The continuous depletion of fossil fuel reserves, the global agenda on climate change and threats to energy security have led to increased global interest in the exploration, production and utilisation of bioenergy and biofuels. Access to modern bioenergy carriers derived from the efficient conversion of locally available biomass resources is indispensable for economic growth, rural development and sustainable development in developing countries. Deployment of bioenergy/biofuels technologies has significantly varied across the globe. The least developed countries (LDCs) and developing countries are still highly dependent on traditional biomass technologies with low conversion efficiency, which are typically associated with significant environmental and health impacts. Meanwhile, emerging economies and developed countries are progressively promoting biofuel industries and international trade. They are also engaged in making biofuels a sustainable proposition by developing sustainability criteria. The goal of this thesis is to address the sustainability of bioethanol production derived from one of the key feedstocks/energy crops: sugarcane. This will be done by analysing different development contexts and environmental constraints in terms of geopolitical situation, economic development and state-of-the-art technologies in agro-industrial development. Life cycle assessment (LCA), system studies, and techno-economic optimisation are the main methodological approaches applied in the thesis. The thesis primarily addresses three key questions for analysing the sustainability of bioethanol production. The first research question investigates the key parameters affecting the sustainability of bioethanol production and use in a low-income country using the case of Nepal. The net energy and greenhouse gas (GHG) balances are identified to be the main sustainability criteria of the sugarcane-molasses bioethanol (Paper I and II). Results of the lifecycle studies show that the production of bioethanol is energy-efficient in terms of the fossil fuel inputs required to produce the renewable fuel. Greenhouse gas (GHG) emissions from the production and combustion of ethanol are also lower than those from gasoline. The study also evaluates the socio-economic and environmental benefits of ethanol production and use in Nepal, concluding that the major sustainability indicators are in line with the goals of sustainable development (Paper III). Assessment of the biofuel (molasses-bioethanol) sustainability in Nepal is the first of its kind in low-income countries, and serves also the purpose of motivating the assessment of ethanol production potential in other LDCs, particularly in sub-Saharan Africa. The second question critically evaluates methodologies for accounting the lifecycle GHG emissions of Brazilian sugarcane ethanol in European and American regulations, depicting commonalities and differences among them (Paper IV). GHG emissions are becoming increasingly important as part of sustainability criteria in the context of the expansion of biofuel production and international trade. However, different methodologies still lead to quite different results and interpretation. To make this an operational criterion for international comparisons, it is necessary to establish unified methodological procedures for accounting GHG emissions. The thesis identifies the major issues as  N2O emissions from agricultural practices, bioelectricity credits in fuel production, and modelling approaches in estimating emissions related to direct and indirect land use change (LUC &amp; iLUC), that need to be addressed for establishing methodological coherences. The third research question investigates how the sugarcane bioethanol industry can be developed in terms of energy security and the diversification of energy sources. The case of complementarity between bioelectricity and hydropower is evaluated in the cases of Nepal and Brazil and presented in Paper V. Bioelectricity could offer a significant share of electricity supply in both countries provided that favourable political and institutional conditions are applied. Finally, in order to find the choice of technological options for the production of second generation (2G) bioethanol and/or of bioelectricity, a techno-economic optimisation study on the bulk of sugarcane bio-refineries in Brazil is carried out in Paper VI, taking into account the entire lifecycle costs, emissions, and international trade. The study shows that it is worthwhile to upgrade sugarcane bio-refineries. Energy prices, type of power generation systems, biofuel support and carbon tax, and conversion efficiencies are the major factors influencing the technological choice and potential bioethanol trade. In short, this dissertation provides insights on the sustainability of the bioethanol production/industry and its potential role in the mitigation of climate change, improved energy security and sustainable development in different country contexts, as well as methodological contributions for assessing the sustainability of biofuels production in connection with energy and climate policies. / Intresset för ökad exploatering, produktion och användning av bioenergi och biobränslen har föranletts av den kontinuerliga utmattningen av fossila bränslen, den globala agendan för att motverka klimatförändringar samt hoten mot energisäkerheten. Tillgången till moderna bioenergibärare, effektivt framställda från lokal råvara, är grundläggande för ekonomisk tillväxt, landsbygdsutveckling samt för hållbar utveckling i utvecklingsländer. Användandet av bioenergi- och biobränsleteknologi har varierat markant världen över. De minst utvecklade länderna (LDCs) samt övriga utvecklingsländer är fortfarande beroende av traditionella biomassabaserade tekniker till stor utsträckning. Dessa tekniker har låg effektivitet och är ofta sammankopplade med stora miljö- och hälsoskador. Samtidigt främjar tillväxtekonomier och utvecklingsländer biobränsleindustrin och internationell handel progressivt. Länderna arbetar även för att biobränslen ska bli ett hållbart alternativ genom att utveckla hållbarhetskriterier. Den här avhandlingens mål är att adressera hållbarheten hos bioetanolproduktion från sockerrör, en av bioetanolens nyckelråvaror. Målet kommer att nås genom analyser av industrins nationella utvecklingsmiljö samt miljö- och klimatmässiga begränsningar som härstammar från den geopolitiska situationen och den ekonomiska tillväxten i landet, samt analyser av teknologier i den agro-industriella utvecklingen. De huvudsakliga metoder som använts är livscykelanalys (LCA), systemstudier och tekno-ekonomisk optimering. Avhandlingen adresserar primärt tre nyckelfrågor för att analysera hållbarheten hos bioetanolproduktion. Den första forskningsfrågan belyser hur nyckelparametrar påverkar hållbarheten hos produktion och användning av bioetanol i låginkomstländer, med fallstudien Nepal som utgångspunkt. Nettoenergi- och växthusgasbalanser identifieras som de huvudsakliga hållbarhetskriterierna för sockerrör-melass-baserad bioetanol (Artikel I och II). Livscykelstudiernas resultat visar att produktionen av bioetanol är energieffektiv sett från den mängd fossila bränslen som produktionen av förnybart bränsle krävt. Växthusgasutsläppen från produktion och förbränning av etanol är dessutom lägre än utsläppen från bensin. Studien utvärderar de socio-ekonomiska och miljö- och klimatmässiga fördelarna med produktion och användning av etanol i Nepal. Slutsatsen är att indikatorerna för hållbarhet ligger i linje med målen för hållbar utveckling (Artikel III). Bedömningen av biobränslens (melass-baserad etanol) hållbarhet i Nepal är den första studien i sitt slag för låginkomstländer. Studien motiverar dessutom en bedömning av potentialen för etanolproduktion i andra LDCs, speciellt i de afrikanska länderna söder om Sahara. Den andra forskningsfrågan kräver en kritisk utvärdering av metoderna för hur livscykelutsläpp från brasiliansk sockerrörsetanol redovisas i europeiska och amerikanska regleringar (Artikel IV). Artikeln, som påvisar likheter och skillnader mellan regionerna, visar att växthusgasutsläpp blir en mer och mer viktig del i hur hållbarhetskriterier definieras när expansionen av biobränsleproduktion och internationell handel diskuteras. Olika metoder för redovisningen av växthusgasutsläpp leder dock till mycket olika resultat och tolkningar. Det är nödvändigt att etablera en enhetlig metod för redovisning av växthusgasutsläpp för att skapa ett kriterium som möjliggör internationella jämförelser. Avhandlingen identifierar de mest beaktansvärda problemen för att etablera en enhetlig metod: N2O-utsläpp från jordbruksprocesser, tillgodoräknande av bioelektricitet inom bränsleproduktion, samt modelleringsmetoder för att uppskatta utsläpp relaterade till direkt och indirekt landanvändning (LUC och iLUC). Den tredje forskningsfrågan utreder hur industrin för sockerrörsbioetanol kan utvecklas från ett energisäkerhetsperspektiv, med speciell hänsyn till diversifieringen av energikällor. I Artikel V presenteras hur bioelektricitetsproduktion och vattenkraft kan komplettera varandra i fallen Nepal och Brasilien. Bioelektricitet skulle kunna bidra markant till tillförseln av elektricitet i båda länderna under förutsättning att de politiska och institutionella förutsättningarna är fördelaktiga. Slutligen utförs en tekno-ekonomisk studie för att identifiera den optimala teknologin för produktion av andra generationens (2G) bioetanol och/eller bioelektricitet. Studien görs för merparten av sockerrörsbioraffinaderierna i Brasilien och utgör Artikel VI. Studien tar fullskaliga livscykelkostnader i beaktande samt utsläpp och internationell handel. Studien visar att det är värt mödan att uppgradera befintliga sockerrörsbioraffinaderier. De dominerande påverkansfaktorerna för valet av teknologi och potentialen för bioetanolhandel är energipriser, typ av kraftproduktionssystem, biobränslestöd och koldioxidskatt, samt processernas effektivitet. Kortfattat behandlar den här avhandlingen bioetanolproduktionens och bioetanolindustrins hållbarhet. Avhandlingen ger insikt i dess potentiella roll för att motverka klimatförändringar, förbättra energisäkerhet samt främja hållbar utveckling i olika nationella sammanhang. Avhandlingen bidrar dessutom med metodutveckling i hur hållbarheten av biobränsleproduktion bedöms inom ramen för energi- och klimatpolicy. / <p>QC 20130813</p>

Transportation in densely populated areas is becoming increasingly problematic. Congestion, air pollution, accident-related fatalities and time wasted in traffic are only a few of issues associated urban transportation. Personal transportation is expected to increase by 63% total, where car traffic is expected to increase by 67% and railway traffic – by 80% during the period from 2006 to 2050. With that kind of dynamic, reaching the currently set sustainability goals is impossible. This raises the need for introducing sustainable public transportation solutions. Defining sustainability in the context of public transportation and taking into account the case-specific differences that affect the definition is an important step in this process. Quantification and the use of calculation tools for sustainability impact assessment are important for discussing the subject in concretized terms. Public transportation involves a multitude of stakeholders that each have their own responsibility areas. Since public transportation systems are ultimately a collective effort, every stakeholder has to partake in this endeavor on their corresponding level of responsibility. Socioeconomic criteria are an integral part of sustainability impact analysis, since it puts technical transport-related calculations into a broader context that goes beyond the transport sector. This is a qualitative applied study of Scania’s efforts in developing calculation models to facilitate leading the dialogue by providing quantitative evidence during the early stages of their solution sales process. In this report, the methodology for sustainability impact assessment, traffic planning and socioeconomic calculations are studied and applied on the case of Scania, where a holistic calculation tool is developed for the company. Bus Rapid Transit systems have been proven to be effective, sustainable solutions of public transportation in several regions. The vehicle fleet is an important component within the BRT system, which is why calculation tools for analysis of sustainability impacts of BRT systems have high strategic significance for Scania. By providing quantitative evidence of the benefits of sustainable public transportation, the company is going to be able to gain additional market shares while simultaneously promoting sustainable urban public transportation. / Transport i tätbefolkade områden blir alltmer problematiskt. Trängsel, luftföroreningar, olycksrelaterade dödsfall och tid bortslösad i trafiken är bara några av de typiska problemen som medföljer modern stadstrafik. Personlig transporter förväntas öka med 63% totalt, där biltrafiken förväntas öka med 67% och järnvägstrafiken - med 80% under perioden från 2006 till 2050. Om den typen av dynamik fortsätter, är det omöjligt att nå de i dagsläget satta hållbarhetsmålen. Detta skapar ett behov av att införa hållbara kollektivtrafiklösningar. Att definiera hållbarhet inom kollektivtrafiksammanhanget med hänsyn till fallspecifika aspekter som påverkar definitionen är ett viktigt steg i denna process. Kvantifiering och användning av beräkningsverktyg för att göra hållbarhetsbedömningar är viktiga för att diskutera ämnet i konkretiserade termer. Transportsektorn involverar en mängd aktörer som var och en har sina egna ansvarsområden. Eftersom kollektivtrafiksystem i slutändan definieras av samtliga aktörernas kollektiva insats, är det upp till varje aktör att engagera sig i processen på deras motsvarande ansvarsnivå. Samhällsekonomiska kriterier är en viktig del av hållbarhetskonsekvensbeskrivning, eftersom det sätter tekniska transportrelaterade beräkningar i ett bredare sammanhang som sträcker sig utöver transportsektorn. Detta är en kvalitativ tillämpad studie av Scanias arbete inom utveckling av beräkningsmodeller som ska underlätta att föra dialogen genom att tillhandahålla kvantitativa bevis i ett tidigt skede i försäljningsprocessen av kollektivtrafiklösningar. I denna rapport, är metodiken för hållbarhetskonsekvensbeskrivning, trafikplanering och samhällskonomiska beräkningar studerad och tillämpad på fallet Scania, där ett helhetsberäkningsverktyg har utvecklats för företaget. Bus Rapid Transit-system har visat sig vara effektiva och hållbara lösningar för kollektivtrafiken i flera regioner. Fordonsparken är en viktig komponent i BRT-systemet, vilket är anledningen till att beräkningsverktyg för analys av hållbarhetseffekterna av BRT-system har hög strategisk betydelse för Scania. Genom att uttrycka fördelarna med hållbar kollektivtrafik i kvantifierade termer kommer företaget att kunna få ytterligare marknadsandelar och samtidigt främja hållbar storstadskollektivtrafik.

No description available.

The production and consumption of information and communication technology (ICT) products and services continue to grow worldwide. This trend is accompanied by a corresponding increase in electricity use by ICT, as well as direct environmental impacts of the technology. Yet a more complicated picture of ICT’s effects is emerging. Positive indirect effects on environmental sustainability can be seen in substitution and optimization (enabling effects), and negative indirect effects can be seen in additional demand due to efficiency improvements (rebound effects). A variety of methods can be employed to model and assess these direct and indirect effects of ICT on environmental sustainability. This doctoral thesis explores methods of modeling and assessing environmental effects of ICT, including electronic media. In a series of five studies, three methods were at times applied in case studies and at others analyzed theoretically. These methods include life cycle assessment (LCA) and complex systems modeling approaches, including System Dynamics (SD) and agent-based (AB) modeling. The first two studies employ the LCA approach in a case study of an ICT application, namely, the tablet edition of a Swedish design magazine. The use of tablets has skyrocketed in recent years, and this phenomenon has been little studied to date. Potential environmental impacts of the magazine’s tablet edition were assessed and compared with those of the print edition. The tablet edition’s emerging version (which is marked by a low number of readers and low reading time per copy) resulted in higher potential environmental impacts per reader than did the print edition. However, the mature tablet edition (with a higher number of readers and greater reading time per copy) yielded lower impacts per reader in half the ten impact categories assessed. While previous studies of electronic media have reported that the main life-cycle contributor to environmental impacts is the use phase (which includes operational electricity use as well as the manufacture of the electronic device), the present study did not support those findings in all scenarios studied in this thesis. Rather, this study found that the number of readers played an important role in determining which life-cycle phase had the greatest impacts. For the emerging version, with few readers, content production was the leading driver of environmental impacts. For the mature version, with a higher number of readers, electronic storage and distribution were the major contributors to environmental impacts. Only when there were many readers but low overall use of the tablet device was the use phase the main contributor to environmental impacts of the tablet edition of the magazine. The third study goes beyond direct effects at product- and service-level LCAs, revisiting an SD simulation study originally conducted in 2002 to model indirect environmental effects of ICT in 15 European countries for the period 2000-2020. In the current study, three scenarios of the 2002 study were validated in light of new empirical data from the period 2000–2012. A new scenario was developed to revisit the quantitative and qualitative results of the original study. The results showed, inter alia, that ICT has a stimulating influence on total passenger transport, for it makes it more cost- and time-efficient (rebound effects). The modeling mechanism used to represent this rebound effect is further investigated in the fourth study, which discusses the feedback loops used to model two types of rebound effects in passenger transport (direct economic rebound and time rebound). Finally, the role of systems thinking and modeling in conceptualizing and communicating the dynamics of rebound effects is examined. The aim of the fifth study was to explore the power of systems modeling and simulation to represent nonlinearities of the complex and dynamic systems examined elsewhere in this thesis. That study reviews previous studies that have compared the SD and AB approaches and models, summarizing their purpose, methodology, and results, based on certain criteria for choosing between SD and AB approaches. The transformation procedure used to develop an AB model for purposes of comparison with an SD model is also explored. In conclusion, first-order or direct environmental effects of ICT production, use, and disposal can be assessed employing an LCA method. This method can also be used to assess second-order or enabling effects by comparing ICT applications with conventional alternatives. However, the assessment of enabling effects can benefit from systems modeling methods, which are able to formally describe the drivers of change, as well as the dynamics of complex social, technical, and environmental systems associated with ICT applications. Such systems methods can also be used to model third-order or rebound effects of efficiency improvements by ICT. / Den ökande produktionen och konsumtionen av produkter och tjänster inom informations- och kommunikationsteknik (IKT) leder till en ökning av den globala elanvändningen samt direkta miljökonsekvenser kopplade till IKT. Men IKT har även indirekta miljömässiga effekter. Dessa kan vara positiva till exempel genom substitutions- och optimeringseffekter eller negativa genom att till exempel ge upphov till ytterligare efterfrågan på grund av effektivisering (så kallade reboundeffekter). Olika metoder kan användas för att modellera och bedöma både direkta och indirekta effekter av IKT. Syftet med denna avhandling är att undersöka metoder för modellering samt att studera miljöeffekter av IKT och elektronisk media med hjälp av livscykelanalys (LCA) och även modellering av komplexa och dynamiska system, samt simuleringsteknik, så som System Dynamics (SD) och agentbaserad (AB) modellering. Avhandlingen omfattar fem artiklar (artikel I-V). Artikel I &amp; II beskriver resultaten från en fallstudie där miljöeffekter kopplade till en svensk tidskrift studeras med LCA. Tidskriftens version för surfplatta samt motsvarande tryckta version studeras och jämförs. Artikel III går ett steg vidare från produktnivåns LCA. Artikeln återkopplar till en SD simuleringsstudie som ursprungligen genomfördes under 2002. Simuleringsstudien gällde framtida miljöeffekter av IKT i 15 europeiska länder med tidspespektivet 2000-2020. I artikeln valideras tre scenarier från simuleringsstudien med hjälp av nya empiriska data från 2000-2012 och ett nytt scenario modelleras. Kvantitativa och kvalitativa resultat från den ursprungliga studien diskuteras. Till exempel visar artikel III att IKT har en stimulerande effekt på den totala persontrafiken genom att göra den mer kostnads- och tidseffektiv (reboundeffekt). Modelleringsmekanismen som används för att representera denna reboundeffekt diskuteras vidare i artikel IV. Artikeln belyser och diskuterar den återkopplingsslinga (feedback-loop) som används för att modellera två typer av reboundeffekter kopplade till persontrafik (direkt ekonomisk rebound och tidsrelaterad rebound) samt jämför med en tidigare studie. Artikel IV behandlar också den roll systemtänkande och modellering kan spela i konceptualisering och kommunikation av reboundeffekters dynamik. För att ytterligare undersöka systemmodelleringens och simuleringens möjligheter att representera icke-linjära komplexa och dynamiska system (exempel på sådana diskuteras i artikel III och IV), sammanställer artikel V tidigare studier som jämför SD och AB-metoder och -modeller.  Studiernas mål och metod summeras och resultaten med avseende på vilka kriterier som presenteras för att välja mellan SD och AB sammanställs. Även processen för att omvandla en befintlig SD-modell till en AB-modell beskrivs. Avhandlingens slutsats är att LCA och systemmodelleringsmetoder kan vara användbara för att studera IKTs direkta effekter så väl som indirekta effekter på miljön. / <p>QC 20150813</p>

The pursuit of Sustainable Development Goals (SDGs) requires a transformative approach to energy systems, focusing on cleaner, reliable, and affordable energy services. This pursuit of achieving the SDG 7 goal of universal access to affordable and clean energy, can have numerous positive and negative implications on all other SDGs and their targets. This thesis project explores and addresses these interlinkages between SDGs and energy projects, highlighting the synergies and trade-offs of energy projects to contribute to achieving the SDGs. In this project, we propose a methodology and framework to facilitate the integration of the SDGs into the energy project planning and implementation phase. This framework is implemented into a tool called SDGs-PROPEL (Sustainable Development Goals - PROject Performance Evaluationand Learnings) that is tailor-made to help energy practitioners identify potential trade-offs and synergies, and develop strategies to maximize positive impacts and minimize negative ones by prioritizing the SDGs that are relevant to their projects. The proposed methodology also takes into consideration the growing importance of Environmental, Social, and Governance (ESG) reporting, ensuring that energy projects align with sustainable practices and societal expectations. Three case studies - one Wind energy projectand two district heating projects, all in France, are utilized to test the SDGs-PROPEL tool. It also incorporates feedback from technology experts working in District Heating and Cooling(DHC) and wind energy in energy companies and academia. The tool was also tested by studentsat the master’s level at KTH Royal Institute of Technology. The proposed methodology in the SDGs-PROPEL tool can be used by any energy practitioner for building a robust testing process for their tools and, in turn, help address some of the challenges of integrating SDGs with energy projects by providing a structured approach to incorporating the SDGs into theplanning and implementation phase of the energy projects. In conclusion, this paper emphasizes the significance of incorporating the SDGs into energy projects as a means to drive sustainable development. By enabling companies to assess the environmental, social, and economic impacts of their energy initiatives, this integration plays a crucial role in addressing critical global issues like climate change, poverty reduction, and energy access. / Strävan efter hållbara utvecklingsmål (SDG) kräver ett transformativt förhållningssätt till energisystem, med fokus på renare, pålitliga och överkomliga energitjänster. Denna strävan efter att uppnå SDG 7-målet om universell tillgång till hållbar energi, kan ha många positiva och negativa konsekvenser för alla andra SDG och deras mål. Detta avhandlingsprojekt utforskar och tar upp dessa kopplingar mellan SDG och energiprojekt, och belyser synergierna och avvägningarna mellan energiprojekt för att bidra till att uppnå SDGs. I det här projektet föreslår vi en metod och ett ramverk för att underlätta integrationen av SDGs i energiprojektets planering och genomförandefas. Detta ramverk är implementerat i ett verktyg som kallas SDGs-PROPEL (Sustainable Development Goals - PROject Performance Evaluation and Learnings) som är skräddarsytt för att hjälpa energiutövare att identifiera potentiella avvägningar och synergier, och utveckla strategier för att maximera positiva effekter och minimera negativa. genom att prioritera de SDG som är relevanta för deras projekt. Den föreslagna metoden tar också hänsyn till den växande betydelsen av miljö-, social- och styrelserapportering (ESG), vilket säkerställer att energiprojekt överensstämmer med hållbar praxis och samhälleliga förväntningar. Tre fallstudier - ett vindenergiprojekt och två fjärrvärmeprojekt, alla i Frankrike, används för att testa SDGs-PROPEL-verktyget. Den innehåller också feedback från teknikexperter som arbetar med DHC och vindenergi i energiföretag och akademi. Verktyget testades även av studenter på masternivå vid Kungliga Tekniska Högskolan. Den föreslagna metoden i SDGs-PROPEL-verktyget kan användas av alla energiutövare för att bygga en robust testprocess för sina verktyg och i sin tur hjälpa till att hantera några av utmaningarna med att integrera SDGs med energiprojekt genom att tillhandahålla ett strukturerat tillvägagångssätt för att införliva SDGs in i planerings- och genomförandefasen av energiprojekten. Sammanfattningsvis betonar detta dokument betydelsen av att införliva SDGs i energiprojekt som ett sätt att driva hållbar utveckling. Genom att göra det möjligt för företag att bedöma de miljömässiga, sociala och ekonomiska effekterna av sina energiinitiativ, spelar denna integration en avgörande roll för att ta itu med kritiska globala frågor som klimatförändringar, fattigdomsminskning och tillgång till energi.