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See detailEnvironmental impact assessment of rail freight intermodality
Merchan Arribas, Angel ULg; Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

in Rasouli, Soora; Timmermans, Harry (Eds.) Current issues in transportation research - Proceedings of the BIVEC/GIBET transport research days 2015 (2015, May 28)

The European Commission’s White Paper on transport (European Commission, 2011) seeks to achieve an efficient and sustainable balance between the various transport modes. Environmental impact studies on ... [more ▼]

The European Commission’s White Paper on transport (European Commission, 2011) seeks to achieve an efficient and sustainable balance between the various transport modes. Environmental impact studies on intermodality transport show that rail freight transport is the land-based transport that has a higher environmental performance compared to intermodal road-rail and all-road transport (Fries and Hellweg, 2014), especially when electrified railway is used (Spielmann and Scholz, 2005). Life Cycle Assessment (LCA) methodology allows us to model as best as possible the environmental impacts of several pollutants in numerous categories. For other categories such as accident damages, noise impact and land use, new developments have to be performed. For the environmental impact assessment, all life cycle phases of rail freight transport operation, rail infrastructure, and rail equipment are taken into account (Spielmann et al., 2007). [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailDoes the production of Belgian bioethanol fit with European requirements on GHG emissions? Case of wheat
Belboom, Sandra ULg; Bodson, Bernard ULg; Léonard, Angélique ULg

in Biomass & Bioenergy (2015), 74

This paper undertakes an environmental evaluation of bioethanol production, using wheat cultivated in Belgium. Cultivation steps are modelled using Belgian specific data. Wheat transformation in ethanol ... [more ▼]

This paper undertakes an environmental evaluation of bioethanol production, using wheat cultivated in Belgium. Cultivation steps are modelled using Belgian specific data. Wheat transformation in ethanol relies on industrial data. GHG emissions of the whole life cycle are calculated and compared with the default values given by the European Renewable Energy Directive. Belgian wheat bioethanol achieves a 5% higher GHG reduction than the one mentioned in the European directive but impact repartition is different with a higher importance of cultivation step in our case. Belgian wheat bioethanol complies with the current sustainability criteria but is also able to conform to further ones. Sensitivity analyses are performed on the importance of N fertilizers and associated emissions known as main important parameters. These analyses reveal non negligible variations and then a range of available GHG reduction when using wheat bioethanol. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailLife Cycle Analysis (LCA) of photovoltaic panels: A review
Gerbinet, Saïcha ULg; Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

in Renewable and Sustainable Energy Reviews (2014), 38

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Peer Reviewed
See detailImportance of LUC and ILUC on the carbon footprint of bioproduct: case of bio-HDPE
Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

in Matériaux et Techniques (2014), 102(2),

Suite à la diminution des ressources fossiles et à l’augmentation des émissions des gaz à effet de serre, des solutions sont nécessaires pour remplacer les produits issus du pétrole. Cela a pour ... [more ▼]

Suite à la diminution des ressources fossiles et à l’augmentation des émissions des gaz à effet de serre, des solutions sont nécessaires pour remplacer les produits issus du pétrole. Cela a pour conséquence une constante augmentation du nombre de produits biobasés développés à partir de ressources agricoles. Cette étude évalue l’empreinte carbone du polyéthylène haute densité (PEHD) produit à partir de canne à sucre brésilienne ou de betterave belge. Le but de cette étude est de comparer l’empreinte carbone du bio-PEHD avec le PEHD fossile en considérant l’effet du changement d’affectation des sols. Les frontières communes des systèmes agricoles regroupent l’étape de culture de la canne à sucre et de la betterave, avec toutes les consommations associées d’énergie et d’engrais, le transport depuis le champ jusqu’à l’unité industrielle, la transformation des plantes sucrières en bioéthanol hydraté, la valorisation des sous-produits, la polymérisation et l’incinération du PEHD. Le scénario fossile comprend la production d’éthylène, sa polymérisation et l’incinération du PEHD. La comparaison du cycle de vie entier des PEHD biobasé et fossile montre des émissions de GES plus faibles avec le produit biobasé, ce qui est l’effet voulu. Ce résultat est uniquement valide s’il n’y pas de changement direct ou indirect d’affectation des sols. Pour évaluer l’impact environnemental de la déforestation ou de la transformation d’un pâturage en champ, les lignes directrices de l’Union Européenne ont été suivies afin de calculer les émissions de CO2 en fonction de divers paramètres. Pour la canne à sucre, le changement direct d’affectation des sols (LUC) est défini par la transformation de pâturages en champs dans la région de Sao Paulo au Brésil. Trois scénarios ont été développés, basés sur différentes pratiques agricoles pour les pâturages et les champs (labour et engrais) : le meilleur, le pire et le moyen. Le meilleur cas engendre un gain environnemental supplémentaire pour le produit biobasé. Le pire et le moyen amènent des émissions complémentaires. Un temps de retour, considérant le temps nécessaire pour récupérer à nouveau un gain environnemental comparativement au produit fossile, a été calculé pour le scenario moyen et s’élève à 12 ans. Le changement indirect d’affectation des sols pour la canne à sucre est modélisé comme étant la transformation d’une forêt en champ induite par les effets du changement direct décrit ci-avant. Le taux de déforestation peut varier entre 16 et 100%, dépendant des statistiques utilisées et entrainant un temps de retour de respectivement 26 et 101 ans. Pour la betterave, aucun changement direct n’est considéré. En effet, aucune expansion des terres agricoles ne peut être envisagée en Belgique au vu des faibles surfaces disponibles. Si une augmentation en termes de production de bioplastiques a lieu, la Belgique devra importer de la betterave provenant des pays voisins, ce qui peut induire un changement indirect d’affectation des sols. Dans cette étude, la betterave est supposée provenir des Pays-Bas. Celle-ci est cultivée sur des pâturages préalablement transformés en champs. Ce scénario moyen induit un temps de retour de 8 ans. Cette étude a mis en évidence l’importance du changement direct et indirect d’affectation des sols, spécialement pour les cultures énergétiques dédiées au remplacement des produits fossiles. Cet effet peut renverser les résultats attendus et engendrer de longs temps de retour. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailEnvironmental Product Declaration of purified and defluorinated phosphoric acid – difficulties and limitations of the methodology
Belboom, Sandra ULg; Scözs, Carl; Léonard, Angélique ULg

Poster (2013, November)

The awareness of environment and the development of environmental product declarations (EPDs) are increasing through years. EPD becomes a need for producers in both B to B and B to C relations. EPD ... [more ▼]

The awareness of environment and the development of environmental product declarations (EPDs) are increasing through years. EPD becomes a need for producers in both B to B and B to C relations. EPD elaboration process is not without difficulties. Such a declaration requires a considerable amount of time and information, a full comprehension of the applied methodology but it also causes confidentiality problems. All these difficulties can lead to the use of simpler tools, as Carbon Footprint, which only focuses on a single impact and misses a part of the message. This case study is based on the production of phosphoric acid in Belgium using PCR for inorganic chemicals. It takes into account the use of raw materials as phosphate rocks or chemicals, their transportation to site and the manufacturing of defluorinated and purified phosphoric acid. This process also requires steam, electricity, demineralised water and sulphuric acid. These inputs are produced on site and their modelling is taken into account in this study. The first step of this process is the production of weak phosphoric acid with transformation of phosphate rocks into 30% phosphoric acid using sulphuric acid attack. The particularity of this process is the production, in this company, of a recoverable coproduct, called gypsum. The amount of this product is about 1.6 t per t of weak acid. A stoichiometric relation connects both products and is used as allocation factor, as recommended by the PCR. Through next concentration steps, fluosilicic acid is produced, also linked to the production of phosphoric acid by a stoichiometric relation. For facilities production plant, repartition of impact between coproducts is not so easy. As mentioned before, the production of steam, electricity, demineralised water and sulphuric acid are performed on site. Sulphuric acid is produced by the combustion of liquid sulphur provided by oil refineries. Two different units produce both sulphuric acid and steam through the combustion of liquid sulphur but only one of them transforms a part of steam into electricity. Repartition of impact between sulphuric acid and steam can be achieved using a physical relation based on thermodynamic values which can be transformed into mass relation. For repartition between electricity, steam and sulphuric acid, the main difficulty is that electricity does not have a weight and a transformation into steam shall be achieved to use the same relationship that previously. This way of allocating is not very obvious for producers, even if it is the one recommended by the PCR. As electricity and steam are coproduced, an energetic allocation is also relevant and gives completely opposite results for repartition of impact of each product. In that case, sulphuric acid impact achieves a non-negligible part of the impact which modifies greatly results of phosphoric acid production. This is a problem when you know that environmental product declarations are used to compare products on environmental criteria, using mainly values of climate change or energy impacts. Producers are then reticent to publish such a value which can lead to a loss of customer confidence, even more when they occupy a leading position on the market and taking into account that a comparison with other producers is quite impossible. More specific guidelines should be set to indicate the best way to perform an environmental product declaration in specific fields using a specific way of allocation. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailDoes Belgian bioethanol comply with European Renewable Energy Directive ?
Belboom, Sandra ULg; Bodson, Bernard ULg; Léonard, Angélique ULg

Poster (2013, November)

The craze for biofuels has increased in recent years mainly to reduce greenhouse gas emissions and fossil fuel consumptions. The European Renewable Energy Directive (RED), published in 2009, defined ... [more ▼]

The craze for biofuels has increased in recent years mainly to reduce greenhouse gas emissions and fossil fuel consumptions. The European Renewable Energy Directive (RED), published in 2009, defined guidelines to assess carbon footprint of a biofuel depending on biomass source. It also provided generic values of GHG emissions relative to each step of the life cycle taking into account all steps from the cultivation to the end-of-life. These values are used to evaluate the sustainability of European biofuels depending on the used crops and the used transformation technology. This study, based on local crops cultivated in Belgium (sugar beet and wheat), compares specific Belgian values with European generic ones. Belgium yields for both crops are among the best of the continent. Specific Belgian values for fertilizers and pesticides are used. The transformation of wheat into bioethanol is modelled using industrial data. As recommended by the RED, no land use change is taken into account for Belgium. Greenhouse gas emissions induce by the life cycle of Belgium sugar beet bioethanol are similar to the ones mentioned in the European directive but impact repartition is different. In our case, the transformation step achieves a higher part of the impact. That can be explained by the higher cultivation yield. Belgian wheat bioethanol obtains better results than those mentioned by the European directive with a 9% higher reduction. Cultivation step is the major step for this impact. Importance of fertilizers consumptions and associated emissions are highlighted. The comparison of both bioethanols impacts for climate change category, using an energy basis, shows that wheat allows a higher reduction of GHG emissions than sugar beet. If the comparison is performed on a cultivated area basis, results are reversed and sugar beet achieves a twofold reduction compared with wheat. Sensitivity analyses are performed on the importance of N fertilizers and associated emissions and on energy consumptions relative to the transformation step. These analyses reveal non-negligible impact variations. A range of GHG reduction that can be reached using Belgian sugar beet and wheat bioethanol are then calculated. In any case, sugar beet does not achieve the amount of reduction given by the RED, while the opposite effect is shown for wheat with a reduction at least as high as the RED default value. These results indicate the importance of make use of specific values to assess the sustainability of bioethanol for a specific country using a specific crop and a specific technology. Further measurements and research about emission factors due to fertilizers application could improve the accuracy of our results. [less ▲]

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See detailEvaluation de l'impact environnemental de la production de bioéthanol à partir de canne à sucre, betterave ou froment par analyse du cycle de vie. Comparaison des utilisations biocarburant et bioplastique.
Belboom, Sandra ULg

Doctoral thesis (2013)

Cette thèse s’inscrit dans la démarche du développement durable avec la mise en évidence du pilier environnemental dans la prise de décision ou encore dans le choix de technologies. La méthode de ... [more ▼]

Cette thèse s’inscrit dans la démarche du développement durable avec la mise en évidence du pilier environnemental dans la prise de décision ou encore dans le choix de technologies. La méthode de l’Analyse du Cycle de Vie, de plus en plus incontournable, est au cœur de ce travail. Elle a été appliquée au domaine des cultures énergétiques. En effet, au vu de la diminution des ressources fossiles et de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, des mesures ont été prises par les dirigeants politiques pour tenter de trouver des solutions à ces problèmes. Une d’entre elles est l’exploitation des ressources renouvelables dont les cultures énergétiques font partie. Ces dernières ont principalement été utilisées pour la production de biocarburants grâce à la transformation de matières premières agricoles en bioéthanol ou biodiesel, ensuite incorporés dans l’essence ou le diesel fossile, respectivement. Ce travail ne considère que le bioéthanol, qui au-delà de son utilisation traditionnelle en tant que biocarburant, peut servir de matière première pour la production d’éthylène, monomère essentiel de l’industrie plastique. Le but de cette thèse consiste à évaluer l’impact environnemental associé à la production de bioéthanol produit à partir de canne à sucre, de betterave et de froment, et de deux de ses utilisations : biocarburant et bioplastique. L’Analyse du Cycle de Vie est utilisée pour déterminer les impacts environnementaux de chacun des scénarios envisagés afin de mettre en évidence la meilleure utilisation du bioéthanol produit, associée à une gestion optimale des sols, ressource également limitée. Le Chapitre I décrit le contexte général dans lequel se situe le travail, c’est-à-dire les préoccupations actuelles en relation avec l’épuisement de ressources fossiles, le changement climatique et la recherche de solutions durables. Le contexte énergétique mondial et européen y est présenté ainsi que la place des biocarburants de première génération sur le marché de l’énergie. La place du bioéthanol parmi les biocarburants est analysée ainsi que les matières premières utilisées à grande échelle. Ensuite, la compétition des terres se déroulant entre les domaines alimentaires et les applications énergétiques est envisagée. Ce chapitre met en évidence les limitations de l’utilisation des matières agricoles pour les biocarburants et montre également le potentiel du bioéthanol en tant que substitut au pétrole pour l’industrie plastique. Un inventaire des études et des principales caractéristiques relatives aux analyses du cycle de vie présentes dans la littérature est compilé. Il permet de mettre en évidence ce qui a déjà été étudié en ce qui concerne les matières premières ainsi que les deux utilisations envisagées pour le bioéthanol. Il pose ensuite les objectifs majeurs de ce travail et présente la structuration de ce dernier. Le Chapitre II présente la méthode de l’Analyse du Cycle de Vie qui est appliquée tout au long de ce travail. Les différentes étapes essentielles à son aboutissement ainsi que ses avantages et inconvénients y sont présentés. Les méthodes d’impact utilisées au cours de ce travail sont également explicitées et détaillées. La suite de ce chapitre s’applique à effectuer la revue de l’état de l’art quant à l’utilisation d’une catégorie permettant de prendre en compte l’utilisation et le changement d’affectation des sols. Cette catégorie peut être considérée comme essentielle dans le cas de cultures énergétiques. Ce paragraphe montre les divergences et les difficultés inhérentes à l’utilisation de cette catégorie. Il explicite ensuite la méthodologie développée par l’Union Européenne pour la prise en compte du changement d’affectation des sols entraînant des impacts pour la catégorie du changement climatique. Le Chapitre III regroupe les informations nécessaires à la modélisation de la culture de canne à sucre au Brésil, son transport entre le champ et l’unité industrielle ainsi que sa transformation en bioéthanol à partir du jus sucré. Un état de l’art de la littérature a été réalisé afin de déterminer une moyenne d’inventaire à utiliser. L’impact environnemental de la culture d’un hectare de canne à sucre est alors présenté suivi par la mise en évidence du changement d’affectation des sols sur les résultats. Ensuite, l’impact environnemental du transport de la canne à sucre jusqu’au lieu de transformation a été évalué. Finalement, l’évaluation environnementale de la production de bioéthanol à partir de jus a été réalisée avec la mise en évidence des étapes prépondérantes dans l’impact environnemental. Un autre résultat à noter est le gain important provenant de l’utilisation de la bagasse à la place des combustibles fossiles dans les chaudières. Différentes analyses de sensibilité ont été réalisées telles que la variation du rendement et le type d’allocation envisagée pour les coproduits du bioéthanol. Cela a permis de mettre en évidence l’importance du rendement de production, de la quantité d’intrants et des pratiques agricoles sur les résultats. Cela montre le besoin de transparence quant à l’inventaire permettant de modéliser l’étape de culture. Le Chapitre IV est consacré à une matière première plus régionale : la betterave sucrière. La collecte des informations nécessaires à la modélisation de sa culture, sur le sol belge mais également en Ukraine est réalisée. La modélisation de ces deux scénarios a permis de mettre en évidence l’importance des pratiques agricoles et du rendement associé dans les impacts environnementaux obtenus. Le changement direct d’affectation des sols a également été pris en compte en ce qui concerne les cultures ukrainiennes, les terres belges n’étant pas suffisamment disponibles pour subir une expansion de cultures. Néanmoins, un changement indirect d’affectation des sols a été pris en compte pour la Belgique qui ne pourra faire face seule à une augmentation de la demande et devra recourir à l’importation. L’étape de transport de la betterave entre le champ et le lieu de transformation a été étudiée et son impact a été évalué. La production de bioéthanol à partir de jus ou lors d’une production combinée avec le sucre a été analysée d’un point de vue environnemental amenant à des résultats similaires avec l’utilisation d’une allocation énergétique. Des analyses de sensibilité ont également été réalisées à ce stade mettant en évidence l’importance du rendement de culture et des quantités d’intrants, ce qui a déjà été révélé lors de l’analyse des impacts de la culture de la canne à sucre. Le Chapitre V réalise l’état de l’art de la culture de froment sur le sol belge mais également en Ukraine. La culture d’un hectare de froment a été traitée afin de mettre en évidence les étapes importantes ainsi que les points d’amélioration de l’impact environnemental. Le changement direct d’affectation des sols est en tout point identique à celui pris en compte pour la betterave sucrière, les sols étant supposés identiques. Le changement indirect d’affectation des sols dû à une demande importante de froment en Belgique a également été modélisé pour mettre en évidence les conséquences d’une augmentation de la consommation en froment pour la production de bioéthanol. Le transport du froment a été étudié de deux manières. Tout d’abord, un transport local a été supposé pour la Belgique. Ensuite, le transport de la matière première depuis l’Ukraine jusqu’en Belgique, supposée être le lieu de transformation, a également été modélisée. Pour la production de bioéthanol, les deux technologies de production ont été envisagées. La modélisation de la technologie « Wet Milling » a été réalisée sur base de données industrielles alors que le « Dry Milling » a été modélisé sur base de données de la littérature. Cela a permis de comparer les deux technologies. La différence majeure est l’utilisation d’une partie du froment comme combustible pour permettre une diminution de la consommation énergétique lors de l’utilisation de la technologie « Wet Milling », ce qui lui donne un avantage certain. Tout comme pour les chapitres précédents, des analyses de sensibilité ont été réalisées, mettant en évidence l’importance des quantités d’intrants pour l’étape de culture, du rendement mais également des allocations utilisées pour les coproduits. Le Chapitre VI présente les deux utilisations du bioéthanol étudiées et comparées dans ce travail à savoir la filière « biocarburant (E5 et E85) » ou « bioplastique ». La première partie du chapitre est consacrée aux biocarburants qui sont implémentés à hauteur de 5% ou de 85% en volume dans l’essence. Une partie théorique présente les conséquences relatives à cette implémentation ainsi que l’étape supplémentaire de déshydratation de l’éthanol obtenu précédemment en éthanol anhydre. La modélisation est ensuite réalisée et six scénarios sont obtenus sur base des trois matières premières décrites dans les chapitres précédents et ce, pour les deux types de mélange. Ces scénarios, en plus de mettre en relief les différences entre matières premières, montrent également l’impact des hypothèses de lieu de production ainsi que de transport. Les étapes prépondérantes des scénarios agricoles sont mises en évidence pour chaque catégorie d’impact ainsi que leur comparaison avec la filière classique. À la suite de cette étude sur les biocarburants, l’application bioproduit est envisagée avec la déshydratation catalytique du bioéthanol en bioéthylène suivie de sa polymérisation en Polyéthylène Haute Densité (HDPE). Neuf scénarios sont alors envisagés, également basés sur la canne à sucre, la betterave et le froment mais variant les possibilités de transport et l’origine des matières premières. Les étapes prépondérantes à chaque scénario ont été mises en évidence et la comparaison avec les polymères fossiles a été réalisée. À la suite de ces comparaisons, des scénarios ont dû être écartés, consommant plus de ressources fossiles et émettant plus de gaz à effet de serre que les filières fossiles. Ce chapitre présente aussi la comparaison des deux utilisations en se basant sur un hectare de terre disponible et le gain obtenu par rapport à la filière fossile. Cela permet de mettre en évidence, sur nos terres limitées, l’application à favoriser d’un point de vue environnemental. Des analyses de sensibilité mettant en évidence les impacts du changement de méthode d’évaluation d’impact, les impacts relatifs aux économies d’échelle ou encore aux perspectives d’avenir ont permis d’évaluer les limites de validité de nos résultats. Des analyses d’incertitude basées sur la méthode de Monte Carlo ont également été réalisées afin de montrer la robustesse des résultats obtenus, pratique qui n’est pas courante dans le domaine de l’Analyse du Cycle de Vie. Le travail se termine par une conclusion rassemblant l’ensemble des résultats et proposant des perspectives d’avenir dans le domaine de l’Analyse du Cycle de Vie appliqué à des procédés basés sur des matières premières agricoles. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailComparing technologies for municipal solid waste management using life cycle assessment methodology: a Belgian case study
Belboom, Sandra ULg; Digneffe, Jean-Marc; Renzoni, Roberto ULg et al

in International Journal of Life Cycle Assessment (2013), 18(8), 1513-1523

Purpose The present study aims at identifying the best practice in residual municipal solid waste management using specific data from Liège, a highly industrialized and densely populated region of Belgium ... [more ▼]

Purpose The present study aims at identifying the best practice in residual municipal solid waste management using specific data from Liège, a highly industrialized and densely populated region of Belgium. We also illustrate the importance of assumptions relative to energy through sensitivity analyses and checking uncertainties regarding the results using a Monte Carlo analysis. Methods We consider four distinct household waste management scenarios. A life cycle assessment is made for each of them using the ReCiPe method. The first scenario is sanitary landfill, which is considered as the base case. In the second scenario, the refuse-derived fuel fraction is incinerated and a sanitary landfill is used for the remaining shredded organic and inert waste only. The third scenario consists in incinerating the whole fraction of municipal solid waste. In the fourth scenario, the biodegradable fraction is collected and the remaining waste is incinerated. The extracted biodegradable fraction is then treated in an anaerobic digestion plant. Results and discussion The present study shows that various scenarios have significantly different environmental impact. Compared to sanitary landfill, scenario 4 has a highly reduced environmental impact in terms of climate change and particulate matter formation. An environmental gain, equal to 10, 37, or 1.3 times the impact of scenario 1 is obtained for, respectively, human toxicity, mineral depletion, and fossil fuel depletion categories. These environmental gains are due to energetic valorization via the incineration and anaerobic digestion. Considering specific categories, greenhouse gas emissions are reduced by 17 % in scenario 2 and by 46 % in scenarios 3 and 4. For the particulate matter formation category, a 71 % reduction is achieved by scenario 3. The figures are slightly modified by the Monte Carlo analysis but the ranking of the scenarios is left unchanged. Conclusions The present study shows that replacing a sanitary landfill by efficient incineration significantly reduces both emissions of pollutants and energy depletion, thanks to electricity recovery. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailImportance of LUC and ILUC on the carbon footprint of bioproduct:case of bio-HDPE
Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

in International seminar on society and materials (2013)

Due to the depletion of fossil fuels and the increase of greenhouse gas emissions, solutions are needed to replace petrol based products. As a consequence, the number of biobased products developed using ... [more ▼]

Due to the depletion of fossil fuels and the increase of greenhouse gas emissions, solutions are needed to replace petrol based products. As a consequence, the number of biobased products developed using agricultural feedstock is continuously increasing. This study focuses on the carbon footprint of bio-HDPE produced either from Brazilian sugar cane or Belgian sugar beet. The goal of this study is to compare the carbon footprint of bio-HDPE with the fossil one, taking into account the effect of land use change. Common boundaries of the agricultural systems comprise the cultivation step for both crops, i.e. sugar cane and sugar beet, with all associated energy and fertilizer consumptions, the transportation step from field to the industrial plant, the sugar crops transformation into hydrate bioethanol, the by-products valorisation, the dehydration and polymerization steps and the HDPE incineration as end of life issue. Fossil scenario includes the production of ethylene, its polymerization and its incineration. When comparing the entire life cycle of bio and fossil HDPE, the GHG emissions are lower for the biobased product which is the willing effect. This result is only valid if no Land Use Change (LUC) or Indirect Land Use Change (ILUC) effect appears. To assess the environmental impact of the deforestation or of the transformation of a pasture into a field, the EC-Guidelines from the European Union were used in order to calculate the CO2 emissions depending on several parameters. For sugar cane, LUC consists in the transformation of pastures into fields in the region of Sao Paulo in Brazil. Three scenarios can be developed based on different agricultural practices for pasture and field (tillage and fertilizers inputs): the best, the worst and the average. The best case leads to a supplementary environmental gain. The worst and average achieve additional emissions. A payback time, considering the time needed to find again an environmental gain compared to the fossil counterpart, was calculated for the average scenario which is equal to 12 years. The ILUC effect for sugar cane is assumed to be deforestation due to the transformation of forest into pasture induced by the previous LUC effect. The rate of deforestation can vary between 16% or 100% depending on used statistics and leads to a payback time of respectively 26 and 101 years. For sugar beet, no LUC is considered. Indeed, no land expansion is available in Belgium due to small available areas. In the case of an increase of bioplastics production, Belgium should import sugar beet from neighboring countries which can induce ILUC. In this study, sugar beet is assumed to be provided by the Netherlands on pastures previously transformed into fields. The average scenario implies a payback time of 8 years. This study permits to highlight the importance of LUC and ILUC especially for energetic crops dedicated to replace fossil products. This effect can reverse expected results and induce long payback times. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailWhat is the best use of sugar crops? Environmental assessment of two applications : biofuels vs. bioproducts
Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

in [avniR] editions (Ed.) LCA Conference 2012 - Proceedings of the 2nd international conference on life cycle approaches (2012, November)

Agricultural crops became through years a possibility to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel. The ... [more ▼]

Agricultural crops became through years a possibility to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel. The development of biofuels production is more recent in Europe. Due to temperate climates, bioethanol production is mostly based on wheat and sugar beet, this latter being considered as the ‘equivalent’ sugar crop to sugar cane for Europe. Biofuel is the most common application of bioethanol but its transformation into bioethylene through a dehydration step can be an alternative as already found in Brazil. This paper will consider both potential uses and compare them using Life Cycle Assessment methodology. Common boundaries of the systems comprise the cultivation step for both crops, i.e. sugar cane and sugar beet, with all associated energetic and fertilizer consumptions, the transportation step from field to the industrial plant, the sugar crops transformation into hydrate bioethanol and the by-products valorisation. For the biofuel scenario, a dehydration step using molecular sieve is added to get anhydrous bioethanol. For the bioethylene scenario, an industrial dehydration step is added. Direct comparison between both scenarios is not possible due to different products uses. The comparison was then performed for both scenarios between the bio-based product and its fossil equivalent. ReCiPe 2008 method was used to get the environmental impacts. As expected, the impact of bio-based products in climate change and fossil fuel depletion categories decreases compared to the fossil counterparts. For other categories, difference is less significant and results are often better for fossil products. Land use change category was implemented to assess its importance. Depending on assumptions, the greenhouse gas emissions from crop implementation on a natural land can counteract the previous mentioned benefits. This study shows the importance of assumptions, especially in the agricultural field, on the obtained results. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailWhat is the best use of sugar crops? Environmental assessment of two potential applications : biofuels vs. bioproducts
Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

Conference (2012, November)

Agricultural crops became through years an attractive option to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel ... [more ▼]

Agricultural crops became through years an attractive option to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel. The development of biofuels production is more recent in Europe. Due to temperate climates, bioethanol production is mostly based on wheat and sugar beet, this latter being considered as the ‘equivalent’ sugar crop to sugar cane for Europe. Biofuel is the most common application of bioethanol but its transformation into bioethylene through a dehydration step and then its polymerization into bioplastic can be an alternative as already found in Brazil. This paper will consider both potential uses and compare them using Life Cycle Assessment methodology. Common boundaries of the systems comprise the cultivation step for both crops, i.e. sugar cane and sugar beet, with all associated energetic and fertilizer consumptions, the transportation step from field to the industrial plant, the sugar crops transformation into hydrate bioethanol, the by-products valorisation and the specific end-of-life. For the biofuel scenario, a dehydration step using molecular sieve is added to get anhydrous bioethanol. For the bioethylene scenario, industrial dehydration and polymerization steps are added. Direct comparison between both scenarios is not possible due to different products uses. The comparison was then performed for both scenarios between the bio-based product and its fossil equivalent. ReCiPe 2008 method was used at midpoint level to get the environmental impacts. As expected, the impact of bio-based products in climate change and fossil fuel depletion categories decreases compared to the fossil counterparts. For other categories, difference is less significant and results are often better for fossil products. Land use change impact was implemented to assess its importance. Depending on assumptions, the greenhouse gas emissions from crop implementation on a natural land can counteract the previous mentioned benefits. To get an idea of the performance of each considered bioethanol use, a single score relative to the amount of sugar cane and sugar beet cultivated on one hectare was calculated using the endpoint level of ReCiPe 2008 methodology. The environmental gain was then evaluated comparing the bio-based product use with the classical one. The highest performance was obtained for the bioplastic scenario based on sugar cane followed by the sugar beet bioplastic. The E5 biofuel based on sugar beet reaches a slightly lower gain. The E85 fuel obtains less gain due to the higher amount of biofuel needed to drive the same distance as using fossil fuel. When taking the land use change into account, the best gain is given by the sugar beet bioplastic. On the one hand, this study shows the importance of assumptions, especially in the agricultural field, on the obtained results. On the other hand, it points out that considering bioethanol as a chemical intermediate and not a fuel can be better from an environmental point of view. [less ▲]

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See detailWhat is the best use of sugar crops? Environmental assessment of two applications : biofuels vs. bioproducts
Belboom, Sandra ULg; Léonard, Angélique ULg

Poster (2012, November)

Agricultural crops became through years a possibility to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel. The ... [more ▼]

Agricultural crops became through years a possibility to increase European energy independence. Brazil has taken this opportunity since the seventies by using sugar cane bioethanol as vehicle fuel. The development of biofuels production is more recent in Europe. Due to temperate climates, bioethanol production is mostly based on wheat and sugar beet, this latter being considered as the ‘equivalent’ sugar crop to sugar cane for Europe. Biofuel is the most common application of bioethanol but its transformation into bioethylene through a dehydration step can be an alternative as already found in Brazil. This paper will consider both potential uses and compare them using Life Cycle Assessment methodology. Common boundaries of the systems comprise the cultivation step for both crops, i.e. sugar cane and sugar beet, with all associated energetic and fertilizer consumptions, the transportation step from field to the industrial plant, the sugar crops transformation into hydrate bioethanol and the by-products valorisation. For the biofuel scenario, a dehydration step using molecular sieve is added to get anhydrous bioethanol. For the bioethylene scenario, an industrial dehydration step is added. Direct comparison between both scenarios is not possible due to different products uses. The comparison was then performed for both scenarios between the bio-based product and its fossil equivalent. ReCiPe 2008 method was used to get the environmental impacts. As expected, the impact of bio-based products in climate change and fossil fuel depletion categories decreases compared to the fossil counterparts. For other categories, difference is less significant and results are often better for fossil products. Land use change category was implemented to assess its importance. Depending on assumptions, the greenhouse gas emissions from crop implementation on a natural land can counteract the previous mentioned benefits. This study shows the importance of assumptions, especially in the agricultural field, on the obtained results. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailWaste management evolution through years: evaluation of improvement using Life Cycle Assessment methodology
Belboom, Sandra ULg; Renzoni, Roberto ULg; Digneffe, Jean-Marc et al

Conference (2012, September)

Waste is considered as a major concern of our century. New technologies and attempts to improve appeared through years. The goal of this study was to evaluate the improvement of waste management through ... [more ▼]

Waste is considered as a major concern of our century. New technologies and attempts to improve appeared through years. The goal of this study was to evaluate the improvement of waste management through the last forty years. Four steps of time and of technologies of waste treatment were evaluated in an environmental point of view using the life cycle assessment methodology. The first scenario is situated before 1970 with waste landfilling in an open dump without recuperation and valorization of gas. The second one considers the situation between 1990 and 2008 with a plant comprising grinding and sorting of waste to obtain refused derived fuel fraction (RDF) which was burnt in an incinerator, remaining waste being sent to sanitary landfill with recuperation and valorization of gas in electricity. The third one is the current one, in operation since 2009, with incineration of the whole of the residual municipal waste. The last scenario is about future considering the current installation and adding a biomethanation plant using the collected biodegradable fraction of household waste. This environmental evaluation was performed in accordance with the ISO standards 14040 and 14044 and the environmental impacts were calculated with the ReCiPe methodology. We modeled a specific plant situated in Liege using its technical and environmental reports to be as realistic as possible. Main result of this study is the improvement through years starting from the important environmental impact for the landfilling of waste in an open dump to an environmental gain for some categories with the current installation coupled with biomethanation. Global warming impact from the eighties was reduced by 9 in the years 1990-2008 and by 14 for the current scenario alone or coupled with a biomethanation plant. Some sensitivity analyses were used to evaluate the strength of assumptions with for example using a consequential LCA instead of an attributional one and modifying the electricity origin mix. An uncertainty analysis using Monte-Carlo method showed the robustness of our results. This study confirms the environmental improvement of technologies and emissions of waste management through years. [less ▲]

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See detailLes fiches de déclaration environnementale de produits en pierre naturelle belge : un outil indispensable pour l’amélioration de l’impact environnemental de l’exploitation des carrières
Belboom, Sandra ULg; Misonne, Benoit; Tourneur, Francis ULg et al

Conference given outside the academic context (2012)

Afin d’évaluer le caractère environnemental d’un matériau, des outils d’évaluation existent. Le plus complet est l’Analyse du Cycle de Vie qui est une méthodologie normée internationalement (ISO 14040 ... [more ▼]

Afin d’évaluer le caractère environnemental d’un matériau, des outils d’évaluation existent. Le plus complet est l’Analyse du Cycle de Vie qui est une méthodologie normée internationalement (ISO 14040-14044) permettant d’obtenir l’impact environnemental d’un produit tout au long de son cycle de vie. Les résultats d’une telle étude peuvent être déclinés pour obtenir une fiche de déclaration environnementale des produits étudiés, permettant d’illustrer l’impact des différentes étapes sur l’environnement. Ces fiches ont également pour but la comparaison environnementale de produits ayant la même application. Notre étude est basée sur l’évaluation environnementale de produits en pierre naturelle, à savoir la pierre bleue et le grès à travers divers produits finis. Le but premier de cette étude est de mettre en évidence les étapes responsables du plus grand impact environnemental pour chaque produit et ainsi permettre à la carrière étudiée de revoir ses positions et de modifier certaines lignes de conduite afin d’améliorer les impacts environnementaux obtenus. Au vu de la compétition asiatique régnant sur le marché des pierres naturelles, un volet supplémentaire de l’étude a été consacré à l’évaluation de l’impact environnemental des concurrents directs des produits mentionnés ci-dessus. Pour conclure, l’Analyse du Cycle de Vie va devenir, au fil des années, une démarche incontournable à étendre à chaque carrière, et à la production de matériaux de construction au sens large, afin de leur donner les ressources nécessaires pour relever le défi du développement durable. [less ▲]

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