokal spridning av ämnen i grundvatten kommer en större andel av vattnet att avledas som ytvatten. Därmed blir det viktigt att även inhämta kunskap om transport med ytvatten. I rapporten presenteras också en metod för uppskattning av maximala halter i grundvatten nedströms en väg. Denna metod kan användas som underlag för en mer nyanserad värdering av lämplighet, genom att de uppskattade halterna relateras till bakgrundsvärden eller lämpliga riktvärden.</p>

The Tonle Sap is the largest and most important natural wetland in Southeast Asia. It covers an area of more than 15,000 km2 with a unique mosaic of natural and agricultural floodplain habitats that coexist with the largest fishery in the Mekong Basin. Accelerating hydropower development and climate change, however, are altering the Mekong’s hydrology, which could negatively affect downstream ecosystems. The Tonle Sap is facing a two-fold problem. First, the link between its hydrology and ecosystem properties is not well understood. Second, potential ecological changes caused by future hydrological disruptions related to hydropower and climate change are unknown. Thus, the main objective of this thesis was to quantify how alterations to the Mekong hydrology could affect the Tonle Sap ecosystem. The following studies were performed to addressed the objective: (1) an assessment of landscape patterns using geographical information and remote sensing tools; (2) an assessment of habitat patterns based on field surveys of water, vegetation, and soils; (3) ecosystem function modelling to simulate net primary production (NPP) as a function of water quantity, sediments, and habitat type; and (4) fauna habitat modelling linking the results from the assessment of landscape patterns to fauna species. The assessment of landscape patterns revealed a distinct relationship between inundation and vegetation. Habitats in the Tonle Sap were divided into five groups based on annual flood duration, as well as physiognomic factors and human activity: (1) open water, (2) gallery forest, (3) seasonally flooded habitats, (4) transitional habitats, and (5) rainfed habitats. Large habitat shifts could occur as a result of hydropower development scenarios by the 2030s; areas optimal for gallery forest could decrease by 82% from baseline conditions, whereas areas of rainfed habitats could increase by 10-13 % (813-1061 km2). The assessment of habitat patterns demonstrated that despite the complexity and intense human use of this ecosystem, the flood-pulse is the underlying driver of habitat characteristics by (1) determining inundation depth and duration; (2) creating the main soils gradient; (3) limiting the area cleared for agriculture; (4) influencing vegetation structure and water quality; and (5) shaping the composition of plant species. The ecosystem function model was used to estimate a reduction of 9-39% in annual NPP caused by different scenarios of hydropower development and/or climate change during 2032-2042. Cumulative impacts from hydropower would disrupt NPP to a greater extent than climate change. The fauna habitat model revealed that species richness was greatest in the gallery forests and seasonally flooded habitats. Animals that permanently reside in or that rely on these habitats to complete essential life-history stages would be the most affected by future changes. This thesis provides the first quantitative formulation that directly links fundamental components of the Tonle Sap ecosystem to its flood-pulse hydrology. It also provides a comprehensive assessment of the impacts of expected hydrological alterations. Hydropower is expected to bring more abrupt and distinct ecological alterations than climate change in future decades. Relative aerial changes to the gallery forests are expected to be greater than in other habitats. A decline of the Tonle Sap’s ecosystem services will occur if appropriate measures are not implemented. These measures include mitigating hydropower alterations, conserving natural habitats in areas that are likely to remain hydrologically undisturbed, restoring natural habitats in projected areas for optimal growth, and optimizing agricultural practices in the floodplain. Research findings from this thesis focused on the Tonle Sap, but given the fundamental commonalities between this system and other large floodplains, the information presented is highly informative to other large flood-pulse driven systems around the globe.

Andelen människor som flyttar till städer ökar, vilket gör att det blir allt mer konkurrens om markytan. För att skapa fler bostäder tas mark i anspråk som tidigare haft andra syften eller bestått av naturliga grönytor. När växtlighet prioriteras bort minskar ekosystemtjänster som har förmåga att rena stadsluften. Denna studie baseras på Stockholm, där den regionala översiktsplaneringen åsyftar att staden ska förtätas för att skapa mer centrala bostäder. Att stadsluften är förorenad är ett generellt problem som utsätter invånare för hälsorisker.  Detta är en fallstudie som granskar hur luftföroreningar uppmärksammas när nya bostadsprojekt är planerade att etableras. Fem fall har valts ut nära en hårt trafikerad Europaväg, för att undersöka hur luftkvaliteter beaktats i planprocesserna. Dokument har granskats och berörda aktörer har intervjuats. Riskerna med luftföroreningar omnämns ytterst lite i vissa fall, medan de anses som betydande miljöpåverkan i andra. Detta har lett till att miljökonsekvensbeskrivningar (MKB) krävts vid vissa bostadsprojekt men inte i andra, trots att liknande eller högre nivåer av luftföroreningar eller fordonsmängd uppmätts eller beräknats vid projekten som uppmärksammat aspekten minst. Resultaten i fallstudien belyser den varierande förekomsten av omnämnandet om luftföroreningar och därmed risker för människors hälsa i de olika bostadsprojekten. / The numbers of people that are living in cities are expanding. That means an arising competition of the ground surface. To create enough homes areas that earlier was filled with natural green spaces are sometimes becoming mobilized. Green space’s that seems to clean the air becomes rarer. This study is based on the city of Stockholm, that is planned to expand more towards the central parts of the city. The city air is as in many other cities polluted and citizens are exposed to health risks.  This is a case study that examines how air pollution is being noticed in new residential projects. Five projects located close to a heavy traffic road have been chosen. Documents have been surveyed and relevant stakeholders have been interviewed in reason to find out how air quality is being observed. The different concerns regarding air quality has lead to decisions that environmental impact assessment (EIA) has being required in some cases, but not in others. Thus the levels of air quality or traffic density have approximately been the same or sometimes even higher in the cases that mentioned air quality least. This case study highlights the varied mention about air pollution and thereby the risks for human health in the studied projects.

De nyttor som människan får direkt och indirekt från ekosystemen kallas ekosystemtjänster. Mänsklighetens påverkan på ekosystemen idag leder till degradering av tjänsterna och då mänskligheten ytterst är beroende av vad de tillför, är bevarandet av dessa tjänster viktig. Livscykelanalys, LCA, är ett väletablerat verktyg som används för att fastställa miljöpåverkan från olika produktprocesser men få ekosystemtjänster beaktas i LCA. Det finns därför ett behov av att vidare undersöka och utveckla möjligheterna att med livscykelbaserade metoder analysera påverkan på ekosystemtjänster. Huvudsyftet med denna studie har varit att undersöka om det är möjligt att integrera ekosystemtjänstbegreppet i LCA-metodik. Detta har kartlagts med hjälp av en fallstudie på pelletsproduktion, som bl.a. identifierat berörda ekosystemtjänster och möjligheten att kvantifiera dem, vilka ekosystemtjänster som går att studera med LCA idag samt möjliga sätt att analysera påverkan på ekosystemtjänster med LCA. Ett delmål har varit att grundligt beskriva både ekosystemtjänster och LCA samt aspekter som kan koppla ihop dessa områden. En omfattande litteraturstudie och en LCA modellering rörande pelletsproduktion utgjorde grund för arbetet. I dagsläget är det inte möjligt att integrera ekosystemtjänstbegreppet i LCA-metodiken med undantag för de fåtal ekosystemtjänster som i LCA-metodiken redan beaktas i viss utsträckning. Det stora hindret är att det inte finns någon fullständig och enhetlig metodik för kartläggning, klassificering och kvantifiering av ekosystemtjänsterna, vilket anses nödvändigt för att kunna analysera påverkan på dem. Ett stort antal ekosystemtjänster såsom klimatreglering, näringsflöden, biodiversitet och rekreation kan kopplas till pelletsproduktion men påverkan på dem är inte möjlig att fullt ut analysera med LCA. Detta illustreras av LCA-modelleringen av pelletsproduktion där endast påverkan på tjänsterna förnybara energikällor och vattenanvändning ingår. Då kunskapen rörande olika ekosystemtjänster skiljer sig mycket åt varierar förutsättningarna för att inkludera dem i LCA-metodiken. Befintliga tillvägagångssätt för att försöka analysera påverkan på ekosystemtjänster med hjälp av LCA föreslår nya miljöpåverkanskategorier och samlandet av tjänsterna i gemensamma enheter såsom exergi och solekvivalenter. Metoderna är dock begränsade och täcker inte in ekosystemtjänsterna på ett fullgott sätt. Mer forskning behövs för att bättre utveckla tillvägagångsätten för analys av påverkan på ekosystemtjänster genom LCA. / The profits humankind obtains directly and indirectly from ecosystems are called ecosystem services. The impact human activities have on ecosystems lead to degradation of the ecosystem services and since humankind fully depends on what the ecosystems provide, the preservation of these services is crucial. Lifecycle assessment, LCA, is a well-established tool used to assess environmental impacts from different product processes but few ecosystem services are considered. Thus, there is a need to study and develop the possibilities to analyze ecosystem services through LCA based methods. The project aimed to determine whether it is possible to integrate the ecosystem-service concept into LCA-methodology. A case study on pellet production was carried out to identify relevant ecosystem services and the possibilities to quantify them, which ecosystem services that could be analyzed in LCA today and also available approaches to study impacts on ecosystem services with LCA. An intermediate goal was to present a comprehensive description of both ecosystem services and LCA and to map common aspects that connect the two fields. The analysis was based on a comprehensive literature study, and a specific LCA-modeling of pellet production. At present, it is not possible to integrate the ecosystem-service concept into LCA-methodology, except for the few ecosystem services that to some extent already are covered in the methodology. The main obstacle is the lack of coherent approaches to map, classify, and foremost quantify ecosystem services, which is considered crucial for analyzing the impact on them. A large number of ecosystem services such as climate regulation, nutrient cycling, biodiversity and recreation can be influenced by pellet production but it is not possible to fully analyze these impacts with LCA. This is illustrated by the LCA-modeling on pellet production where only impacts on the services renewable resources and water use could be included. The possibilities to analyze ecosystem services within LCA vary due to the variation in knowledge about certain services. The present approaches for analyzing more services with LCA propose new environmental impact categories an aggregation of services into common units such as exergy and solar equivalents. The methods are limited due to the fact that they are not able to cover the diversity of the services. More research is needed to develop the approaches for analyzing impacts on ecosystem services through LCA.

The meat producers of the western world needs to develop their export organizations and to streamline their physical distribution in order to take new market shares on the fast growing overseas markets. HKScan is one of those meat producing companies, the group has businesses in Finland, Sweden, Denmark and the Baltic countries. A part of their sales goes frozen on overseas export by container sea freight. Lately the logistics management of HKScan has been interested in investigating the effects of centralizing the physical distribution for the overseas export from Sweden and Denmark. This leads to the purpose of this study, which is:  “For HKScan, develop and apply a model that evaluates distribution structures for overseas export of frozen food regarding total cost, delivery service, environmental impact and regulations.” The case study included comparison between the current distribution structure for HKScan and three pre-determined scenarios. The current setup consists of multiple warehouses in both countries. In the first scenario the distribution structure is centralized to include one warehouse per country. In the second scenario, the total export flow of products from both Sweden and Denmark is redirected and centralized to one warehouse in Denmark. In the third scenario, the total export flow of products from both Sweden and Denmark is instead redirected and centralized to one warehouse in Sweden. To evaluate and compare the different distribution structures a general model was first created by combining different theoretical models and adapting them to the context of overseas distribution for frozen food. The study then included the three phases of developing the model to fit the case company, applying the model on the case company and then to finally evaluating the model. The resulting model, which was the outcome of the development process, can be seen below. The model illustrates the different included elements. By then applying the model onto the case company, HKScan, it was found that a centralization to a joint warehouse in Denmark would make total cost savings of several percents. In addition, this scenario would increase the total service level. However, the environmental impact would be increased due to long cross-border road transport distances and longer land and sea transports from the warehouse. In addition, it was not possible to fully investigate whether such a distribution would be possible from a regulatory point of view.  A centralization in each country would have minor regulatory issues, it would lead to the smallest environmental impact and have a slight increase in service levels as well as a reduction for the total cost of one percent. The evaluation of the model showed that it produces reasonable results with the regulatory elements being the hardest to evaluate for the different scenarios. Regarding the detail level, the veterinary element could be accounted for by the warehousing element and the sea freight element split into transport from warehouse to domestic port and sea freight from domestic port to the destination port. The box-model, containing twelve elements, can be seen as generalizable for evaluating distribution structures in similar contexts, Overseas export of frozen food. However, the calculation performed within the model do probably only apply to the specific scenarios in the study.

Global climate change is one of the most important tasks that scientists are trying to solve today. With the help of a Lifecycle Analysis (LCA) method, the impact that many materials and services have on the environment and humans, have been determined.  As a task given by Gävleborg County Administrative Board, this work examines which of the material, glulam or steel, is most suitable as load-bearing material for agricultural buildings (barns). The goal of this study is to perform a LCA (Life Cycle Assessment) of the two materials during production, use, transportation and reuse. The steel's advantage is to be reused again without losing its properties and the wood's benefits to be used as an energy source during combustion, is only one of the steps involved in a life cycle analysis.  The information that an LCA study requires can be infinite and complex and therefore needs limitations in resources and time. A system boundary makes a basis on which phases and influences are the vital parts of a study. The system boundary also includes geographical areas. The study examines only local agricultural buildings in Gävleborg, Sweden, with floor areas of approximately 1300 m2 and their global environmental impact.  Environmental impact of a product is usually allocated in several different environmental impact categories, in which the study examines only three of these: global warming, acidification and eutrophication.  The results show a great difference in emissions depending on how the materials are produced and how they are handled after use. It proves that glulam has significant fewer emissions than steel when it used as an energy source instead of being deposited. With help of the weighting method the result show that iron ore produced steel have 1.2 times greater emission then glulam with landfill and 5.2 times greater when it is used in energy recovery. The weight also shows that scrap produced steel have 0.5 less emission than glulam with landfill and 2.4 greater than glulam with energy recovery. / Problematiken kring den globala klimatförändringen är ett av de problem som forskare försöker lösa idag. Med hjälp av metoden livscykelanalys har många material och tjänster utretts gällande dessas påverkan på miljön och människan. På uppdrag från Länsstyrelsen Gävleborg granskas vilket av materialen, trä eller stål, som är lämpligast som stomme i stallbyggnader ur miljösynpunkt. Målet med denna studie är att utföra en LCA (livscykelanalys) av de två materialen vid produktion, användning, transport och återanvändning. Stålets möjligtvis största fördel innebär att det kan återanvändas om och om igen utan att förlora sina egenskaper och trädets möjligheter till återvinning som energi vid förbränning är endast två av de stegen som ingår i en livscykelanalys. Informationen som en LCA studie består av kan vara oändlig och komplex och kräver därför tydliga avgränsningar gällande resurs och tid. En bestämd systemgräns utgör därför ett underlag på vilka faser och påverkningar som är vitala delar för undersökningen. Systemgränsen innefattar också vilka geografiska områden som undersöks. Studien granskar därför lokala lantbruksbyggnader i Gävleborg med golvarea på cirka 1300 m2 och deras globala miljöpåverkan. Olika typer av miljöpåverkan som uppstår från en produkt kategoriseras i miljöeffektkategorier där studien undersöker tre av dessa: den globala uppvärmning, försurning och övergödning. Resultatet visar en stor skillnad i utsläpp beroende på hur materialen producerats och även hur de hanteras efter användning. Det visar sig att limträ har betydligt mindre utsläpp än stål om den kan energiåtervinnas. Med hjälp av viktningsmetoden visar det sig att järnmalm släpper ut 1,2 gånger mer utsläpp från de sammanlagda miljöeffektkategorierna än limträ som deponeras och 5,2 gånger mer om den energiutvinns. Vid viktningen av skrot blir utsläppet 0,5 gånger mindre än limträ med deponi och 2,4 mer än limträ med energiutvinning.

There is a vision in the EU for a transition to a low carbon society, including a carbon-neutral energy system, containing a high share of renewable energy. However, this vision is not isolated from other political goals, such as halting the loss of biodiversity by 2020. Both of these goals are accompanied by EU legislation promoting their respective aims. One of the central challenges, in light of this transition, is the very nature of the legal system – that it is rather fragmented – both regarding the substantive law applicable to renewable energy activities and the legal processes that renewable energy activities face. The aim is therefore to discuss certain challenges arising from the fragmented legal system applicable to renewable energy activities. The dissertation is based on EU and Swedish law. First, I investigate the EU’s competence in the field of renewable energy and address how such policy may better reflect the protection of biodiversity. Thereafter, in a Swedish context, I analyse the relationship between protection of biodiversity and promotion of renewable energy. Finally, I address the problems arising from the fragmented legal procedures of renewable energy activities, with the main example of wind power installations and new transmission lines. In general, this study suggests that the current system lacks consistency between renewable energy and nature protection legislation and there is a coordination problem with regards to the permit processes of the development of renewable energy activities. These conclusions point towards a need for a broader perspective on the development of renewable energy activities, which could include: a more integrated planning system for renewable energy activities; exploring the use of derogation rules from the Water Framework Directive; and a more integrated EU renewable energy policy with specific sustainability criteria.