Ackno wledge ments

A Cr a dl e-t o- G at e Lif e C y cl e A s s e s s m e nt of a Pr ot ot y p e Bi o c o m p o sit e

Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

iii

A c k n o wl e d g e m e nt s

T his pr oj e ct is p art of a r es e ar c h i niti ati v e d esi g n e d t o d e v el o p n o v el bi o c o m p osit es fr o m c ell ul osi c fi br es a n d bi o- b as e d t h er m o pl a sti c p ol y m er s wit h a c c e pt a bl e pr o d u ct p erf or m a n c e a n d e n vir o n m e nt al pr o p erti es. Pr oj e ct f u n di n g w as pr o vi d e d b y N at ur al R es o ur c es C a n a d a's Tr a nsf or m ati v e T e c h n ol o gi es Pr o gr a m . W e w o ul d li k e t o t h a n k t o Mi h a el a Mi h ai a n d N a t h ali e L e gr os, o ur p artn ers at N R C-I MI, f or t h eir c o ntri b uti o n f or t h e pr e p ar ati o n a n d e v al u ati o n of t h e bi o c o m p osit es. F PI n n o v ati o ns st aff p arti ci p ati n g i n t his w or k i n cl u d es:

L al M a h all e A y s e Al e m d ar J e n nif er O’ C o n n or B o b K n u ds o n Gill es Br u n ett e


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

i v

E x e c uti v e S u m m ar y T his st u d y pr es e nts a lif e c y cl e ass es s m e nt of t w o pr ot ot y p e bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns m a n uf a ct ur e d at N R C-I MI i n B o u c h er vill e, Q u e b e c u n d er a c oll a b or ati v e pr oj e ct b et w e e n N ati o n al R es e ar c h C o u n cil of C a n a d a-I n d ustri al M at eri als I nstit ut e ( N R C-I MI) a n d t h e C o m p osit es D e p art m e nt of F PI n n o v ati o ns o n t h e “ D e v el o p m e nt of c ell ul osi c fi br es/t h er m o pl asti c bi o c o m p osit es ”:

• F or m ul ati o n 1 – us es w o o d fi br e wit h t w o bi o p o l y m ers: p ol yl a cti c a ci d ( P L A) a n d t h er m o pl asti c st ar c h ( T P S). P L A is i m p ort e d fr o m N e br as k a, U S a n d T P S is pr o d u c e d at N R C-I MI usi n g a l o c all y a v ail a bl e bi o p ol y m er s o ur c e.

• F or m ul ati o n 2 - us es w o o d fi br e a n d P L A.

T h e g o als s et t o ass es s t h e cr a dl e-t o- g at e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o f or m ul ati o ns ar e:

• D e v el o p lif e c y cl e i n v e nt or y f or F or m ul ati o n 1 • D e v el o p lif e c y cl e i n v e nt or y f or F or m ul ati o n 2 • P erf or m c o ntri b uti o n a n al ysis t o i d e ntif y si g nifi c a nt i n p uts wit hi n t h e t w o f or m ul ati o ns • C o m p ar e a n d c o ntr ast e n vir o n m e nt al p erf or m a n c es of t h e t w o f or m ul ati o ns • C o m p ar e a n d c o ntr ast e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns wit h

alt er n ati v e m at eri als s u c h as n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e.

M et h o d ol o g y

T h e st u d y w as c o n d u ct e d i n a c c or d a n c e wit h t h e t w o st a n d ar ds s et o ut f or L C A b y t h e I nt er n ati o n al Or g a ni z ati o n f or St a n d ar di z ati o n (I S O): I S O 1 4 0 4 0 a n d I S O 1 4 0 4 0 4 4 p u blis h e d i n 2 0 0 6. T h e e n er g y a n d m at eri al i n p ut fl o ws o c c ur wit hi n e ast er n C a n a d a a n d t h e U S, a n d t h er ef or e, t h e g e o gr a p hi c b o u n d ar y of t h e st u d y w as c o nsi d er e d as N ort h A m eri c a. T h e st u d y us e d b ot h t h e first h a n d d at a g at h er e d b y F PI n n o v ati o ns f or m at eri al a n d e n er g y c o ns u m pti o n i n m a n uf a ct uri n g t h e bi o c o m p osit e a n d t h e s e c o n d ar y d at a a v ail a bl e i n t h e U S EI d at a b as e (i. e., a d at a b as e cr e at e d b y filli n g t h e d at a g a ps i n t h e p u bli cl y a v ail a bl e U S L C A d at a b as e c all e d “ U S L CI ” wit h t h e d at a a v ail a bl e i n t h e e c oi n v e nt d at a b as e ( a c o m m er ci al L C A d at a b as e ori gi n at e d i n E ur o p e) t o m o d el t h eir e n vir o n m e nt al i m p a cts. W h er e v er a p pli c a bl e t h e el e ctri cit y gri ds of t h e s e c o n d ar y L C I d at a w er e r e pl a c e d wit h Q u e b e c el e ctri cit y gri ds a v ail a bl e i n t h e At h e n a el e ctri cit y d at a f or C a n a di a n pr o vi n c es i n or d er t o m a k e t h e d at a m or e r e pr es e nt ati v e t o t h e cir c u mst a n c es i n Q u e b e c. W hil e c o nsi d eri n g t h e N ort h A m eri c a n f o c us of t h e st u d y, t h e U. S. E n vir o n m e nt al Pr ot e cti o n A g e n c y’s T R A CI ( T o ol f or t h e R e d u cti o n a n d Ass ess m e nt of C h e mi c al a n d ot h er E n vir o n m e nt al I m p a cts) lif e c y cl e i m p a ct a ss e ss m e nt ( L CI A) m et h o d w as us e d f or t h e lif e c y cl e e n vir o n m e nt al i m p a ct c o m p aris o n of t h e t w o f or m ul ati o ns. T h e f oll o wi n g e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es a v ail a bl e i n T R A CI m et h o d w er e us e d f or t his c o m p ar ati v e as s erti o n:

• Cli m at e c h a n g e ( gr e e n h o us e g as es) • D e pl eti o n of t h e str at os p h eri c o z o n e l a y er • A ci difi c ati o n of l a n d a n d w at er s o ur c es • E utr o p hi c ati o n • F or m ati o n of tr o p os p h eri c o z o n e ( p h ot o c h e mi c al o xi d a nts) • H u m a n h e alt h i m p a cts – r es pir at or y, c ar ci n o g e ni c, a n d n o n- c ar ci n o g e ni c eff e cts • E c ot o xi cit y.

T R A CI d o es n ot a d dr ess c ar b o n u pt a k e b y pl a nts; c ar b o n di o xi d e fr o m air w as a d d e d as a n e g ati v e e missi o n t o i n cl u d e c ar b o n s e q u est er e d i n t h e pl a nt- b as e d m at eri al i n p uts s u c h as w o o d fi br e, P L A a n d


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

v

T P S. I n a d diti o n, t ot al pri m ar y c o ns u m pti o n a n d n o n -r e n e w a bl e f ossil f u el us e w er e i n cl u d e d i n t h e ass e ss m e nt b y c o m bi ni n g T R A CI wit h t h e E ur o p e a n - b as e d “ C u m ul ati v e E n er g y D e m a n d ” ( C E D), a n i m p a ct ass ess m e nt m et h o d t h at c al c ul at es pri m ar y e n er g y d e m a n d ( e. g., n o n-r e n e w a bl e f ossil f u el, r e n e w a bl e bi of u el, wi n d, h y dr o, et c.) of t h e t w o f or m ul ati o ns.

K e y St u d y Fi n di n g s

C o ntri b uti o n A n al y si s – F or m ul ati o n 1

F or m ul ati o n 1 c o ns u m es a b o ut 6 6 MJ of t ot al e n er g y f or t h e m a n uf a ct uri n g of t h e bi o c o m p osit e a n d u pstr e a m i n p ut pr o d u cti o n pr o c ess es. A b o ut 5 0 % of t his t ot al e n er g y is c o ns u m e d d uri n g t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e; a p pr o xi m at el y 4 5 % f or t h e pr o c essi n g of r a w m at eri als e nt eri n g t h e bi o c o m p osit e pr o d u cti o n a n d 5 % f or t h e m a n uf a ct uri n g pr o c ess its elf. U pstr e a m i n p uts, n a m el y P L A a n d T P S, ar e r es p o nsi bl e f or 4 8 % of t his t ot al e n er g y us e ( 3 3 % b y P L A a n d 1 5 % b y T P S) f or t h eir u pstr e a m pr o d u cti o n pr o c ess es. E n er g y c o ns u m pti o n f or i n p ut tr a ns p ort t o a m a n uf a ct uri n g f a cilit y is s m all a n d a c c o u nts f or l ess t h a n 3 % of t h e t ot al e n er g y c o ns u m pti o n. As f ar as t h e e n vir o n m e nt al i m p a cts ar e c o n c er n e d, P L A is t h e m o st c o ntri b uti n g i n p ut w h e n a c c o u nt f or b ot h t h e e mis si o ns fr o m cr a dl e-t o- g at e m a n uf a ct ur e a n d its l o n g dist a n c e tr a ns p ort ati o n fr o m t h e f ar a w a y s o ur c e. It c o ntri b ut es si g nifi c a ntl y t o gl o b al w ar m i n g, e utr o p hi c ati o n a n d o zo n e d e pl eti o n i m p a ct c at e g ori es. T P S, h o w e v er, is s e c o n d t o P L A a n d r es p o nsi bl e f or a b o ut o n e- h alf of t h e a ci difi c ati o n, r es pir at or y, a n d s m o g i m p a cts. T P S si g nifi c a ntl y c o ntri b ut es t o gl o b al w ar mi n g, e utr o p hi c ati o n, a n d o z o n e d e pl eti o n eff e cts. W o o d fi br e i n p uts ar e mi n or i n t er ms of b ot h lif e c y cl e e n er g y us e a n d e n vir o n m e nt al i m p a cts. W h e n c o nsi d eri n g e n er g y i n p uts, t h e e n vir o n m e nt al b ur d e n cr e at e d fr o m el e ctri cit y us e f or t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e is si g nifi c a nt i n t h e gl o b al w ar mi n g i m p a ct c at e g or y, b ut its c o ntri b uti o ns t o ot h er e n vir o n me nt al i m p a ct c at e g ori es ar e mi n or. C o ntri b uti o n A n al y si s – F or m ul ati o n 2

F or m ul ati o n 2 us es a p pr o xi m at el y 7 9 MJ of e n er g y d uri n g its cr a dl e-t o- g at e lif e c y cl e, of w hi c h a b o ut 5 5 % is c o ns u m e d b y P L A f or its u pstr e a m pr o d u cti o n w hil e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e a c c o u nts f or a b o ut 4 1 % of t h e t ot al e n er g y us e. E n er g y c o ns u m pti o n d uri n g w o o d fi br e m a n uf a ct uri n g a n d l a n dfilli n g of m a n uf a ct uri n g w ast e is mi n or. P L A pr o d u cti o n a n d its tr a ns p ort ati o n fr o m a f ar a w a y s o ur c e si g nifi c a ntl y c o ntri b ut e t o gl o b al w ar mi n g a n d ot h er i m p a ct i n di c at ors. P L A d eli v er y t o t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g f a cilit y c a us es a si g nifi c a nt a m o u nt of a ci difi c ati o n, r es pir at or y a n d s m o g eff e cts. C o ntri b uti o ns fr o m w o o d fi br e, w o o d fi br e d eli v er y t o t h e f a cilit y, a n d el e ctri cit y us e f or bio c o m p osit e m a n uf a ct ur e w er e f o u n d t o b e mi n or. C o m p ar ati v e L C A of T w o F or m ul ati o n s

C o m p ar ati v e L CI A fi n di n gs ar e pr es e nt e d i n Fi g ur e A o n a p er c e nt a g e b asis. O n a lif e c y cl e b asis, F or m ul ati o n 2 c o ns u m es a b o ut 1 3 MJ m or e t ot al e n er g y a n d 6 MJ of n o n-r e n e w a bl e f ossil f u el f or t h e m a n uf a ct ur e of a kil o gr a m of t h e fi n al pr o d u ct t h a n F or m ul ati o n 1. As a r es ult, F or m ul ati o n 1 s h o ws b ett er e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e i n t er ms of lif e c y cl e e n er g y c o ns u m pti o n, f ossil e n er g y us e, a n d o z o n e d e pl eti o n i m p a cts a n d sli g htl y b ett e r gl o b al w ar mi n g b e n efits t h a n F or m ul ati o n 2. T his diff er e n c e i n e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e c a n b e tr a c e d t o P L A pr o d u cti o n a n d its tr a ns p ort ati o n fr o m a f ar a w a y s o ur c e. E utr o p hi c ati o n, a ci difi c ati o n, r es pir at or y a n d s m o g i m p a ct s of t h e t w o f or m ul ati o ns o n a n a bs ol ut e v al u e b asis w er e f o u n d t o b e m or e or l ess t h e s a m e.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

vi

Fi g ur e A C o m p ar ati v e L CI A r e s ults of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns o n a p er c e nt a g e b asis

S e n siti vit y A n al y si s

T h e s e nsiti vit y c as es p erf or m e d a n d t h eir fi n di n gs ar e st at e d b el o w:

• E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai nst r e c y cli n g of m a n uf a ct uri n g w ast e R e pr o c essi n g m a n uf a ct uri n g w ast e wit hi n t h e s y st e m h el ps i m pr o v e t h e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e bi o c o m p osit e.

• E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai nst usi n g w o o d e n er g y f or m at eri al i n p ut dr yi n g Q u e b e c el e ctri cit y is us u all y a cl e a n e n er g y i n t h e s e n s e t h at it is m ostl y h y dr o a n d s o m e n u cl e ar. H e n c e, a n y i m pr o v e m e nt i n e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e t o t h e bi o c o m p o sit e c a n n ot b e a c hi e v e d b y s u bstit uti n g h e at e n er g y g e n er at e d i n w o o d b oil ers f or dr yi n g. P erf or m a n c e a g ai n st P etr ol e u m- b a s e d P ol y m er s

E n vir o n m e nt al p erf or m a n c es of t h e t w o f or m ul ati o ns w er e c o m p ar e d wit h t h e pl asti c d at a a v ail a bl e i n t h e U S EI a n d U S L CI d at a b as es f or n y l o n a n d p ol y pr o p yl e n e, a n d t h e c o m p arati v e L CI A r es ult s ar e d e pi ct e d i n Fi g ur e B o n a p er c e nt a g e b asis. T h e t w o f or m ul ati o ns p erf or m b ett er t h a n p ol y pr o p yl e n e i n all t h e e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es e x c e pt e utr o p hi c ati o n eff e cts, w hi c h is i m p ort a nt o n a r e gi o n al b asis o nl y. D es pit e t h e mi n or s et b a c k i n t h e e utr o p hi c ati o n eff e cts, F or m ul ati o n 1 c a n b e r e c o m m e n d e d as a v er y g o o d c a n di d at e pr o d u ct t o s u bs tit ut e f or p ol y pr o p yl e n e i n c o m b ati n g gl o b al w ar mi n g a n d dis pl a ci n g si g nifi c a nt a m o u nts of f ossil f u el. H o w e v er, c o m p ar e d t o n yl o n, b ot h f or m ul ati o ns s h o w si mil ar p erf or m a n c e as t h e y di d wit h p ol y pr o p yl e n e b ut ar e w ors e i n o z o n e d e pl eti o n eff e cts, a n e n vir o n m e nt al i m p a ct of gl o b al c o n c er n. T his r es ult m a y cr e at e iss u es w h e n pr o m oti n g t h e t w o bi o c o m p o sit es a g ai nst n yl o n.

‐1 0 0

‐8 0

‐6 0

‐4 0

‐2 0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0%

F or m ul ati o n 1 F or m ul ati o n 2


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

vii

Fi g ur e B E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns a g ai nst n yl o n a n d

p ol y pr o p yl e n e I n e a c h s et of b ars, t h e pr o d u ct s yst e m wit h t h e hi g hest i m p a ct i n t h at c at e g or y is t h e b e n c h m ar k ( 1 0 0 %) a n d t h e ot h er e n er g y s yst e ms ar e s h o w n as a p er c e nt a g e r el ati v e t o t h e b e n c h m ar k. T h es e ar e p er c e nt a g e v al u es a g ai nst a b e n c h m ar k a n d n ot a b s ol ut e v al u es.

St u d y Li mit ati o n s

T his L C A i s b as e d o n a pr ot ot y p e pr o d u ct m a n uf a ct ur e d at t h e l a b s c al e. Its e n er g y us e m a y g o d o w n wit h l ar g e s c al e m a n uf a ct ur e w hil e s o m e e n er g y h as t o b e co ns u m e d f or i nt er n al b ul k m at eri al h a n dli n g wit hi n t h e m a n uf a ct uri n g f a cilit y. T h er ef or e, t h e fi n di n gs of t his st u d y m a y n ot f ull y r e pr es e nt t h e l ar g e s c al e m a n uf a ct ur e of t his bi o c o m p sit e at t h e c o m m er ci al l e v el.

R e c o m m e n d ati o n s

F or m ul ati o n 1 p erf or m e d b ett er i n t er ms of e n er g y us e (i n cl u di n g n o n-r e n e w a bl e f ossil) a n d t h e e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es of hi g h est gl o b al c o n c er n ( gl o b al w ar mi n g a n d o z o n e d e pl eti o n). T h er ef or e, F or m ul ati o n 1 c a n b e r e c o m m e n d e d f or t h e n e xt st a g e of t h e pr o d u ct s cr e e ni n g, or c o m m er ci ali z ati o n.

‐2 0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0%

Bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 1 Bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 2 N yl o n P ol y pr o p yl e n e


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

© 2 0 1 1 F PI n n o v ati o n s. All ri g ht s r e s er v e d.

® F PI n n o v ati o n s, it s m ar k s a n d l o g o s ar e r e gi st er e d tr a d e m ar k s of F PI n n o v ati o n s. viii

T a bl e of C o nt e nt s

A c k n o wl e d g e m e nt s .............................................................................................................. ......................................... iii

E x e c uti v e S u m m ar y ............................................................................................................. ......................................... i v

Li st of T a bl e s ................................................................................................................ ................................................. i x

Li st of Fi g ur e s ............................................................................................................... ................................................ i x

1 I ntr o d u cti o n ............................................................................................................................................................. 1

2 G o al a n d S c o p e ................................................................................................................ ...................................... 1 2. 1 G o al a n d I nt e n d e d U s e s ........................................................................................................ ...................... 1 2. 2 S c o p e ......................................................................................................................... .................................. 2

2. 2. 1 S y st e m B o u n d ar y ............................................................................................................... ............ 2 2. 2. 2 F u n cti o n al/ D e c l ar e d U nit ................................................................................................................ 5 2. 2. 3 E x cl u si o n of I n si g n ifi c a nt L CI Fl o w s ............................................................................................... 5

2. 3 All o c ati o n of E n vi r o n m e nt al I m p a ct s ............................................................................................................ 5 2. 4 D at a a n d I niti al D at a Q u alit y R e q uir e m e nt s .................................................................................... ............. 6 2. 5 B a c k gr o u n d D at a S o ur c e s f or E n er g y a n d A n cill ar y M at eri al I n p ut s ............................................................ 6

3 I n v e nt or y A n al y si s ................................................................................................................................................... 6 3. 1 M a n uf a ct uri n g O v er vi e w ........................................................................................................ ...................... 6 3. 2 L CI f or Bi o c o m p o sit e M a n uf a ct uri n g ............................................................................................ ................ 6 3. 3 M at eri al Tr a n s p ort ............................................................................................................ ............................ 7 3. 4 B a c k gr o u n d L CI D at a S o ur c e s ................................................................................................... .................. 8

4 I m p a ct A s s es s m e nt ............................................................................................................. .................................... 9 4. 1 L CI A M et h o d ol o g y ........................................................................................................................................ 9 4. 2 L CI A R e s ult s .............................................................................................................................................. 1 0

4. 2. 1 C o ntri b uti o n A n al y si s ................................................................................................................... 1 0 4. 2. 2 C o m p ar ati v e L CI A of t h e T w o Bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n s .......................................................... 1 4 4. 2. 3 E n vir o n m e nt al P erf or m a n c e a g ai n st N yl o n a n d P ol y pr o p yl e n e ................................................... 1 5

5 I nt er pr et ati o n of R e s ult s ..................................................................................................... ................................... 1 7 5. 1 Si g nifi c a nt Pr o c e s s I n p ut s .................................................................................................... ...................... 1 7 5. 2 P erf or m a n c e a g ai n st R e c y cli n g of M a n uf a ct uri n g W a st e .......................................................................... . 1 8 5. 3 P erf or m a n c e a g ai n st U si n g Alt er n ati v e E n er g y f or Dr yi n g ....................................................................... .. 1 8 5. 4 U n c ert ai nt y S urr o u n di n g Mi s si n g D at a a n d S c al e of M a n uf a ct ur e ............................................................. 1 9 5. 5 C o n cl u si o n s ................................................................................................................... ............................. 1 9 5. 6 St u d y Li mit ati o n s ............................................................................................................. ........................... 2 0 5. 7 R e c o m m e n d ati o n s ............................................................................................................... ...................... 2 1

A p p e n di x I: A n O v er vi e w of L C A M et h o d ol o g y .................................................................................... ........................ 2 2

A p p e n di x II: I m p a ct C at e g or y D efi niti o n s ...................................................................................... ............................... 2 4


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

© 2 0 1 1 F PI n n o v ati o n s. All ri g ht s r e s er v e d.

® F PI n n o v ati o n s, it s m ar k s a n d l o g o s ar e r e gi st er e d tr a d e m ar k s of F PI n n o v ati o n s. i x

Li st of T a bl e s

T a bl e 1 L CI fl o w s f or t h e m a n uf a ct ur e of t h e t w o bi o c o m p o sit e f or m ul ati o n s ................................................ 7

T a bl e 2 R a w m at eri al a n d w a st e tr a n s p ort ati o n di st a n c e s ............................................................................. 8

T a bl e 3 S e c o n d ar y L CI d at a s o ur c e s .................................................................................................... ......... 9

T a bl e 4 R e s ult s of c o ntri b uti o n a n al y si s p erf or m e d f or bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n 1 – p er k g of bi o c o m p o sit e .................................................................................................................. ................. 1 2

T a bl e 5 R e s ult s of c o ntri b uti o n a n al y si s p erf or m e d f or bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n 2 – p er k g of bi o c o m p o sit e .................................................................................................................. ................. 1 3

T a bl e 6 C o m p ar ati v e L CI A r e s ult s of t h e t w o bi o c o m p o s it e f or m ul ati o n s p er d e cl ar e d/ F U – a b s ol ut e v al u e b a si s ................................................................................................................... ................... 1 4

T a bl e 7 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p o sit e f or m ul ati o n s a g ai n st n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e – a b s ol ut e v a l u e s p er d e cl ar e d/ F U ........................................................................... 1 6

T a bl e 8 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai n st r e pr o c e s si n g of d ef e cti v e pr o d u ct s wit hi n t h e s y st e m ............ 1 8

T a bl e 9 S e n siti vit y of b a s e c a s e r e s ult s a g ai n st u si n g w o o d e n er g y f or dr yi n g ............................................ 1 9

Li st of Fi g ur e s

Fi g ur e 1 S y st e m b o u n d ar y f o r F or m ul ati o n 1 .................................................................................................. 3

Fi g ur e 2 S y st e m b o u n d ar y f o r F or m ul ati o n 2 .................................................................................................. 4

Fi g ur e 3 C o m p ar ati v e L CI A r e s ult s of t h e t w o f or m ati o n s o n a p er c e nt b a si s ............................................... 1 5

Fi g ur e 4 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p o sit e f or m ul ati o n s a g ai n st n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e o n a p e r c e nt a g e b a si s .............................................................................................. 1 7

Fi g ur e 5 Lif e C y cl e A s s e s s m e nt m et h o d ol o g y: t h e I S O 1 4 0 4 0 fr a m e w or k a n d a p pli c ati o n s ......................... 2 2


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 of 2 4

1 I ntr o d u cti o n Bi o p ol y m ers ar e r e n e w a bl e, s ust ai n a bl e alt er n ati v es t o p etr ol e u m- b as e d p ol y m ers t h at s ol v e a r a n g e of e n vir o n m e nt al pr o bl e ms ass o ci at e d wit h t h e dis p os al of c o n v e nti o n al pl asti cs a n d a d dr ess t h e pr o bl e m of fi nit e oil s u p pli es. T h eir m ar k et s har e is, h o w e v er, v er y m o d est d u e t o a l a c k of str u ct ur al i nt e grit y a n d t h eir e x p e ns e c o m p ar e d t o p etr ol e u m- b as e d p ol y m er s. Bi o c o m p osit es of bi o p ol y m ers a n d n at ur al fi br es ar e a r el ati v el y n e w cl ass of bi o m at eri als b ei n g d e v el o p e d t o pr o vi d e a c c e pt a bl e pr o d u ct p erf or m a n c e at c o m p etiti v e c osts. T h e m ai n c h all e n g es i n d e v el o pi n g t h es e bi o c o m p osit es ar e t h e w e a k fi br e- m atri x i nt erf a c e, t h e t h er m al d e gr a d ati o n of n at ur al fi br es a b o v e t h e r e q uir e d 2 0 0º C pr o c essi n g t e m p er at ur e, t h e f e e di n g pr o bl e ms of n at ur al fi br es d u e t o t h eir l o w d e nsit y, a n d g etti n g a h o m o g e n o us dis p ersi o n of t h e fi br es wit h o ut fi br e d a m a g e. N e w bi c o m p osit es fr o m bi o p ol y m ers a n d w o o d ( c ell ul osi c) fi br es w er e d e v el o p e d i n a c oll a b or ati v e pr oj e ct b et w e e n t h e C o m p osit es D e p art m e nt of F PI n n o v ati o ns a n d N R C-I MI. I n t his st u d y bi o c o m p osit es w er e d e v el o p e d fr o m h ar d w o o d or s oft w o o d fi br es mi x e d wit h eit h er: a s e mi- cr y st alli n e p ol y l a cti c a ci d ( P L A); a n a m or p h o us P L A; a t h er m o pl asti c st ar c h (T P S); or bl e n ds c o nt ai ni n g b ot h T P S a n d o n e of t h e P L A’s. T h e bi o c o m p osit es w er e pr e p ar e d b y c o m p o u n di n g t h e fi br es wit h t h e p ol y m er m atri x usi n g a c o-r ot ati n g t wi n s cr e w e xtr u d er. Mil d e xtr usi o n c o n diti o ns w er e us e d t o a v oi d t h er m al a n d p h y si c al d e gr a d ati o n of t h e fi br es i n t h e m atri x wit h o ut c o m pr o misi n g o pti m al fi br e w etti n g. T h e m or p h ol o g y of t h e m e c h a ni c al pr o p erti es, t h e w at er a n d m oist ur e a bs or pti o n b e h a vi o ur, a n d bi o d e gr a d a bilit y of t h e bi c o m p osit es w er e e v al u at e d usi n g a p pr o pri at e A S T M st a n d ar ds. It h as b e e n s h o w n t h at t h e a d diti o n of t h e w o o d fi br es ( 3 0 % b y wt.) i m pr o v e d t h e p erf or m a n c e of t h e bi o p ol y m ers wit h o ut a n y a d diti v e ( c o u pli n g a g e nt or c o m p ati bili z er), f urt h er i m pr o v e m e nt w as o bt ai n e d wit h t h e us e of c o u pli n g a g e nts. At t h e s a m e fi br e c o nt e nt, t h e t e nsil e str e n gt h of t h e w o o d fi br e- P L A bi o c o m p osit e s is si mil ar t o gl ass fi br e- P L A c o m p os it es. T e nsil e pr o p erti es of t h e bi o c o m p osit es ar e f a v or a bl y c o m p etiti v e wit h p etr ol e u m- b as e d p ol y mers: t e nsil e str e n gt h of t h e w o o d fi br e- P L A bi o c o m p osit es is m u c h hi g h er t h a n n e at p ol y pr o p yl e n e a n d c o m p ar a bl e t o n yl o n. All bi o c o m p osit es’ s a m pl es st art e d t o d e gr a d e u n d er c o ntr oll e d c o m p osti n g c o n diti o ns. Si g nifi c a nt w ei g ht l oss ( 4 0 %) w a s o bs er v e d aft er 3 w e e ks f or t h e P L A- b as e d a n d P L A/ T P S ( 7 0/ 3 0)- b as e d bi o c o m p osit es. T h e a d diti o n of t h e w o o d fi br es i nt o bi o p ol y m ers als o r e d u c e d t he c ost i n c o m p aris o n t o t h e n e at bi o p ol y m er. I n a d diti o n t o p h y si c al pr o p erti es, e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e i s a n ot h er k e y f a ct or t h at d et er mi n es t h e s u c c es s of t h es e bi o c o m p o sit es, w hi c h w as t h e f o c u s of t his st u d y. T h e st u d y e v al u at e d e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o f or m ul ati o ns a n d t h eir r el ati v e p erf or m a n c es a g ai nst pl a sti c, usi n g t h e lif e c y cl e ass ess m e nt ( L C A) m et h o d ol o g y.

2 G o al a n d S c o p e

2. 1 G o al a n d I nt e n d e d U s e s

T h e f oll o wi n g g o als w er e s et t o ass es s t h e cr a dl e-t o- g at e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of a pr ot ot y p e bi o c o m p osit e pr o d u c e d at l a b s c al e i n t h e c o m p osit es d e p art m e nt of F PI n n o v ati o ns:

• D e v el o p lif e c y cl e i n v e nt or y f or t h e F or m ul ati o n 1 • D e v el o p lif e c y cl e i n v e nt or y f or t h e F or m ul ati o n 2 • P erf or m L CI A t o i d e ntif y si g nifi c a nt i n p uts wit hi n t h e t w o f or m ul ati o ns


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 of 2 4

L a n dfilli n g is c o nsi d er e d t o b e t h e d ef a ult dis p os al pr a cti c e of bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g w ast e (i. e., t h e d ef e cti v e pr o d u ct c o mi n g o ut fr o m pr o c ess). T h at w ast e c o ul d b e us e d f or r e c y cli n g i nt er n all y wit hi n t h e s y st e m as w ell, a n d t his o pti o n w as e v al u at e d i n t h e s e nsiti vit y a n al y sis t o c h e c k if t h er e is a n i m pr o v e m e nt i n t h e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e

• C o m p ar e a n d c o ntr ast e n vir o n m e nt al p erf or m a n c es of t h e t w o f or m ul ati o ns. T h e o ut c o m es of t his st u d y will pr o vi d e i m p ort a nt d e cisi o n s u p p ort i nf or m ati o n t o p oli c y- m a k ers a n d t h e pr os p e cti v e m a n uf a ct ur er s i n t h e c o m m er ci ali z ati o n p h as e of t h es e n e w bi o c o m p osit e s o n m at eri al s el e cti o n o pti o ns t h at mi ni mi z e e n vir o n m e nt al i m p a cts.

2. 2 S c o p e

2. 2. 1 S y st e m B o u n d ar y

T h e s y st e m b o u n d ari es f or F or m ul a 1 a n d 2 ar e s h o w n i n Fi g ur e 1 a n d 2 r es p e cti v el y. T h e s y st e m b o u n d ar y t a k es i nt o a c c o u nt all t h e e n er g y a n d m at eri al i n p uts i nt o, a n d e n vir o n m e nt al o ut p uts fr o m t h e pr o c ess e s ass o ci at e d wit h t h e m a n uf a ct uri n g of t his bi o c o m p osit e, i n cl u d es r a w m at eri al e xtr a cti o n, i n p ut m a n uf a ct ur e, pr e-tr e at m e nt of i n p uts a n d bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e. W o o d fi br e gr a n ul ati o n a n d i n p ut dr yi n g ar e t h e t w o st e ps i n v ol v e d i n pr e-tr e at m e nt of i n p uts w hil e m a n uf a ct uri n g of t h e bi o c o m p osit e c a n b e s u b di vi d e d i nt o c o m p o u n di n g, gri n di n g, dr yi n g a n d i nj e cti o n m ol di n g. M or e d et ails a b o ut t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g pr o c ess ar e pr o vi d e d i n S e cti o n 3. 1.

A Cr a dl e-t o- G a

Pr oj e ct N o. 2 0 1

Fi g ur e 1

a t e Lif e C y cl e A s s e s

1 0 0 5 0 9 8

S y st e m b o

s s m e nt of a Pr ot ot y p

o u n d ar y fo r

e Bi o c o m p o sit e

F o r m ul ati oo n 1

3 of 2 4

A Cr a dl e-t o- G a

Pr oj e ct N o. 2 0 1

Fi g ur e 2

a t e Lif e C y cl e A s s e s

1 0 0 5 0 9 8

2 S y st e m b o

s s m e nt of a Pr ot ot y p

o u n d ar y fo r

e Bi o c o m p o sit e

F o r m ul ati oo n 2

4 of 2 4


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

5 of 2 4

2. 2. 2 F u n cti o n al/ D e cl ar e d U nit

I n L C A, all t h e pr o c ess i n p uts a n d e n vir o n m e nt al o ut p ut fl o ws wit hi n t h e s y st e m b o u n d ar y ar e n or m ali z e d b as e d o n a u nit s u m m ari zi n g t h e f u n cti o ns of t h e s y st e m i n or d er t o all o w f or c o m p ari s o ns. H o w e v er, i n t his c as e, t h e us e p h as e a n d e n d- of-lif e ar e n ot i n cl u d e d i n t h e s y st e m b o u n d ar y, a n d t h us t h e f u n cti o ns of t h e pr o d u ct s yst e m ar e n ot r el e v a nt t o t h e a n al y sis. As a r es ult, a d e cl ar e d u nit b as e d o n t h e m a n uf a ct uri n g o ut p ut w as us e d t o n or m ali z e t h e fl o ws t o a n d fr o m t h e e n vir o n m e nt. T h e s el e ct e d d e cl ar e d u nit w as “ o n e kil o gr a m of o ut p ut wit h p h ys i c al a n d m e c h a ni c al pr o p erti es s p e cifi e d i n A S T M st a n d ar ds f or c o m p osit es (i. e., A S T M 6 3 8- 1 0, A S T M 2 5 6- 1 0, A S T M 5 7 0- 9 8 r e a p pr o v e d i n 2 0 0 5, A S T M 5 2 2 9/ D 5 2 2 9 M r e a p pr o v e d i n 2 0 0 4, a n d A S T M 5 3 3 8- 9 8 r e a p pr o v e d i n 2 0 0 3) ”. T his u nit all o ws e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e c o m p aris o n of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns as w ell as t h eir r el ati v e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c es a g ai nst n yl o n a n d p ol y pr o p y l e n e c h os e n f or t h e e v al u ati o n. R ef er e n c e fl o w s w er e c al c ul at e d b as e d o n t his d e cl ar e d u nit. S e e S e c ti o n 3 f or m or e d et ails a b o ut t h e c al c ul at e d L CI fl o ws f or t h e t w o f or m ul ati o ns.

2. 2. 3 E x cl u si o n of I n si g nifi c a nt L CI Fl o w s

T h e c ut- off crit eri a st at e d b el o w pr o vi d e d t h e b asis f or t h e e x cl usi o n of t h e i n si g nifi c a nt i n p ut L CI fl o ws:

a) M ass – if a fl o w is l e ss t h a n 1 % of t h e c u m ul ati v e m ass of t h e m o d el fl o ws it m a y b e e x cl u d e d, pr o vi di n g its e n vir o n m e nt al r el e v a n c e is mi n or

b) E n er g y – if a fl o w is l ess t h a n 1 % of t h e c u m ul ati v e e n er g y of t h e s y st e m m o d el it m a y b e e x cl u d e d, pr o vi di n g its e n vir o n m e nt al r el e v a n c e is mi n or

c) E n vir o n m e nt al r el e v a n c e – if a fl o w m e ets t h e a b o v e t w o crit eri a, b ut is d et er mi n e d ( vi a s e c o n d ar y d at a a n al y sis) t o c o ntri b ut e 2 % or m or e t o a pr o d u ct lif e c y cl e i m p a ct c at e g or y, it is i n cl u d e d wit hi n t h e s y st e m b o u n d ar y.

T h e e n vir o n m e nt al i m p a cts fr o m m a n uf a ct ur e a n d i nst all ati o n of c a pit al e q ui p m e nt a n d b uil di n gs h a v e g e n er all y b e e n s h o w n t o b e mi n or r el ati v e t o t h e t hr o u g h p ut of m at eri als a n d c o m p o n e nts o v er t h e us ef ul li v es of t h e b uil di n gs a n d e q ui p m e nt; t h e c a pit al i nfr astr u ct ur e w as al s o e x cl u d e d fr o m t h e s y st e m b o u n d ar y.

2. 3 All o c ati o n of E n vir o n m e nt al I m p a ct s

All o c ati o n of t h e e n vir o n m e nt al b ur d e n of t h e i n p uts e nt eri n g t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g pr o c ess a n d its o ut p uts w er e d o n e i n li n e wit h t h e pri n ci pl es st at e d i n t h e I S O st a n d ar ds f or L C A. T his bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e is a si n gl e o ut p ut pr o c ess, w hi c h is c o m p os e d of 9 8 % of t h e pr o d u ct t h at m e et s t h e s p e cifi e d pr o p erti es ( c all e d “ m ai n pr o d u ct ”) a n d 2 % of d ef e cti v e pr o d u ct c o nsi d er e d as w ast e. T his w ast e c a n eit h er b e i nt er n all y r e c y cl e d wit hi n t h e s y st e m or dis p os e d i n a l a n dfill. I S O st at es t h at e n vir o n m e nt al b ur d e n of a pr o d u ct s y st e m s h o ul d n ot b e all o c at e d t o a w ast e; t h e e n vir o n m e nt al b ur d e n of t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e w as e ntir ely all o c at e d t o t h e m ai n pr o d u ct. H o w e v er, a m o n g t h e pr o c ess i n p uts, w o o d fi br e i n p uts t o t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e is a m ulti-pr o d u ct pr o c ess. T h e st u d y us e d a r e c e nt st u d y c o m pil e d b y t h e At h e n a I nstit ut e f or C a n a di a n s oft w o o d l u m b er1 a s a s e c o n d ar y L CI d at a s o ur c e f or w o o d fi br e, w hi c h all o c at es its e n vir o n m e nt al i m p a cts b as e d o n t h e e c o n o mi c v al u es of s a w n l u m b er a n d its c o- pr o d u c ts. T h e st u d y us e d t h e s a m e all o c ati o n pri n ci pl es a n d f a ct ors i n dr a wi n g t h at d at a. 1 At h e n a I n stit ut e, 2 0 0 9. A Cr a dl e-t o- G at e Lif e C y cle Ass ess m e nt of C a n a di a n S oft w o o d L u m b er. Ott a w a.

htt p:// w w w. at h e n as mi. or g/ p u bli c ati o n s/ d o c s/ CI P E C _ L u m b er _ L C A _ Fi n al _ R e p ort. p df.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

6 of 2 4

2. 4 D at a a n d I niti al D at a Q u alit y R e q uir e m e nt s

First h a n d d at a f or e n er g y c o ns u m pti o n w er e g at h er e d f or l a b s c al e pr o d u cti o n of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns. T h e st u d y als o r e q uir es b a c k gr o u n d L CI d at a f or all t h e e n er g y a n d m at eri al i n p uts t h at ar e us e d i n t h es e pr o c ess e s i n m o d eli n g t h eir e n vir o n m e nt al i m p a cts. O nl y criti c all y r e vi e w e d d at a w er e us e d f or t h e s e c o n d ar y d at a s o ur c es. T h es e d at a w er e ass ur e d t o b e r e pr es e nt ati v e of N ort h A m eri c a i n t er ms of t h e g eo gr a p hi c a n d t e c h n ol o gi c al c o v er a g e a n d of a r e c e nt vi nt a g e, i. e., l ess t h a n t e n y e ars ol d. A n y d e vi at i o ns fr o m t h es e i niti al d at a q u alit y r e q uir e m e nts f or s e c o n d ar y d at a ar e d o c u m e nt e d t hr o u g h o ut t h e r e p ort.

2. 5 B a c k gr o u n d D at a S o ur c e s f or E n er g y a n d A n cill ar y M at eri al I n p ut s

T h e st u d y r eli e d m ai nl y o n t w o L CI d at a s o ur c es i n m o d eli n g t h e e n vir o n m e nt al i m p a ct s of t h e e n er g y a n d m at eri al i n p uts us e d i n t h e m a n uf a ct ur e of t h e bi o c o m p os ot e: t h e U S L CI d at a b as e (w w w. nr el. g o v/l ci ) a n d U S- EI d at a b as e (htt p:// w w w. e art hs hift. c o m/ U S- EI % 2 0li br ar y. p df ). T h e U S L CI d at a is fr e e a n d p u bli cl y a v ail a bl e a n d of a r e c e nt vi nt a g e (l ess t h a n t e n y e ars ol d). It off ers b ot h a hi g h d e gr e e of tr a ns p ar e n c y a n d a n a bilit y t o r e pli c at e t h e r es ults of t h e st u d y. T h e U S- EI d at a b as e, w hi c h is b as e d o n t h e U S L CI d at a b as e b ut wit h e c oi n v e nt d at a t o fill t h e U S L CI d at a g a ps, w as als o utili z e d. T h e e c oi n v e nt d at a b as e ( v er si o n 2. 0 1) is a E ur o p e a n d at a b as e t h at c o nt ai ns 3, 9 5 2 u nit pr o c ess e s (htt p:// w w w. e c oi n v e nt. c h/ ). Pr o c ess e s m o d el e d wit h e c oi n v e nt d at a h a v e b e e n m o difi e d t o b e m or e r e pr es e nt ati v e of N ort h A m eri c a n pr a cti c es b y r e pl a ci n g E ur o p e a n el e ctri cit y wit h U S el e ctri cit y.

3 I n v e nt or y A n al y si s T his s e cti o n pr es e nts t h e d et ails o n t h e n or m ali z e d fl o w d at a f or e n er g y a n d m at eri al i n p uts t o t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g pr o c ess a n d t h e b a c k gr o u n d d at a s o ur c es us e d t o m o d el t h e e n vir o n m e nt al b ur d e n of r a w m at eri al e xtr a cti o n a n d i n p ut m a n uf a ct ur e.

3. 1 M a n uf a ct uri n g O v er vi e w

T h e t w o bi o c o m p ost e f or m ul ati o ns w er e m a n uf a ct ur e d t hr o u g h e xtr usi o n at 1 8 0 t o 1 9 0 o C. Pri or t o e xtr usi o n, w o o d fi br es w er e p ell eti z e d, t h e n p ell eti z e d w o o d fi br es w er e dri e d wit h t h e bi o p ol y m ers i n t h e o v e n at 1 0 0º C a n d 6 0º C, r es p e cti v el y, o v er ni g ht. T h e dri e d p ell ets w er e m o ul d e d i nt o s p e cifi c s h a p es f or t esti n g t h eir m e c h a ni c al p erf or m a n c e usi n g a n i nj e cti o n m o ul di n g m a c hi n e. T h e pr o c essi n g t e m p er at ur e w as b et w e e n 1 6 0 ° C a n d 1 8 0 ° C.

3. 2 L CI f or Bi o c o m p o sit e M a n uf a ct uri n g

T a bl e 1 pr es e nts t h e L CI fl o ws f or t h e m a n uf a ct ur e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns at t h e l a b s c al e. T h e diff er e n c e b et w e e n t h e t w o f or m ul ati o ns is b ot h P L A a n d T P S ar e us e d as bi o p ol y m ers i n F or m ul ati o n 1, w hil e F or m ul ati o n 2 c o nt ail e d P L A as t h e o nl y bi o p ol y m er s o ur c e. T his bi o c o m p osit e c o ns u m es a b o ut 3 1 MJ of e n er g y i n t ot al f or t h e l a b s c al e m a n uf a ct ur e t h at w as m et fr o m t h e pr o vi n ci al el e ctri cit y gri d i n Q u e b e c. A m o n g t h e pr o c ess es i n v ol v e d i n t h e m a n uf a ct ur e, c o m p o u n di n g is t h e m o st e n er g y i nt e nsi v e pr o c ess as it c o ns u m es a b o ut 6 6 % of t h e t ot al e n er g y d e m a n d. El e ctri cit y h as b e e n us e d f or b ot h r a w m at eri al pr o c essi n g a n d c o m p o u n d e d m at eri al dr yi n g t h at r e q uir e h e at e n er g y, w hi c h c o ul d h a v e ot h er wis e b e e n m et fr o m s o ur c es li k e st e a m. Pr e-st e a mi n g of w o o d c hi ps pri or t o gri n di n g c o ns u m es


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

7 of 2 4

a mi n or a m o u nt of st e a m, s o it w as n ot t a k e n i nt o a c c o u nt f or cr e ati n g t his i n v e nt or y. As st at e d e arli er, t his is a si n gl e o ut p ut pr o c ess, b ut it g e n er at es a b o ut 2 % of d ef e cti v e pr o d u ct, w hi c h is w ast e t h at c o ul d eit h er b e dis p os e d of or r e c y cl e d i nt er n all y. T h er e c o ul d b e f u giti v e e missi o ns fr o m m at eri al pr o c essi n g, c o m p o u n di n g, a n d dr yi n g, w hi c h w er e n ot tr a c k e d d uri n g t h e l a b s c al e m a n uf a ct ur e. T a bl e 1 L CI fl o ws f or t h e m a n uf a ct ur e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns

I n p ut U nit Q u a ntit y p e r d e cl a r e d u nit

F o r m ul ati o n 1 F o r m ul ati o n 2 M at eri als

W o o d fi br e ( M D F wit h 5- 8 % m oist ur e c o nt e nt) k g 0. 3 0 0. 3 0 P L A k g 0. 3 5 0. 7 0 T P S k g 0. 3 5 -

E n er g y *

El e ctri cit y

R a w m at eri al pr o c essi n g - M D F fi br e pr e p ar ati o n k W h 0. 0 7 5 ( 0. 2 7) 0. 0 7 5 ( 0. 2 7) - fi br e gr a n ul ati o n k W h 0. 1 1 ( 0. 4 0) 0. 1 1 ( 0. 4 0) - dr yi n g k W h 0. 6 7 ( 2. 4 1) 0. 6 7 ( 2. 4 1)

T ot al k W h 0. 7 8 ( 2. 8 1) 0. 7 8 ( 2. 8 1) Bi o c o m p o sit e m a n uf a ct ur e

- c o m p o u n di n g k W h 5. 5 9 ( 2 0. 1 2) 5. 5 9 ( 2 0. 1 2) - gri n di n g k W h 0. 2 5 ( 0. 9 0) 0. 2 5 ( 0. 9 0) - dr yi n g k W h 0. 5 2 ( 1. 8 7) 0. 5 2 ( 1. 8 7) - i nj e cti o n m ol di n g k W h 1. 3 5 ( 4. 8 6) 1. 3 5 ( 4. 8 6)

T ot al k W h 7. 7 1 ( 2 7. 7 5) 7. 7 1 ( 2 7. 7 5) T ot al e n er g y k W h 8. 5 7 ( 3 0. 8 5) 8. 5 7 ( 3 0. 8 5)

E missi o ns

S oli d w ast e k g 0. 0 2 0. 0 2

N ot e: * E n er g y c o ns u m pti o n i n MJ is s h o w n i n p ar e nt h es es.

3. 3 M at eri al Tr a n s p ort

M at eri al tr a n s p ort i n cl u d es tr a ns p ort of r a w m at eri al s t o t h e f a cilit y a n d w ast e t o a l a n dfill. T h e tr a ns p ort dist a n c es ar e s h o w n i n T a bl e 2. N at ur e w or ks L L C w as t h e s u p pli er of P L A, a n d t h e dist a n c e fr o m its m a n uf a ct uri n g f a cilit y l o c at e d i n N e br as k a, U S t o Q u e b e c w as t a k e n i nt o a c c o u nt i n m o d eli n g t h e e n vir o n m e nt al i m p a cts of r a w m at eri al tr a ns p ort ati o n. M ai z e st ar c h a n d gl y c eri n w er e a ss u m e d t o b e r e c ei v e d fr o m l o c al s u p pli ers i n M o ntr e al. T h e dist a n c e fr o m B o u c h er vill e, Q u e b e c t o a n e ar b y l a n dfill ( e. g., L a c h e n ai e L a n dfill i n T err e b o n n e, Q u e b e c) w as t a k e n i nt o a c c o u nt i n or d er t o m o d el w ast e d eli v er y t o a l a n dfill. Di es el c o m bi n ati o n tr u c ks w er e t h e m o d e of tr a ns p ort us e d i n cr e ati n g m o d els as it is t h e c o m m o n m o d e of r o a d tr a ns p ort us e d f or b ul k tr a ns p ort of m at eri als.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

8 of 2 4

T a bl e 2 R a w m at eri al a n d w ast e tr a ns p ort ati o n dist a n c es

I n p ut/ w ast e U nit Dist a n c e

W o o d fi br e ( M D F) k m 2 6 0 * P L A k m 2 1 0 0 M ai z e st ar c h k m 1 0 Gl y c eri n k m 1 0 W ast e ( d ef e cti v e pr o d u ct) k m 3 2

S o ur c e: * At h e n a I nstit ut e, 2 0 0 9. A Cr a dl e-t o- G at e Li f e C y cl e Ass ess m e nt of C a n a di a n M e di u m D e nsit y Fi br e B o ar d. Ott a w a.

3. 4 B a c k gr o u n d L CI D at a S o ur c e s

T h e s e c o n d ar y L CI d at a s o ur c es us e d t o m o d el t h e i n p ut a n d el e ctri cit y f or t h e l a b s c al e m a n uf a ct ur e ar e s h o w n i n T a bl e 3. B ot h At h e n a r e p orts a n d i n- h o us e d at a o n h ar d w o o d h ar v esti n g a n d l u m b er m a n uf a ct ur e c o nt ai n t h e m o st r e c e nt C a n a di a n d at a f o r cr a dl e-t o- g at e w o o d fi br e, a n d h e n c e, t h e st u d y us e d t his d at a t o m o d el t h e e n vir o n m e nt al i m p a cts of w o o d fi br e i n p uts t o t h e pr o c ess. P L A is r e c ei v e d fr o m N at ur e w or k L L C, a c o m p a n y l o c at e d i n t h e U S, a n d t h e U S- EI d at a b as e c o nt ai ns r e pr es e nt ati v e d at a f or t his p arti c ul ar m a n uf a ct ur er. T h e st u d y us e d t h e d at a a v ail a bl e i n U S- EI f or m ai z e st ar c h a n d gl y c eri n r es p e cti v el y, w hi c h ar e us e d t o pr e p ar e T P S. E n vir o n m e nt al i m p a cts fr o m l a n dfilli n g m a n uf a ct uri n g w ast e ( d ef e cti v e pr o d u ct) w er e m o d el e d wit h t h e U S- EI d at a o n dis p os al of w o o d w ast e i n a s a n it ar y l a n dfill, b as e d o n t h e ass u m pti o n t h at t his bi o c o m p osit e d e c o m p os es li k e s oli d w o o d i n a l a n dfill. T his U S EI d at a pr ofil e w as m o difi e d wit h t h e esti m at e d p ot e nti al gr e e n h o us e g as ( G H G) e missi o ns fr o m t h e bi o c o m p osit e d e c o m p ositi o n a n d t h e r el e v a nt el e ctri cit y gri ds ( Q u e b e c el e ctri cit y) a v ail a bl e i n t h e At h e n a el e ctri cit y d at a i n or d er t o m a k e t h at d at a r e pr es e nt ati v e t o t his p arti c ul ar sit u ati o n. A c c o r di n g t o S k o g K. ( 2 0 0 8), a b o ut 2 3 % of s oli d w o o d d e c o m p os es i n l a n dfills 2 . T his r e c e nt esti m at e w a s us e d t o g et h er wit h t h e c ar b o n c o nt e nt of t h e m at eri al i n p uts i n or d er t o esti m at e t h e p ot e nti al G H G e mis si o ns ( c ar b o n di o xi d e a n d m et h a n e) fr o m d e c a yi n g bi o c o m psit e i n l a n dfills.

2 S e e S k o g, K. 2 0 0 8. S e q u estr ati o n of c ar b o n i n h ar v est e d w o o d pr o d u cts f or t h e U nit e d St at es. F or est Pr o d u cts

J o ur n al. 5 8: 5 6- 7 2.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

9 of 2 4

T a bl e 3 S e c o n d ar y L CI d at a s o ur c es

I n p ut/ p r o c ess D at a s o u r c es C o m m e nts

W o o d fi br e ( M D F) At h e n a L C A r e p orts o n C a n a di a n s oft w o o d l u m b er a n d M D F a n d i n-h o us e d at a o n h ar d w o o d l u m b er 3

M ost r e c e nt r e pr es e nt ati v e d at a

P L A U S- EI R e pr es e nt ati v e d at a T P S M ai z e st ar c h U S- EI El e ctri c it y gri ds c h a n g e d t o r e pr es e nt

cir c u mst a n c es i n Q u e b e c Gl y c eri n U S- EI El e ctri cit y gri ds c h a n g e d t o r e pr es e nt

cir c u mst a n c es i n Q u e b e c El e ctri cit y At h e n a el e ctri cit y d at a R e pr es e nt ati v e d at a L a n dfilli n g U S- EI El e ctri cit y gri ds c h a n g e d t o r e pr es e nt

cir c u mst a n c es i n Q u e b e c M at eri al tr a n s p ort U S- EI N ort h A m eri c a n tr u c k tr a n s p ort d at a

4 I m p a ct A s s e s s m e nt

4. 1 L CI A M et h o d ol o g y

T h e f oll o wi n g i m p a ct c at e g ori es w e r e s el e ct e d i n a c c or d a n c e wit h t h e g ui d eli n es st at e d i n I S O 2 1 9 3 04 f or b uil di n g m at eri als:

• Cli m at e c h a n g e ( gr e e n h o us e g as es) • D e pl eti o n of t h e str at os p h eri c o z o n e l a y er • A ci difi c ati o n of l a n d a n d w at er s o ur c es • E utr o p hi c ati o n • F or m ati o n of tr o p os p h eri c o z o n e ( p h ot o c h e mi c al o xi d a nts).

All t h e s el e ct e d i m p a ct i n di c at ors w er e mi d- p oi nt m e as ur es. U nli k e e n d- p oi nt m e as ur es, mi d- p oi nt m e a s ur es pr e v e nt t h e u n c ert ai nt y ass o ci at e d wit h m o d eli n g fi n al eff e cts of e mi ssi o n s. Mi d- p oi nt i n di c at ors ar e i nst e a d si m pl y r el ati v e r a n ki n gs b as e d o n e q ui v al e n c e t o k n o w n i m p a ct- c a usi n g s u bst a n c es. I n a d diti o n t o t h es e i n di c at ors, I S O 2 1 9 3 0 r e q uir es t h e a c c o u nti n g of n o n-r e n e w a bl e a n d r e n e w a bl e pri m ar y e n er g y us e, n o n-r e n e w a bl e a n d r e n e w a bl e m at eri al r es o ur c es, a n d fr es h w at er c o ns u m pti o n. Att e nti o n w as gi v e n t o t h os e a d diti o n al r e q uir e m e nts w h e n cr e ati n g t h e L CIs. B e c a us e of t h e N ort h A m eri c a n f o c us of t his L C A st u d y a n d t h e i m p a ct c at e g ori es r e q uir e d b y I S O 2 1 9 3 0, t h e U. S. E n vir o n m e nt al Pr ot e cti o n A g e n c y’s T R A CI 5 ( T o ol f or t h e R e d u cti o n a n d Ass ess m e nt of C h e mi c al a n d ot h er e n vir o n m e nt al I m p a cts) L CI A m et h o d w as us e d t o c h ar a ct eri z e t h e L CI fl o ws. T h e gl o b al w ar mi n g c at e g or y i n T R A CI w as e x p a n d e d t o i n cl u d e c ar b o n s e q u estr ati o n b y f or ests b y a d di n g

3 At h e n a I n stit ut e, 2 0 0 9. A Cr a dl e-t o- G at e Lif e C y cle Ass ess m e nt of C a n a di a n S oft w o o d L u m b er. Ott a w a.

htt p:// w w w. at h e n as mi. or g/ p u bli c ati o n s/ d o c s/ CI P E C _ L u m b er _ L C A _ Fi n al _ R e p ort. p df.

At h e n a I n stit ut e, 2 0 0 9. A Cr a dl e-t o- G at e Lif e C y cl e Ass ess m e nt of C a n a di a n M e di u m D e n sit y Fi b er B o ar d. Ott a w a. htt p:// w w w. at h e n as mi. or g/ p u bli c ati o n s/ d o cs/ CI P E C _ C a n a di a n _ M D F _ L C A _fi n al _r e p ort. p df.

4 I S O 2 1 9 3 0: 2 0 0 7, S u st ai n a bilit y i n B uil di n g C o n str u cti o n – E n vir o n m e nt al D e cl a r ati o n of B uil di n g Pr o d u cts

5 htt p:// w w w. e p a. g o v/ nr mrl/st d/s a b/tr a ci/


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 0 of 2 4

c ar b o n di o xi d e fr o m air as a n e g ati v e e missi o n t o c o nf or m t o t h e I P C C 2 0 0 7 i m p a ct ass ess m e nt m et h o d 6 . T h e c ar b o n c o nt e nt d at a a v ail a bl e i n t h e p u blis h e d lit er a t ur e f or h ar d w o o d s p e ci es, a n d t h e m ass r ati o of C O 2 t o C, 4 4/ 1 2, w er e us e d t o m o d el c ar b o n di o xi d e u pt a k e. Alt h o u g h t h e T R A CI m et h o d s u p p orts f ossil f u el d e pl eti o n ( o n a gl o b al s c al e) it d o es n ot r e a dil y r e p ort pri m ar y e n er g y us e as a n i m p a ct c at e g or y. T h er ef or e, T R A CI w as c o m bi n e d wit h a E ur o p e a n- b as e d m et h o d c all e d “ C u m ul ati v e E n er g y D e m a n d ” ( C E D), a n L CI A m et h o d d e v el o p e d b y E c oi n v e nt 7 . It c o nt ai ns t h e n e c ess ar y L CI i n di c at ors o n diff er e nt s o ur c es of e n er g y us e i n cl u di n g f ossil f u el. C E D is t h e s u m of all e n er g y s o ur c es dr a w n dir e ctl y fr o m t h e e art h, s u c h as n at ur al g as, oil, c o al, bi o m ass or h y dr o p o w er e n er g y. T h e t ot al pri m ar y e n er g y c o nt ai ns f urt h er c at e g ori es, n a m el y n o n-r e n e w a bl e a n d r e n e w a bl e e n er g y, a n d f e e dst o c k e n er g y. All s u bst an c es t h at ar e c h ar a ct eri z e d b y t h es e m et h o ds w er e i n cl u d e d i n t h e L CI A pr o c e d ur e. Si m a Pr o v 7. 2. 3 w as t h e s oft w ar e us e d t o g e n er at e L CI A r es ults f or t his cr a dl e-t o- g at e bi o c o m p osit e s st u d y. Wit hi n Si m a Pr o all pr o c ess d at a, i n cl u di n g i n p uts (r a w m at eri als, e n er g y a n d a n cill ar y m at eri al us e) a n d o ut p uts ( e missi o n s a n d pr o d u cti o n v ol u m e s), w er e c o nsi d er e d a n d m o d el e d t o r e pr es e nt e a c h u nit pr o c ess.

4. 2 L CI A R e s ult s

4. 2. 1 C o ntri b uti o n A n al y si s

Bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n 1

L CI A r es ults of t h e c o ntri b uti o n a n al ysis p erf or m e d f or F or m ul ati o n 1 ar e s h o w n i n T a bl e 4. T his bi o c o m p osit e f or m ul ati o n us es a b o ut 6 6 MJ of t o t al e n er g y f or t h e cr a dl e-t o- g at e bi o c o m p osit e pr o d u cti o n t h at i n cl u d es u pstr e a m e n er g y a n d m at eri al i n p ut pr o d u cti o n pr o c ess es ( cr a dl e) a n d g at e-t o-g at e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e. A p pr o xi m at el y 5 0 % of t his e n er g y is us e d d uri n g g at e-t o- g at e bi o c o m p osit e pr o d u cti o n pr o c ess es: 4 5 % f or t h e pr o c essi n g of r a w m at eri al e nt eri n g t h e pr o d u cti o n a n d 5 % f or t h e m a n uf a ct uri n g of t h e bi o c o m p osit e. As f a r as m at eri al i n p uts ar e c o n c er n e d, u pstr e a m P L A a n d T P S pr o d u cti o n pr o c ess es ar e r es p o nsi bl e f or 3 3 % a n d 1 5 % of t h e t ot al e n er g y us e r es p e cti v el y. E n er g y c o ns u m pti o n f or i n p ut d eli v er y t o a f a cilit y is s m all, l ess t h a n 3 %. T h e el e ctri cit y us e f or g at e-t o- g at e bi o c o m p osit e pr o d u cti o n c a us es a b o ut 1 2 % of gl o b al w ar mi n g i m p a cts a n d its c o ntri b uti o n t o ot h er e n vir o n m e nt al i m p a ct s w as f o u n d t o b e mi n or. As f ar as gl o b al w ar mi n g i m p a cts of t h e m at eri al i n p uts ar e c o n c er n e d, atm o s p h eri c c ar b o n s e q u est er e d i n w o o d fi br e, P L A a n d T P S e x c e e ds t h e lif e c y cl e c ar b o n e mi ssi o ns fr o m t h e cr a dl e-t o- g at e bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e. As a c o ns e q u e n c e, t h eir n et C O 2 i m p a ct s b e c o m e a n e g ati v e n u m b er as t he a m o u nt of c ar b o n s e q u est er e d i n t h e pl a nt- b as e d m at eri als e x c e e ds t h e lif e c y cl e c ar b o n e missi o ns fr o m m a n uf a ct ur e. I n t h e c o ntri b uti o n a n al y sis, t h o u g h e n er g y c o ns u m pti o n f or tr a ns p ort is mi n or, c o ntri b uti o ns fr o m P L A tr a ns p ort t o w ar d s gl o b al w ar mi n g w er e f o u n d t o b e t h e m ai n c o ntri b uti n g f a ct or as a r es ult of tr a n s p orti n g t his bi o p ol y m er fr o m a f ar a w a y s o ur c e. I n a d diti o n, t his l o n g- dist a n c e P L A tr a ns p ort ati o n s u bst a nti all y c o ntri b ut es t o w ar ds a ci difi c ati o n a n d s m o g eff e ct s as w ell. U pstr e a m P L A pr o d u cti o n c a us es m or e e utr o p hi c ati o n, c ar ci n o g e ni c a n d n o n- c ar ci n o g e ni c i m p a cts a n d m u c h hi g h er o z o n e d e pl eti o n eff e cts t h a n T P S, w hil e T P S a c c o u nts f or a b o ut o n e- h alf of t h e a ci difi c ati o n, r es pir at or y, e c ot o xi cit y a n d s m o g i m p a cts. Lif e c y cl e e n vir o n m e nt al i m p a ct c o ntri b uti o ns fr o m w o o d fi br e a n d l a n dfilli n g of m a n uf a ct uri n g w ast e ar e mi n or.

6 S e e G o e d k o o p, M ar k, et. al. 2 0 0 8. Si m a Pr o 7 D at a b as e M a n u al: M et h o ds Li br ar y. P R é C o ns ult a nts, t h e N et h erl a n ds.

7 S e e Fris c h k n e c ht R., J u n g bl ut h N., et. al. ( 2 0 0 3). I m pl e m e nt a ti o n of Lif e C y cl e I m p a ct Ass ess m e nt M et h o ds . Fi n al r e p ort e c oi n v e nt 2 0 0 0, S wiss C e ntr e f or L CI. D u e b e n d orf, C H, htt p:\\ w w w. e c oi n v e nt. c h


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 1 of 2 4

Bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n 2

T a bl e 5 pr es e nts t h e r e s ults of t h e c o ntri b uti o n a n al y sis p erf or m e d f or t h e F or m ul ati o n 2. T his f or m ul ati o n c o ns u m es a p pr o xi m at el y 7 9 MJ of e n er g y p er kil o gr a m of bi o c o m p osit e o n a lif e c y cl e b asis. M or e t h a n 5 5 % of t his e n er g y is us e d d uri n g u p str e a m P L A pr o d u cti o n w hil e g at e-t o- g at e bi o c o m p osit e pr o d u cti o n c o ns u m es a b o ut 4 1 % of t h e t ot al e n er g y us e. E n er g y c o ns u m pti o n d uri n g w o o d fi br e m a n uf a ct uri n g, tr a ns p ort, a n d l a n dfilli n g ar e mi n or. As f ar as e n vir o n m e nt al i m p a cts ar e c o n c er n e d, l o n g- dist a n c e tr a ns p ort of P L A fr o m its f ar a w a y s o ur c e m o stl y c o ntri b ut e d t o gl o b al w ar mi n g. T his l o n g P L A d eli v er y t o t h e bi o c o m p o sit e m a n uf a ct uri n g f a c ilit y als o c a us es si g nifi c a nt c o ntri b uti o ns t o w ar ds a ci difi c ati o n, r es pir at or y a n d s m o g i m p a ct c at e g ori es. P L A is als o r es p o nsi bl e f or 6 8 t o 9 9 % of t h e e n vir o n m e nt al i m p a cts i n t h e s el e ct e d ot h er i m p a ct i n di c at ors. C o ntri b uti o ns fr o m w o o d fi br e a n d its d eli v er y w er e f o u n d t o b e mi n or. L a n dfilli n g of t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g w ast e c o ntri b ut e d c o nsi d er a bl y t o w ar ds gl o b al w ar mi n g a n d n o n- c ar ci n o g e ni c eff e cts.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 2 of 2 4

T a bl e 4 R es ults of c o ntri b uti o n a n al ysis p erf or m e d f or bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 1 – p er k g of bi o c o m p osit e

I m p a ct c at e g o r y

U nit

T ot al I m p a ct

C o nt ri b uti o n %

W o o d Fi b r e

P L A

T P S

I n p ut T r a ns p o rt El e ct ri cit y – i n p ut p r o c e ssi n g

El e ct ri cit y – bi o c o m p osit e m a n uf a ct u r e

L a n dfilli n g

P L A

T P S

W o o d fi b r e

Gl o b al w ar mi n g k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 1 4 4. 4 1 - 5. 1 3 9. 8 0 1 7. 1 1 < 1 1. 9 4 1. 1 2 1 0. 9 3 8. 5 6 A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 6 1. 2 6 3 5. 2 6 5 2. 3 8 6. 3 7 < 1 < 1 < 1 3. 5 8 < 1C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 1 5 E- 0 3 < 1 5 9. 7 4 2 7. 4 8 1. 9 9 < 1 < 1 < 1 3. 4 4 6. 4 6 N o n-c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 0. 5 0

< 1 3 9. 3 9 2 7. 7 7 4. 5 7

< 1 < 1 < 1 4. 0 7 2 2. 5 9

R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 6. 6 8 E- 0 4

< 1 3 6. 8 1 5 2. 9 6 3. 9 6

< 1 < 1 < 14. 3 9

< 1

E utr o p hi c ati o n k g N e q 9. 2 0 E- 0 3 < 1 5 8. 3 8 4 0. 6 5 0. 2 4 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 0 4 E- 0 7 < 1 8 1. 9 0 1 8. 0 5 0. 0 0 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 4 3 < 1 3 9. 6 4 5 2. 6 0 3. 1 1 < 1 < 1 < 1 3. 4 1 < 1 S m o g g N O x e q 3. 4 0 E- 0 3 2. 7 6 2 7. 3 8 5 0. 7 8 1 4. 1 1 < 1 1. 6 0 < 1 2. 8 5 < 1T ot al e n er g y MJ e q 6 5. 4 7 < 1 3 3. 2 4 1 5. 0 1 1. 4 5 < 1 < 1 4. 6 1 4 4. 8 3 < 1N o n-r e n e w a bl e, f ossil MJ e q 1 6. 9 3

< 15 9. 5 7 2 9. 2 6 5. 6 0

< 1 < 1 < 13. 8 6

< 1

N o n-r e n e w a bl e, n u cl e ar MJ e q 0. 1 8

< 17 9. 3 0 2 0. 6 0

< 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1

R e n e w a bl e, bi o m ass MJ e q 1 3. 3 7

< 16 5. 5 0 3 4. 4 0

< 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1

R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 4. 9 9 < 1 7. 9 3 0. 6 8 < 1 < 1 < 1 8. 4 4 8 2. 0 1 < 1


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 3 of 2 4

T a bl e 5 R es ults of c o ntri b uti o n a n al ysis p erf or m e d f or bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 2 – p er k g of bi o c o m p osit e

I m p a ct c at e g o r y

U nit

T ot al I m p a ct

C o nt ri b uti o n %

W o o d Fi b r e

P L A

I n p ut T r a ns p o rt El e ct ri cit y – i n p ut

p r o c e ssi n g

El e ct ri cit y – bi o c o m p osit e

m a n uf a ct u ri n g

L a n dfilli n g P L A

W o o d fi b r e

Gl o b al w ar mi n g k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 1 4 5. 0 4 - 1 0. 3 2 3 4. 4 0 1. 9 5 1. 1 3 1 0. 9 9 6. 8 9 A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 2 1. 5 2 7 8. 9 6 1 4. 2 7 < 1 < 1 4. 0 1 < 1C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 5 4 E- 0 3 < 1 8 9. 0 3 2. 9 6 < 1 < 1 2. 5 6 4. 8 2 N o n-c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 2. 1 8 < 1 6 7. 9 0 7. 8 8

< 1 < 1 3. 5 1 1 9. 4 7

R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 5. 8 7 E - 0 4 1. 1 6 8 3. 7 8 9. 0 2

< 1 < 14. 9 9

< 1

E utr o p hi c ati o n k g N e q 1. 0 9 E- 0 2 < 1 9 8. 9 7 0. 4 1 < 1 < 1 < 1 < 1O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 7 0 E- 0 7 < 1 9 9. 9 7 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 3 9 < 1 8 7. 9 6 6. 9 0 < 1 < 1 3. 7 9 < 1 S m o g g N O x e q 3. 0 9 E- 0 3 3. 2 8 6 0. 2 8 3 1. 0 7 1. 7 6 < 1 3. 1 4 < 1 T ot al e n er g y MJ e q 7 8. 3 8 < 1 5 5. 5 2 2. 4 2 < 1 3. 8 5 3 7. 4 4 < 1 F ossil MJ e q 2 3. 0 1 < 1 8 7. 6 4 8. 2 4 0. 4 7 < 1 2. 8 4 < 1 N u cl e ar MJ e q 0. 2 9 < 1 9 9. 9 3 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1Bi o m ass MJ e q 1 7. 5 2 < 1 9 9. 9 2 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 7. 5 5 < 1 1 4. 7 8 < 1 < 1 7. 8 6 7 6. 4 0 < 1


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 4 of 2 4

4. 2. 2 C o m p ar ati v e L CI A of t h e T w o Bi o c o m p o sit e F or m ul ati o n s

R es ults of t h e c o m p ar ati v e L CI A p erf or m e d f or t h e t w o bi o c o m p o sit e f or m ul ati o ns ar e pr es e nt e d i n T a bl e 6 a n d Fi g ur e 3 o n a n a bs ol ut e v al u e a n d p er c e nt a g e b asis, r es p e cti v el y. F or m ul ati o n 2 c o ns u m e d a b o ut 1 3 MJ m or e t ot al e n er g y a n d 6 MJ of n o n-r e n e w a bl e f o ssil f u el t h a n F or m ul ati o n 2 o n a lif e c y cl e b asis. F or m ul ati o n 1 p erf or m e d b ett er i n t h e o z o n e d e pl et i o n a n d n o n- c ar ci n o g e ni c i m p a ct c at e g ori es as w ell. B ot h f or m ul ati o ns h a d t h e s a m e a m o u nt of n et c ar b o n b e n efits w h e n a c c o u nti n g f or t h e a m o u nt of c ar b o n s e q u est er e d i n t h e pl a nt- b as e d m at eri al i n p uts, i. e., w o o d fi br e, P L A a n d T P S. E utr o p hi c ati o n, a ci difi c ati o n, c ar ci n o g e ni c, r es pir at or y, e c ot o xi cit y a n d s m o g i m p a cts of t h e t w o f or m ul ati o ns w er e m or e or l ess t h e s a m e. T a bl e 6 C o m p ar ati v e L CI A r es ults of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns p er d e cl ar e d/ F U –

a bs ol ut e v al u e b asis

I m p a ct c at e g o r y U nit F o r m ul ati o n 1 F o r m ul ati o n 2

Gl o b al w ar mi n g

Gr oss k g C O 2 e q 1. 4 3 1. 6 3 N et * k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 0. 4 1

A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 6 0. 3 2 C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 1 5 E- 0 3 1. 5 4 E- 0 3 N o n- c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 0. 5 0 1 2. 1 8 R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 6. 6 8 E- 0 4 5. 8 7 E- 0 4 E utr o p hi c ati o n k g N e q 9. 2 0 E- 0 3 1. 0 9 E- 0 2 O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 0 4 E- 0 7 1. 7 0 E- 0 7 E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 4 3 0. 3 9 S m o g g N O x e q 3. 4 0 E- 0 3 3. 0 9 E- 0 3 T ot al e n er g y MJ e q 6 5. 4 7 7 8. 3 8 N o n-r e n e w a bl e, f o ssil MJ e q 1 6. 9 3 2 3. 0 1 N o n-r e n e w a bl e, n u cl e ar MJ e q 0. 1 8 0. 2 9 R e n e w a bl e, bi o m ass MJ e q 1 3. 3 7 1 7. 5 2 R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 4. 9 9 3 7. 5 5

N ot e: * o bt ai n e d b y s u btr a cti n g C s e q u est er e d i n or g a ni c i n p uts ( e. g., w o o d fi br e, P L A, T P S) fr o m

e missi o ns fr o m r a w m at eri al a n d pr o d u ct m a n uf a ct ur e


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 5 of 2 4

Fi g ur e 3 C o m p ar ati v e L CI A r es ults of t h e t w o f or m ati o ns o n a p er c e nt b asis

4. 2. 3 E n vir o n m e nt al P erf or m a n c e a g ai n st N yl o n a n d P ol y pr o p yl e n e

Lif e c y cl e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e s of t h e t w o f or m ul ati o ns w er e c o m p ar e d wit h t h e p etr ol e u m- b a s e d pl asti c d at a a v ail a bl e i n t h e U S EI a n d U S L CI d at a b as es f or n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e. L CI A r es ults of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns a gai nst p etr ol e u m- b as e d pl asti c s ar e s h o w n i n T a bl e 7 a n d Fi g ur e 4 o n a n a bs ol ut e a n d p er c e nt a g e b asis, r e s p e cti v el y. B ot h n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e c o ns u m e si g nifi c a ntl y hi g h er a m o u nts of e n er g y t h a n t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns. O n a lif e c y cl e b asis, a b o ut 8 0 t o 9 1 or 3 7 t o 4 8 MJ of n o n-r e n e w a bl e f ossil e n er g y c a n b e dis pl a c e d b y s u bstit uti n g bi o c o m p osit es f or p etr ol e u m- b as e d pl asti cs. T h e t w o f or m ul ati o ns p erf or m e d b ett er t h a n p ol y pr o p yl e n e i n all t h e e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es e x c e pt e utr o p hi c ati o n eff e cts. E utr o p hi c ati o n is i m p ort a nt o n a r e gi o n al b asis o nl y. D es pit e t h e mi n or s et b a c k n ot e d i n t h e e utr o p hi c ati o n eff e cts, t h e bi o c o m p osit es, es p e ci all y F or m ul ati o n 1, ar e a v er y g o o d c a n di d at e pr o d u ct t o s u bstit ut e f or p ol y pr o p yl e n e i n c o m b ati n g gl o b al w ar mi n g a n d dis pl a ci n g si g nifi c a nt a m o u nts of f ossil f u el. I n t h e c as e of n yl o n, b ot h f or m ul ati o ns s h o w e d si mil ar p erf or m a n c e, b ut w er e w ors e i n o z o n e d e pl eti o n, a n e n vir o n m e nt al eff e ct of gl o b al c o n c er n.

‐1 0 0.

‐8 0.

‐6 0.

‐4 0.

‐2 0.

0.

2 0.

4 0.

6 0.

8 0.

1 0 0.%

F or m ul ati o n 1 F or m ul ati o n 2


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 6 of 2 4

T a bl e 7 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns a g ai nst n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e – a bs ol ut e v al u es p er d e cl ar e d/ F U

I m p a ct c at e g o r y U nit Bi o c o m p o sit e

F o r m ul ati o n 1

Bi o c o m p o sit e

F o r m ul ati o n 2

N yl o n 6 P ol y p r o p yl e n e

Gl o b al w ar mi n g k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 0. 4 1 9. 1 6 1. 4 5

A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 6 0. 3 2 1. 6 1 1. 5 0

C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 1 5 E- 0 3 1. 5 4 E- 0 3 2. 3 5 E- 0 3 1. 0 7 E- 0 2

N o n- c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 0. 5 0 1 2. 1 8 6 3. 6 6 3 2 5. 0 1

R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 6. 6 8 E- 0 4 5. 8 7 E- 0 4 6. 0 8 E- 0 3 6. 3 9 E- 0 3

E utr o p hi c ati o n k g N e q 9. 2 0 E- 0 3 1. 0 9 E- 0 2 5. 3 0 E- 0 3 6. 0 6 E- 0 4

O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 0 4 E- 0 7 1. 7 0 E- 0 7 4. 6 4 E- 1 0 2. 2 0 E- 0 7

E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 4 3 0. 3 9 2. 3 7 2. 8 3

S m o g g N O x e q 3. 4 0 E- 0 3 3. 0 9 E- 0 3 1. 8 9 E- 0 2 3. 9 5 E- 0 3

T ot al e n er g y MJ e q 3 0. 4 8 4 0. 8 3 1 2 1. 5 7 7 8. 6 7

N o n-r e n e w a bl e,

f ossil

MJ e q 1 6. 9 3 2 3. 0 1 1 1 3. 2 6 7 8. 6 1

N o n-r e n e w a bl e,

n u cl e ar

MJ e q 0. 1 8 0. 2 9 8. 0 2 0. 0 5

R e n e w a bl e, bi o m ass MJ e q 1 3. 3 7 1 7. 5 2 0. 2 9 0. 0 1

R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 4. 9 9 3 7. 5 5 0. 2 7 0. 1 2


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 7 of 2 4

Fi g ur e 4 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns a g ai nst n yl o n a n d p ol y pr o p yl e n e o n a p er c e nt a g e b asis

5 I nt er pr et ati o n of R e s ult s I n t his s e cti o n, t h e si g nifi c a nt i n p uts a n d pr o c ess es fo u n d i n c o ntri b uti o n a n al ysis w er e f urt h er ass ess e d t o i d e ntif y w a y s t o i m pr o v e t h e p erf or m a n c e of t h e bio c o m p osit e. I n a d diti o n, e n vir o n m e nt al p erf or m a n c es of t h e t w o f or m ul ati o ns ar e r e e v al u at e d a g ai nst t h e p o t e nti al alt er n ati v e e n er g y s o ur c es t h at c o ul d b e us e d d uri n g bi o c o m p osit e m a n uf a ct ur e a n d i nt er n al r e c y cli n g of m a n uf a ct uri n g w ast e. Fi n all y, u n c ert ai nti es s urr o u n di n g t h e missi n g d at a a n d s c al e of m a n uf a ct ur e ar e dis c uss e d t o pr o vi d e c o nt e xt t o t h e c o n cl usi o ns a n d r e c o m m e n d ati o ns.

5. 1 Si g nifi c a nt Pr o c e s s I n p ut s

T h e o nl y t h e diff er e n c e b et w e e n t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o n s is t h at F or m ul ati o n 1 us es b ot h P L A a n d T P S as bi o p ol y m er s o ur c es w hil e F or m ul ati o n 2 r eli es o nl y o n P L A. P L A, as r e v e al e d i n t h e c o ntri b uti o n a n al y sis, is t h e m o st si g nifi c a nt i n p ut i n t er ms of e n vir o n m e nt al b ur d e n. W h e n a c c o u nti n g f or its l o n g- dist a n c e tr a ns p ort fr o m t h e s o ur c e, P L A c a us es m or e e n vir o n m e nt al b ur d e n i n t h e t w o i m p a ct c at e g ori es of hi g h est c o n c er n (i. e., gl o b al w ar mi n g a n d o z o n e d e pl eti o n) t h a n F or m ul ati o n 2. As f o u n d i n t h e c o ntri b uti o n a n al y sis of F or m ul ati o n 1 a n d c o m par ati v e L CI A, c o m bi ni n g P L A t o g et h er wit h T P S ( a

‐2 0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0%

Bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 1 Bi o c o m p osit e F or m ul ati o n 2 N yl o n P ol y pr o p yl e n e


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 8 of 2 4

l o c all y a v ail a bl e p ol y m er s o ur c e) e n a bl es i m pr o v e m e nt of t h e lif e c y cl e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e bi o c o m p osit e i n t h es e t w o m o st i m p ort a nt i m p a ct c at e g ori es.

5. 2 P erf or m a n c e a g ai n st R e c y cli n g of M a n uf a ct uri n g W a st e

L a n dfilli n g w as t h e d ef a ult m a n uf a ct uri n g w ast e dis p o s al pr a cti c e c o nsi d er e d i n b ot h t h e c o ntri b uti o n a n al y sis a n d c o m p ar ati v e L CI A. S e nsiti vit y of t h e s e L CI A r es ults w as t est e d a g ai nst r e c y cli n g of d ef e cti v e pr o d u cts t hr o u g h r e pr o c essi n g t o pr o d u c e bi o c o m p osit e wit hi n t h e s a m e s y st e m. R es ults of t his s e nsiti vit y a n al y sis ar e s h o w n a g ai nst t h e b as e c as e i n T a bl e 8. S e nsiti vit y a n al y sis r es ults i n di c at e t h at s o m e p erf or m a n c e i m pr o v e m e nt c a n b e o bt ai n e d i n t e r ms of t ot al pri m ar y e n erg y us e a n d e n vir o n m e nt al i m p a cts b y r e pr o c essi n g m a n uf a ct uri n g w ast e wit hi n t h e s y st e m. T a bl e 8 E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai nst r e pr o c essi n g of d ef e cti v e pr o d u cts wit hi n t h e

s yst e m I m p a ct c at e g o r y U nit F o r m ul ati o n 1 F o r m ul ati o n 2

B a s e c a s e S e nsiti vit y B a s e c a s e S e nsiti vit y

Gl o b al w ar mi n g k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 0. 4 3 - 0. 4 1 - 0. 4 2 A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 6 0. 3 6 0. 3 2 0. 3 2 C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 1 5 E- 0 3 1. 0 5 E- 0 3 1. 5 4 E- 0 3 1. 4 4 E- 0 3 N o n- c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 0. 5 0 7. 9 8 1 2. 1 8 9. 6 2 R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 6. 6 8 E- 0 4 6. 5 6 E- 0 4 5. 8 7 E- 0 4 5. 7 6 E- 0 4 E utr o p hi c ati o n k g N e q 9. 2 0 E- 0 3 8. 9 6 E- 0 3 1. 0 9 E- 0 2 1. 0 6 E- 0 2 O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 0 4 E- 0 7 1. 0 2 E- 0 7 1. 7 0 E- 0 7 1. 6 6 E- 0 7 E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 4 3 0. 4 2 0. 3 9 0. 3 8 S m o g k g N O x e q 3. 4 0 E- 0 3 3. 3 3 E- 0 3 3. 0 9 E- 0 3 3. 0 2 E- 0 3 T ot al e n er g y MJ e q 6 5. 4 7 6 4. 7 6 7 8. 3 8 7 7. 4 2 N o n-r e n e w a bl e, f o ssil MJ e q 1 6. 9 3 1 6. 6 1 2 3. 0 1 2 2. 5 7 N o n-r e n e w a bl e, n u cl e ar MJ e q 0. 1 8 0. 1 8 0. 2 9 0. 2 9 R e n e w a bl e, bi o m ass MJ e q 1 3. 3 7 1 3. 1 0 1 7. 5 2 1 7. 1 8 R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 4. 9 9 3 4. 8 7 3 7. 5 5 3 7. 3 8

5. 3 P erf or m a n c e a g ai n st U si n g Alt er n ati v e E n er g y f or Dr yi n g

As st at e d i n S e cti o n 3. 2, b ot h w o o d fi br e pr o c essi n g a n d bi o c o m p o sit e m a n uf a ct ur e i n v ol v e s o m e dr yi n g, w hi c h c o ul d b e d o n e wit h c o m m o nl y us e d alt er n ati v e e n er g y s o ur c es li k e w o o d bi of u el. A s e nsiti vit y s c e n ari o w as d e v el o p e d wit h t h e Fr a n kli n d at a f or w o o d b oil ers i n or d er t o c h e c k if a n y i m pr o v e m e nt t o t h e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e c o ul d b e m a d e wit h he at e n er g y g e n er at e d fr o m w o o d f u el b ur ni n g r at h er t h a n usi n g el e ctri cit y f or dr yi n g. R es ults of t his s e n siti vit y a n al ysis ar e s u m m ari z e d i n T a bl e 9. Q u e b e c el e ctri cit y is m o stl y h y dr o a n d s o m e n u cl e ar, a n d h e n c e is us u all y cl e a n. S u bstit uti n g w o o d e n er g y f or Q u e b e c el e ctri cit y d o es n ot m a k e a n y e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e i m pr o v e m e nt t o eit h er bi o c o m p osit e f or m ul ati o n; it w o ul d a ct u all y m a k e t h e r es ults sli g htl y w ors e.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

1 9 of 2 4

T a bl e 9 S e nsiti vit y of b as e c as e r es ults a g ai nst usi n g w o o d e n er g y f or dr yi n g

I m p a ct c at e g o r y U nit F o r m ul ati o n 1 F o r m ul ati o n 2

B a s e c a s e S e nsiti vit y B a s e c a s e S e nsiti vit y

Gl o b al w ar mi n g k g C O 2 e q - 0. 4 1 - 0. 3 7 - 0. 4 1 - 0. 3 7 A ci difi c ati o n H + m ol es e q 0. 3 6 0. 4 6 0. 3 2 0. 4 2 C ar ci n o g e ni cs k g b e n z e n e q 1. 1 5 E- 0 3 1. 9 3 E- 0 3 1. 5 4 E- 0 3 2. 3 1 E- 0 3 N o n- c ar ci n o g e ni cs k g t ol u e n e q 1 0. 5 0 1 3. 7 2 1 2. 1 8 1 4. 9 6 R es pir at or y eff e cts k g P M 2. 5 e q 6. 6 8 E- 0 4 7. 5 8 E- 0 4 5. 8 7 E- 0 4 6. 7 8 E- 0 4 E utr o p hi c ati o n k g N e q 0. 0 1 0. 0 1 0. 0 1 0. 0 1 O z o n e d e pl eti o n k g C F C- 1 1 e q 1. 0 4 E- 0 7 1. 0 4 E- 0 7 1. 7 0 E- 0 7 1. 7 0 E- 0 7 E c ot o xi cit y k g 2, 4- D e q 0. 4 3 0. 4 6 0. 3 9 0. 4 2 S m o g k g N O x e q 3. 4 0 E- 0 3 5. 8 1 E- 0 3 3. 0 9 E- 0 3 5. 5 3 E- 0 3 T ot al e n er g y MJ e q 6 5. 4 7 7 3. 0 4 7 8. 3 8 8 6. 0 2 N o n-r e n e w a bl e, f o ssil MJ e q 1 6. 9 3 1 7. 8 1 2 3. 0 1 2 3. 9 6 N o n-r e n e w a bl e, n u cl e ar MJ e q 0. 1 8 0. 2 9 0. 2 9 0. 3 9 R e n e w a bl e, bi o m ass MJ e q 1 3. 3 7 2 4. 4 1 1 7. 5 2 2 8. 5 7 R e n e w a bl e, ot h er MJ e q 3 4. 9 9 3 0. 5 3 3 7. 5 5 3 3. 0 9

5. 4 U n c ert ai nt y S urr o u n di n g Mi s si n g D a t a a n d S c al e of M a n uf a ct ur e

I nf or m ati o n o n st e a m us e d uri n g w o o d fi br e pr o c essi n g h a d n ot b e e n tr a c k e d, s o st e a m c o ns u m pti o n d at a w as n ot a v ail a bl e f or t his L C A. As i n di c at e d b y t h e C o m p osit es D e p art m e nt, st e a m is us e d i n v er y s m all q u a ntiti es f or fi br e pr o c essi n g. B ot h f or m ul ati o ns us e t h e s a m e a m o u nt of w o o d fi br e; t h eir st e a m c o ns u m pti o n f or w o o d fi br e pr o c essi n g w o ul d b e t h e s a m e. As a r es ult, t h e u n c ert ai nt y s urr o u n di n g t his missi n g d at a w o ul d b e c a n c ell e d o ut i n t h e c o m p aris o n of t h e t w o f or m ul ati o ns. A n ot h er u n c ert ai nt y is t h e s c al e of t h e m a n uf a ct uri n g. T his L C A w as c o n d u ct e d f or a pr ot ot y p e pr o d u ct m a n uf a ct ur e d at t h e l a b s c al e: t h e e n er g y c o ns u m pti o n a n d ass o ci at e d e n vi r o n m e nt al b ur d e n c o ul d g o d o w n w hil e s o m e e xtr a e n er g y w o ul d b e n e e d e d f or i nt er n al h a n dli n g of b u l k r a w m at eri als wit hi n t h e m a n uf a ct uri n g f a cilit y d uri n g c o m m er ci al l ar g e- s c al e m a n uf a ct uri n g. T h e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e t w o f or m ul ati o ns c o ul d c h a n g e as a r es ult of c h a n g es i n e n er g y us e; h o w e v er, fi n al o ut c o m e of t h e c o m p aris o n c a n b e e x p e ct e d t o r e m ai n t h e s a m e wit h l ar g e-s c al e m a n uf a ct ur e.

5. 5 C o n cl u si o n s

T h e f oll o wi n g c o n cl usi o ns w er e dr a w n fr o m t h e c o nt ri b uti o n a n al y sis, c o m p ar ati v e L C A, a n d s e nsiti vit y a n al y sis of t h e t w o bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns: C o ntri b uti o n A n al y si s – F or m ul ati o n 1

A m o n g t h e t hr e e m at eri al i n p uts t o t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g pr o c ess, P L A t o g et h er wit h its tr a ns p ort fr o m t h e f ar a w a y s o ur c e m ostl y c o ntri b utes t o gl o b al w ar mi n g, a n d its c o ntri b uti o ns ar e si g nifi c a nt i n e utr o p hi c ati o n, c ar ci n o g e ni c, n o n- c ar ci n o g e ni c, a n d o z o n e d e pl eti o n i m p a ct c at e g ori es. A b o ut o n e- h alf of t h e a ci difi c ati o n, r es pir at or y, e c ot o xi c, a n d s m o g i m p a cts ar e c a us e d b y T P S. I m p a ct c o ntri b uti o ns fr o m w o o d fi br e t o lif e c y cl e e n er g y u s e a n d all ot h er e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es ar e


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 0 of 2 4

mi n or. El e ctri cit y us e f or g at e-t o- g at e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g s u bst a nti all y c o ntri b ut es t o gl o b al w ar mi n g h o w e v er, its c o ntri b uti o ns t o ot h er e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es ar e mi n or. C o ntri b uti o n A n al y si s – F or m ul ati o n 2

U pstr e a m P L A m a n uf a ct ur e t o g et h er wit h its tr a ns p ort ati o n fr o m a f ar a w a y s o ur c e si g nifi c a ntl y c o ntri b ut es t o gl o b al w ar mi n g a n d all ot h er i m p a ct i n di c at ors. P L A tr a ns p ort t o t h e bi o c o m p osit e m a n uf a ct uri n g f a cilit y als o c a us es a si g nifi c a nt a m o u nt of i m p a ct i n t h e a ci difi c ati o n, r es pir at or y a n d s m o g i m p a ct c at e g ori es. C o ntri b uti o ns fr o m w o o d fi br e a n d w o o d fi br e d eli v er y w er e f o u n d t o b e mi n or. E n vir o n m e nt al P erf or m a n c e s of t h e T w o F or m ul ati o n s

F or m ul ati o n 1 s h o w e d b ett er e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e i n t er ms of lif e c y cl e e n er g y c o ns u m pti o n, f ossil e n er g y us e a n d gl o b al w ar mi n g i m p a cts t h a n F or m ul ati o n 2. T his p erf or m a n c e diff er e n c e c a n b e attri b ut e d t o P L A, w hi c h is t h e o nl y bi o p ol y m er s o ur c e us e d f or F or m ul ati o n 2. O z o n e d e pl eti o n, e utr o p hi c ati o n, a ci difi c ati o n, r es pir at or y a n d s m o g i m p a cts of t h e t w o f or m ul ati o ns ar e m or e or l ess t h e s a m e. C o m p ar ati v e L C A wit h P etr ol e u m- b a s e d Pl a sti c s

T h e bi o c o m p o sit es o ut p erf or m p ol y pr o p yl e n e i n all t h e i m p a ct c at e g ori es e x c e pt e utr o p hi c ati o n eff e cts, w hi c h is i m p ort a nt o n a r e gi o n al b asis o nl y. D es pit e t his mi n or s et b a c k, t his bi o c o m p osit e, p arti c ul arl y F or m ul ati o n 1, is a vi a bl e m at eri al t o c o m b at gl o b al w ar mi n g a n d dis pl a c e si g nifi c a nt a m o u nts of f ossil f u el us e. Si mil ar c o m p ar ati v e L CI A r es ults w er e n ote d wit h n yl o n b ut its p erf or m a n c e w as w ors e i n t h e gl o b all y i m p ort a nt o z o n e d e pl eti o n eff e cts. S e n siti vit y A n al y si s

T h e s e nsiti vit y c as es p erf or m e d a n d t h e fi n di n gs ar e st at e d b el o w:

• E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai nst r e c y cli n g of m a n uf a ct uri n g w ast e R e pr o c essi n g m a n uf a ct uri n g w ast e wit hi n t h e s y st e m h el ps i m pr o v e t h e e n vir o n m e nt al p erf or m a n c e of t h e bi o c o m p osit e.

• E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e a g ai nst usi n g w o o d e n er g y f or m at eri al i n p ut dr yi n g E n vir o n m e nt al p erf or m a n c e i m pr o v e m e nt t o b ot h bi o c o m p osit e f or m ul ati o ns c a n n ot b e d o n e b y s u bstit uti n g h e at e n er g y g e n er at e d i n w o o d b oil ers f or el e ctri cit y us e f or dr yi n g. T h e r e as o n is Q u e b e c el e ctri cit y is us u all y a cl e a n e n er g y s o ur c e b e c a us e its c o nstit u e nt s o ur c es ar e m o stl y h y dr o a n d s o m e n u cl e ar.

5. 6 St u d y Li mit ati o n s

T his L C A i s b as e d o n a pr ot ot y p e pr o d u ct m a n uf a ct ur e d at t h e l a b s c al e. Its e n er g y us e m a y g o d o w n wit h t h e l ar g e-s c al e m a n uf a ct ur e w hil e s o m e e n er g y is e x p e cte d t o b e us e d f or i nt er n al b ul k m at eri al h a n dli n g wit hi n t h e m a n uf a ct uri n g f a cilit y. T his r e p ort, h o w e v er, d o es n ot a d dr ess t his iss u e d u e t o a l a c k of a v ail a bl e esti m at e s o n t h e a nti ci p at e d c h a n g es i n g at e-t o- g at e e n er g y r e q uir e m e nts f or l ar g e-s c al e m a n uf a ct ur e.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 1 of 2 4

5. 7 R e c o m m e n d ati o n s

F or m ul ati o n 1 p erf or ms b ett er i n t er ms of lif e c y cl e e n er g y a n d n o n-r e n e w a bl e f ossil e n er g y us e t h a n F or m ul ati o n 2. Als o it o ut p erf or ms p ol y pr o p yl e n e i n e n er g y c o ns u m pti o n a n d t h e t w o e n vir o n m e nt al i m p a ct c at e g ori es of hi g h est c o n c er n ( gl o b al w ar mi n g a n d o z o n e d e pl etio n), a n d h e n c e c a n b e r e c o m m e n d e d f or f ut ur e pr o d u ct s cr e e ni n g a n d c o m m er ci ali z ati o n.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 2 of 2 4

A p p e n di x I: A n O v er vi e w of L C A M et h o d ol o g y

Lif e c y cl e ass es s m e nt ( L C A) 8 i s a n a n al yti c al t o ol d esi g n e d f or c o m pr e h e nsi v e q u a ntifi c ati o n a n d i nt er pr et ati o n of t h e e n vir o n m e nt al fl o ws t o a n d fr o m t h e e n vir o n m e nt (i n cl u di n g e missi o ns t o air, w at er a n d l a n d, as w ell as t h e c o ns u m pti o n of e n er g y a n d ot h er m at eri al r es o ur c es), o v er t h e e ntir e lif e c y cl e of a pr o d u ct ( or pr o c ess or s er vi c e). L C A pr o vi d es a c o m pr e h e nsi v e vi e w of t h e e n vir o n m e nt al as p e cts of a pr o d u ct a n d a pi ct ur e of t h e tr u e e n vir o n m e nt al tr a d e- offs i n pr o d u ct s el e cti o n t hr o u g h o ut t h e pr o d u ct lif e c y cl e. T h e i nt er n ati o n al st a n d ar ds i n t h e I S O 1 4 0 4 0-s eri es 9 s et o ut a f o ur- p h as e m et h o d ol o g y fr a m e w or k f or c o m pl eti n g a n L C A, as s h o w n i n Fi g ur e 2: g o al a n d s c o p e d efi niti o n, lif e c y cl e i n v e nt or y, lif e c y cl e i m p a ct as s es s m e nt, a n d i nt er pr et ati o n.

Fi g ur e 5 Lif e C y cl e Ass ess m e nt m et h o d ol o g y: t h e I S O 1 4 0 4 0 fr a m e w or k a n d a p pli c ati o ns G o al a n d S c o p e D efi niti o n

A L C A st art s wit h a n e x pli cit st at e m e nt of t h e g o al a n d s c o p e of t h e st u d y, t h e f u n cti o n al u nit, t h e s y st e m b o u n d ari es, t h e ass u m pti o ns a n d li mit ati o ns a n d all o c ati o n m et h o ds us e d, a n d t h e i m p a ct c at e g ori es

8 T his i ntr o d u cti o n is b as e d o n i nt er n atio n al st a n d ar ds i n t h e I S O- 1 4 0 4 0 s eri es, E n vir o n m e nt al m a n a g e m e nt – Lif e C y cl e Ass e ss m e nt . 9 I S O 1 4 0 4 0: 2 0 0 6, E n vir o n m e nt al M a n a g e m e nt - Lif e C y cl e Ass ess m e nt - Pri n ci pl es a n d Fr a m e w or k a n d I S O 1 4 0 4 4: 2 0 0 6,

E n vir o n m e nt al M a n a g e m e nt - Lif e C y cl e Ass ess m e nt – R e q uir e m e nts a n d G ui d eli n es .

Lif e C y cl e A s s e s s m e nt Fr a m e w or k

G o al a n d s c o p e d efi niti o n

I n v e nt or y a n al y si s

I m p a ct a s s e s s m e nt

I nt er pr et ati o n

Dir e ct a p pli c ati o n s: - Pr o d u ct d e v el o p m e nt a n d i m pr o v e m e nt - Str at e gi c pl a n ni n g - P u bli c p oli c y m a ki n g - M ar k eti n g - Ot h er


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 3 of 2 4

c h os e n. T h e g o al a n d s c o p e i n cl u d es a d efi niti o n of t h e c o nt e xt of t h e st u d y, w hi c h e x pl ai ns t o w h o m a n d h o w t h e r es ults ar e t o b e c o m m u ni c at e d. T h e g o al a n d s c o p e of a n L C A s h all b e cl e arl y d efi n e d a n d s h all b e c o nsist e nt wit h t h e i nt e n d e d a p pli c ati o n. T h e f u n cti o n al u nit is q u a ntit ati v e a n d c orr es p o n ds t o a r ef er e n c e f u n cti o n t o w hi c h all fl o ws i n t h e L C A ar e r el at e d. All o c ati o n is t h e m et h o d us e d t o p artiti o n t h e e n vir o n m e nt al l o a d of a pr o c ess w h e n s e v er al pr o d u cts or f u n cti o ns s h ar e t h e s a m e pr o c ess. I n v e nt or y A n al y si s

I n t h e lif e c y cl e i n v e nt or y a n al y sis ( L CI), a fl o w m o d el of t h e t e c h ni c al s y st e m is c o nstr u ct e d usi n g d at a o n i n p uts a n d o ut p uts. T h e fl o w m o d el i s oft e n ill ustr a t e d wit h a fl o w c h art, w hi c h i n cl u d es t h e a cti viti es t h at ar e g oi n g t o b e ass ess e d a n d als o gi v es a cl e ar pi ct ur e of t h e t e c h ni c al s y st e m b o u n d ar y. T h e i n p ut a n d o ut p ut d at a n e e d e d f or t h e c o nstr u cti o n of t h e m o d el ar e c oll e ct e d (s u c h as r es o ur c es, e n er g y r e q uir e m e nts, e mi ssi o ns t o air a n d w at er a n d w ast e g e n er ati o n f or all a cti viti es wit hi n t h e s y st e m b o u n d ari es). T h e n, t h e e n vir o n m e nt al l o a ds of t h e s y st e m ar e c al c ul at e d a n d r el at e d t o t h e f u n cti o n al u nit, a n d t h e fl o w m o d el is fi nis h e d. I m p a ct A s s e s s m e nt

I n v e nt or y a n al y sis is f oll o w e d b y lif e c y cl e i m p a ct a ss es s m e nt ( L CI A) - w h er e t h e lif e c y cl e i n v e nt or y ( L CI) d at a ar e c h ar a ct eri z e d i n t er ms of t h eir p ot e nti al e n vir o n m e nt al i m p a ct ( e. g., a ci difi c ati o n, e utr o p hi c ati o n, gl o b al w ar mi n g p ot e nti al eff e ct s et c.). T h e i m p a ct ass ess m e nt p h as e of L C A is ai m e d at e v al u ati n g t h e si g nifi c a n c e of p ot e nti al e n vir o n m e nt al i m p a ct s b as e d o n t h e L CI r es ults. I n t h e cl assifi c ati o n st a g e, t h e i n v e nt or y p ar a m et ers ar e s ort e d a n d assi g n e d t o s p e cifi c i m p a ct c at e g ori es. T h e c al c ul ati o n of i n di c at or r es ults ( c all e d “ c h ar a ct eri z ati o n ”) i n v ol v es t h e c o n v ersi o n of L CI r es ults t o c o m m o n u nits a n d t h e a g gr e g ati o n of t h e c o n v ert e d r es ults wit hi n t h e s a m e i m p a ct c at e g or y. T his c o n v ersi o n us es c h ar a ct eri z ati o n f a ct ors. T h e o ut c o m e of t h e c al c ul ati o n is a n u m eri c al i n di c at or r es ult t y pi c all y st at e d o n a n e q ui v al e n c e b asi s. I n m a n y L CAs, c h ar a ct eri z ati o n c o n cl u d es t h e a n al y sis; t his i s als o t h e l ast c o m p uls or y st a g e a c c or di n g t o I S O 1 4 0 4 4: 2 0 0 6. H o w e v er, s o m e st u di es i n v ol v e t h e f urt h er st e p of n or m ali z ati o n, i n w hi c h t h e r es ults of t h e i m p a ct c at e g ori es fr o m t h e st u d y ar e c o m p ar e d wit h t h e t ot al i m p a ct i n t h e r e gi o n. D uri n g w ei g hti n g, t h e diff er e nt e n vir o n m e nt al i m p a cts ar e w ei g ht e d a g ai nst e a c h ot h er t o arri v e at a si n gl e s c or e f or t h e t ot al e n vir o n m e nt al i m p a ct. I nt er pr et ati o n

T h e r es ults fr o m t h e i n v e nt or y a n al y sis a n d i m p a ct a ss es s m e nt ar e s u m m ari z e d d uri n g t h e i nt er pr et ati o n p h as e. C o n cl usi o ns a n d r e c o m m e n d ati o ns ar e t h e o ut c o m e of t h e i nt er pr et ati o n p h as e of t h e st u d y. A c c or di n g t o I S O 1 4 0 4 0: 2 0 0 6 t h e i nt er pr et ati o n s h o ul d i n cl u d e:

• I d e ntifi c ati o n of si g nifi c a nt iss u es f or t h e e n vir o n m e nt al i m p a ct • E v al u ati o n of t h e st u d y c o nsi d eri n g c o m pl et e n ess, s e n siti vit y a n d c o nsist e n c y • C o n cl usi o ns a n d r e c o m m e n d ati o ns.

T h e w or ki n g pr o c e d ur e of L C A is it er ati v e as ill ustr at e d wit h t h e b a c k- a n d-f ort h arr o ws i n Fi g ur e 1. T h e it er ati o n m e a ns t h at i nf or m ati o n g at h er e d i n a l att er sta g e c a n c a u s e eff e cts i n a f or m er st a g e. W h e n t his o c c urs, t h e f or m er st a g e a n d t h e f oll o wi n g st a g es h a v e t o b e r e w or k e d t a ki n g i nt o a c c o u nt t h e n e w i nf or m ati o n. T h er ef or e, it is c o m m o n f or L C A pr a ctitio n ers t o w or k o n s e v er al st a g es at t h e s a m e ti m e.


Pr oj e ct N o. 2 0 1 0 0 5 0 9 8

2 4 of 2 4

A p p e n di x II: I m p a ct C at e g or y D efi niti o n s

T h e f oll o wi n g is a bri ef d es cri pti o n of e a c h of t h e i m p a ct i n di c at ors us e d i n T R A CI 1 0 :

a. Gl o b al W a r mi n g P ot e nti al ( G W P) – T h e m et h o d ol o g y a n d s ci e n c e b e hi n d t h e G W P c al c ul ati o n c a n b e c o nsi d er e d o n e of t h e m o st a c c e pt e d L CI A c at e g ori es. G W P will b e e x pr ess e d o n e q ui v al e n c y b asis r el ati v e t o C O 2 – i n k g or t o n n es C O 2 e q ui v al e nt.

b. A ci difi c ati o n P ot e nti al – A ci difi c ati o n is a m or e r e gi o n al r at h er t h a n gl o b al i m p a ct eff e cti n g fr es h w at er a n d h u m a n h e alt h w h e n hi g h c o n c e ntr ati o ns of S O 2

ar e att ai n e d. A ci difi c ati o n is a r es ult of

pr o c ess e s t h at c o ntri b ut e t o i n cr e as e d a ci dit y of w at er. A ci d r ai n g e n er all y r e d u c es t h e al k ali nit y of l a k es. T h e A P of a n air or w at er e mis si o n is c al c ul at e d o n t h e b asis of its m ol es H+ i o n e q ui v al e n c e.

c. P h ot o c h e mi c al Oz o n e F or m ati o n P ot e nti al ( S m o g) – U n d er c ert ai n cli m ati c c o n diti o ns, air e missi o ns fr o m i n d ustr y a n d tr a ns p ort ati o n c a n b e tr a p p e d at gr o u n d l e v el w h er e, i n t h e pr es e n c e of s u nli g ht, t h e y pr o d u c e p h ot o c h e mi c al s m o g, a s y m pt o m of p h ot o c h e mi c al o z o n e cr e ati o n p ot e nti al ( P O C P). W hil e o z o n e is n ot e mitt e d dir e ctl y, it is a pr o d u ct of i nt er a cti o ns of v ol atil e or g a ni c c o m p o u n ds ( V O Cs) a n d nitr o g e n o xi d es ( N Ox ). T h e “s m o g ” i n di c at or is e x pr ess e d o n a m ass of e q ui v al e nt N O X b asis.

d. E utr o p hi c ati o n P ot e nti al – E utr o p hi c ati o n is t h e f ertili z ati o n of s u rf a c e w at ers b y n utri e nts t h at w er e pr e vi o usl y s c ar c e. W h e n a pr e vi o usl y s c ar c e or li miti n g n utri e nt is a d d e d t o a w at er b o d y it l e a ds t o t h e pr olif er ati o n of a q u ati c p h ot os y nt h eti c pl a nt lif e. T his m a y l e a d t o a c h ai n of f urt h er c o ns e q u e n c es r a n gi n g fr o m f o ul o d o urs t o t h e d e at h of fis h. T h e c al cul at e d r es ult is e x pr es s e d o n a n e q ui v al e nt m a ss of nitr o g e n ( N) b asis.

e. H u m a n H e alt h P ot e nti al (R es pir at or y Eff e cts) – P arti c ul at e m att er of v ari o us si z es ( P M1 0 a n d P M2. 5 ) h a v e a c o nsi d er a bl e i m p a ct o n h u m a n h e alt h. T h e E P A h as i d e ntifi e d “ p arti c ul at es ” (fr o m di es el f u el c o m b usti o n) as t h e n u m b er o n e c a us e of h u m a n h e alt h d et eri or ati o n d u e t o its i m p a ct o n t h e h u m a n r es pir at or y s y st e m – ast h m a, br o n c hitis, a c ut e p ul mo n ar y dis e as e, et c. It s h o ul d b e m e nti o n e d t h at p arti c ul at es ar e a n i m p ort a nt e n vir o n m e nt al o ut p ut of w o o d pr o d u ct pr o d u cti o n a n d n e e d t o b e tr a c e d a n d a d dr ess e d. T h e I nstit ut e us e d T R A CI’ s “ H u m a n H e alt h P arti c ul at es fr o m M o bil e S o ur c es ” c h ar a ct eri z ati o n f a ct or, o n a n e q ui v al e nt P M 2. 5 b a sis, i n t h e fi n al s et of i m p a ct i n di c at ors.

f. Oz o n e D e pl eti o n P ot e nti al – T his i m p a ct c at e g or y a d dr ess e s t h e r e d u cti o n of pr ot e cti v e o z o n e wit hi n t h e at m o s p h er e c a us e d b y e mi ssi o ns of z o n e- d e pl eti n g s u bst a n c es s u c h as c hl or ofl u or o c ar b o ns ( C F Cs). R e d u cti o n i n o z o n e i n t h e str at os p h er e le a d s t o i n cr e as e d ultr a vi ol et- B r a di ati o n r e a c hi n g e art h, w hi c h c a n h a v e h u m a n h e alt h i m p a cts as w ell as d a m a g e cr o ps, m at eri als a n d m ari n e lif e. O z o n e d e pl eti o n p ot e nti al is r e p ort e d i n u nits of e q ui v al e nt C F C- 1 1.

g. C ar ci n o g e ni cit y P ot e nti al – T his i m p a ct c at e g or y a d dr ess es t h e c ar ci n o g e ni c p ot e nti al of c h e mi c als r el e as e d i nt o a n e v al u ati v e e n vir o n m e nt t o c a us e h u m a n c a n c er eff e ct s. T h e c al c ul at e d r es ult is e x pr ess e d o n a n e q ui v al e nt m ass of b e n z e n e b asis.

h. H u m a n H e alt h P ot e nti al ( N o n- c a n c er) – P ot e nti al of a c h e mi c al r el e as e d i nt o a n e v al u ati v e e n vir o n m e nt t o c a us e h u m a n n o n- c a n c er eff e cts T h e c al c ul at e d r es ult is e x pr ess e d o n a n e q ui v al e nt m as s of t ol u e n e b asis.

1 0 B ar e C. J a n e, et. al., 2 0 0 3. T o ol f or R e d u cti o n a n d Ass ess m e nt of C h e mi c als a n d ot h er E n vir o n m e nt al I m p a cts

( T R A CI). J o ur n al of I n d u stri al E c ol o g y, 6( 3- 4): 4 9- 7 8.

Documents

Ackno wledge ments