Substance flow analysis in Finland : Four case studies on N and P flows

Nitrogen (N) and phosphorus (P) are essential elements for all living organisms. However, in excess, they contribute to several environmental problems such as aquatic and terrestrial eutrophication. Globally, human action has multiplied the volume of N and P cycling since the onset of industrialization. The multiplication is a result of intensified agriculture, increased energy consumption and population growth. Industrial ecology (IE) is a discipline, in which human interaction with the ecosystems is investigated using a systems analytical approach. The main idea behind IE is that industrial systems resemble ecosystems, and, like them, industrial systems can then be described using material, energy and information flows and stocks. Industrial systems are dependent on the resources provided by the biosphere, and these two cannot be separated from each other. When studying substance flows, the aims of the research from the viewpoint of IE can be, for instance, to elucidate the ways how the cycles of a certain substance could be more closed and how the flows of a certain substance could be decreased per unit of production (= dematerialization). In Finland, N and P are studied widely in different ecosystems and environmental emissions. A holistic picture comparing different societal systems is, however, lacking. In this thesis, flows of N and P were examined in Finland using substance flow analysis (SFA) in the following four subsystems: I) forest industry and use of wood fuels, II) food production and consumption, III) energy, and IV) municipal waste. A detailed analysis at the end of the 1990s was performed. Furthermore, historical development of the N and P flows was investigated in the energy system (III) and the municipal waste system (IV). The main research sources were official statistics, literature, monitoring data, and expert knowledge. The aim was to identify and quantify the main flows of N and P in Finland in the four subsystems studied. Furthermore, the a
Typpi (N) ja fosfori (P) ovat elintärkeitä alkuaineita kaikille olioille. Liiallisissa määrin ympäristössä ne kuitenkin aiheuttavat monia ongelmia kuten vesistöjen ja maaperän rehevöitymistä. On arvioitu, että maailmanlaajuisessa mittakaavassa ihmistoiminta on moninkertaistanut typen ja fosforin kiertomäärän ja -nopeuden teollistumisesta alkaen. Pääasiallisina syinä ovat maatalouden tehostuminen, energiankäytön lisääntyminen ja väestömäärän kasvu. Teollisessa ekologiassa ihmisten vuorovaikutusta ekosysteemien kanssa tarkastellaan systeemianalyyttisen lähestymistavan avulla. Teollisen ekologian perusajatus on, että teolliset järjestelmät muistuttavat ekosysteemeitä, ja niitä voidaan näin ollen kuvata materiaali-, energia- ja tietovirtojen ja varantojen avulla. Teolliset järjestelmät ovat riippuvaisia biosfäärin tarjoamista resursseista, eikä näitä kahta voida erottaa toistaan. Kun tutkitaan ainevirtoja, on teollisen ekologian näkökulmasta tavoitteena muun muassa etsiä ja havainnollistaa tapoja, kuinka tietyn aineen kierto voisi olla entistä suljetumpi. Lisäksi voidaan tutkia esimerkiksi dematerialisaatiota eli sitä, miten tietyn yhdisteen virtoja voitaisiin pienentää tuotettuun määrään verrattuna. Suomessa typpeä ja fosforia sekä niiden käyttäytymistä, kiertoa ja vaikutuksia on tutkittu kattavasti eri ekosysteemeissä. Lisäksi päästöjä ympäristöön on selvitetty paljon. Kattava kokonaiskuva, joka vertailee typpeä ja fosforia eri yhteiskunnallisissa järjestelmissä, on kuitenkin puuttunut. Tässä tutkimuksessa typen ja fosforin virtoja tarkasteltiin ainevirta-analyysilla neljässä järjestelmässä: I) metsäteollisuus ja puupolttoaineiden käyttö, II) ruoan tuotanto ja kulutus, III) energia ja IV) yhdyskuntajätteet. Näistä tehtiin yksityiskohtainen 1990-luvun loppua koskeva analyysi. Lisäksi typen ja fosforin virtojen historiallista kehitystä tutkittiin energiajärjestelmässä (III) ja yhdyskuntajätejärjestelmässä (IV). Pääasialliset tietolähteet olivat viralliset tilastot, kirj