The energy sector represents the biggest contributor to global climate change. The concurring efforts to decarbonise electricity and heat generation contribute to the ongoing expansion of renewable energy systems. The European wind power (WP) capacity is expected to triple by the year 2030, with onshore wind farms accounting for over 80% of new installations. This upswing entails critical demands for construction materials, shifting environmental burdens to the construction phase, compared to the use-phase hotspot of fossil resources. To counteract these magnified impacts, emerging innovations are disrupting conventional wind turbine (WT) technologies. To assess these developments, this study evaluates the future environmental impacts of WP production in Sweden using the emerging prospective life cycle assessment (pLCA) methodology. Six explorative foreground scenarios are developed for a generic Swedish WP plant in the year 2050. The scenarios build on projected national capacity developments, as well as identified key processes of hydrogen-based steel and concrete, as well as wooden WT towers. In addition, the application and propagation of the integrated assessment model REMIND-SSP2-NDC-2050 is deployed to project socio-economic changes in the background system. Compared to the reference year 2020, all six scenarios show clear improvements of the climate change contribution. Especially “green” materials and wood towers promise significant future potential to accelerate a sustainable transition of Swedish WP production. The combined introduction of green steel, concrete, and hydrogen results in the overall best environmental performance, reducing the global warming potential by 47% from 6,3 g CO2eq per kWh in 2020 to 3,34 g CO2eq per kWh in 2050. However, burden-shifting occurs in particular for cancerous human toxicity and the occupation of agricultural land. While inheriting only 8% higher GWP, the wood tower scenario avoids the shifted effect on human toxicity but increases land occupation and terrestrial acidification even further. For all six scenarios, critical pressures emerge for non-fossil elements resulting from the growing demand for permanent magnet materials. The study’s results highlight a promising outlook for Swedish WP production by 2050 and the corresponding importance of pLCA to facilitate a sustainable transition of the energy sector. / Energisektorn är den sektor som bidrar mest till den globala klimatförändringen. De samtidiga insatserna för att minska koldioxidutsläppen från el- och värmeproduktion bidrar till den pågående utbyggnaden av förnybara energisystem. Den europeiska vindkraftskapaciteten (WP) förväntas tredubblas fram till år 2030, och vindkraftsparker på land står för över 80% av de nya installationerna. Detta uppsving medför en kritisk efterfrågan på byggmaterial, vilket innebär att miljöbelastningen flyttas från användnings- till byggfasen. För att motverka dessa ökade effekter finns det nya innovationer som förändrar den konventionella tekniken för vindkraftverk (WT). För att bedöma denna utveckling utvärderas i denna studie den framtida miljöpåverkan från produktionen av vindkraftverk i Sverige med hjälp av den nya prospektiva livscykelanalysmetoden (pLCA). Sex explorativa förgrundsscenarier utvecklas för en generisk svensk WP-anläggning år 2050. Scenarierna bygger på förväntad nationell kapacitetsutveckling, samt identifierade nyckelprocesser för vätgasbaserat stål och betong, samt WT-torn av trä. Dessutom används tillämpningen och spridningen av den integrerade utvärderingsmodellen REMIND-SSP2-NDC-2050 för att projicera socioekonomiska förändringar i bakgrundssystemet. Jämfört med referensåret 2020 visar alla sex scenarierna tydliga förbättringar av bidraget till klimatförändringarna. Särskilt ”gröna” material och trätorn har en betydande framtida potential för att påskynda en hållbar omställning av svensk WPproduktion. Det kombinerade införandet av grönt stål, betong och vätgas resulterar i den övergripande bästa miljöprestandan, vilket minskar den globala uppvärmningspotentialen med 47% från 6,3 g CO2eq per kWh 2020 till 3,34 g CO2eq per kWh 2050. Det sker dock en omfördelning av bördorna, särskilt när det gäller cancerframkallande toxicitet för människor och ianspråktagande av jordbruksmark. Trätornsscenariot, som endast har 8 % högre GWP, undviker rebound-effekten för humantoxicitet men ökar markanvändningen och försurningen av marken ytterligare. För alla sex scenarierna uppstår ett kritiskt tryck på icke-fossila grundämnen till följd av den växande efterfrågan på permanentmagnetmaterial. Studiens resultat belyser en lovande utsikt för svensk WP produktion fram till 2050 och den motsvarande betydelsen av pLCA för att underlätta en hållbar övergång av energisektorn.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-348679 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Cheng, Fabian |
| Publisher | KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 24489 |
Page generated in 0.0026 seconds