A life cycle assessment of land-based macroalgae production in Iceland: A scenario-based LCA
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
The European seaweed industry is on the rise, with various applications in food, fuel, agriculture, and pharmaceutics. Recent studies demonstrate that ted macroalgae can reduce methane emissions from livestock by over 50%. This result indicates significant potential for mitigating the greenhouse gas contributions of ruminants, which produce over 60% of global methane emissions. Thus, incorporating macroalgae into livestock feed could help mitigate the effects of climate change.
The study aimed to perform a scenario-based life cycle assessment (LCA) of a land-based production facility ofmacroalgae, where the output is used as a feed supplement for dairy cattle. The LCA is part of the CircleFeed consortium, aiming to reduce methane emissions from dairy cattle by promoting sustainable practices and research initiatives in the Nordics. Set initially in a pilot phase in Reykjanes, Iceland, the goal is to scale up a macroalgae cultivation facility utilising geothermal energy and nutrients from the HS Orka Resource Centre. With limited current data on the full effects of land-based production of macroalgae as a feed supplement in the Nordics, the project aims to evaluate the overall viability and sustainability thoroughly. The results may promote a broader acceptance of alternative livestock feed among farmers while contributing to a blue-green economy through innovative aquaculture practices in Northern Europe.
The results from the LCA indicate that while the pilot scenario has notable environmental impacts due to demands for resources such as air, light, and nutrients, commercial upscaling presents a viable pathway for reducing overall impacts in various categories. The LCA identifies the cultivation phase as the most significant environmental burden, mainly due to the high material and energy demands. Scaling up the production facility increases production efficiency by a factor of 14, which decreases the environmental impacts per FU. Consequently, increased production efficiency is the most important parameter for reducing overall impacts. Among the main environmental hotspots lies electricity consumption for lighting and air provisioning together with LEDs,highlighting the importance of increased material and energy efficiency while using sustainable resources for electricity. Although the global warming potential was only marginally lower for a scaled-up scenario, the results were comparable to studies set in a similar context that excluded offset of carbon emissions through uptake during photosynthesis.
Overall, the findings conclude that macroalgae is a strategic component in sustainable livestock feed strategies while reducing the carbon footprint of dairy operations in the Nordic region. Key recommendations are to increase production efficiency by optimising growth parameters, such as salinity and nutrient input while decreasing the material and energy input. Future studies should expand the system boundaries and evaluate more scenarios, including wastewater emissions and seasonal variations, to enhance credibility and better assess Iceland's geographical and technological advantages alongside its challenges.
Abstract [sv]
Den europeiska algindustrin är på uppgång med flertalet praktiska tillämpningar inom mat, bränsle, jordbruk och medicin. Studier har visat att rödalger kan sänka metangasutsläppen med över 50% från idisslande boskap. Det visar på en stor outnyttjad potential för att minska växthusgasutsläpp från idisslande boskap som står för omkring 60% av de globala utsläppen av metangas. En inkludering av rödalger för boskapsföda kan därför hjälpa till att bromsa de skadliga effekterna av klimatförändringar.
Målet för studien var att genomföra en så kallad scenario-baserad LCA utav produktionen av rödalger som ska användas för att minska metangasutsläpp hos idisslande boskap. LCA:n är en del av CircleFeed som är ett konsortium bestående av flera företag och universitet, bland annat KTH. CircleFeed har som övergripande mål attminska metangasutsläppen hos mjölkkor genom att uppmuntra till hållbara initiativ och investeringar i Norden. Studien utgår från en pilotanläggning i Reykjanes på Island vars ursprungliga mål är att dimensioneras till kommersiell skala där geotermisk energi och näring kan användas från närstående verksamheter i forskningsparken HS Orka Resource Center. Trots den begränsade mängd data och tidigare studier som finns att tillgå om nordisk makroalgsodling för användning som boskapsföda så avser studien att göra en robust utvärdering av projektets eventuella hållbarhetsnytta och praktiska genomförbarhet. Resultaten kan sedan användas för att utöka acceptansen för alternativa födoämnen hos jordbrukare samt bidra till innovative satsningar inom akvakultur i Norra Europa.
Resultaten från LCA:n påvisar att även om pilotanläggningen ger upphov till märkbara miljöavtryck på grund av material och energiförbrukning för syre- och näringstillförsel samt belysning så kan miljöavtrycken minskasgenom att kommersiell uppskalning. Resultaten påvisar också att odlingsfasen står för majoriteten av miljöavtrycken vilket främst beror på dess relativt stora behov av material och energiresurser. Produktionseffektiviteten hos en uppskalad anläggning är nästan 14 gånger större än hos pilotanläggningen vilket i sin tur sänker miljöavtrycken per producerad enhet. Som en följd av det så är ökad produktionseffektivitet den viktigaste parametern för att sänka miljöavtrycken från anläggningen. Bland de processer med högst miljöavtryck finns elkonsumtion för syretillförsel och belysning samt LED-komponenter, vilket påvisar betydelsen av att effektivisera energianvändningen och minimera materialanvändningen. Även om de globala växthusgasutsläppen från den uppskalade anläggningen endast är marginellt lägre än de hos pilotanläggningen så är de jämförbara med liknande studier som utesluter eventuell sänkning av växthusgasutsläpp genom upptagning av koldioxid hos alger.
Baserat på de övergripande resultaten från LCA:n och efterföljande diskussion så bör algodling ses om en strategisk komponent för ett hållbart jordbruk med minskade växthusgasutsläpp. Framtida studier bör fokusera på att öka trovärdigheten genom att inkludera fler scenarion, till exempel säsongsvariationer och avfallshantering, samt utvidga systemgränserna. Då kan en mer omfattande och träffsäker analys av de geografiska och teknologiska utmaningarna som förläggandet av en algodling på Island innebär göras.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 79
Series
TRITA-ABE-MBT ; 25140
Keywords [en]
Life-cycle assessment (LCA); Macroalgae; Aquaculture; Seaweed Supply Chain; Environmental impact mitigation; Global warming potential
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-366192OAI: oai:DiVA.org:kth-366192DiVA, id: diva2:1981608
Subject / course
Sustainable development, environmental science and engineering
Educational program
Master of Science - Sustainable Technology
Supervisors
Examiners
2025-07-042025-07-042025-07-04Bibliographically approved