Millaisia menetelmiä arvoketjun luontojalanjäljen arvioimiseksi on?

Luontojalanjäljen arviointiin on olemassa lukuisia erilaisia menetelmiä, ja niiden tieteellinen kehitys on ollut kiivasta viime vuosien aikana. Yleisimmin käytössä olevat menetelmät luontojalanjäljen laskemiseksi pohjaavat elinkaariarviointiin (life cycle assessment, LCA), ympäristölaajennettuun panos-tuotosanalyysiin (environmentally extended input-output analysis, EEIO) tai näiden kahden yhdistelmiin, joista käytetään tyypillisesti nimitystä hybridi-LCA (hybrid life cycle assessment)¹. Käydään seuraavaksi läpi mainittujen menetelmien toimintaperiaatteita.

Elinkaariarviointi (LCA)

Elinkaariarviointi tarkoittaa tuotteen, palvelun tai prosessin koko elinkaaren aikaisten ympäristövaikutusten arviointia laskentaan perustuen². Elinkaariarviointi on suosituin menetelmä tuotteiden kulutuksesta ja tuotannosta syntyvien ympäristövaikutusten arvioinnissa. Tuotteen elinkaari on monivaiheinen, alkaen raaka-aineiden tuotannosta ja päättyen monien välivaiheiden jälkeen johonkin tuotteen käytöstä poistamisen vaihtoehdoista (jätteenkäsittely, kierrätys, uudelleenkäyttö tai uudelleenvalmistus). Tuotteen elinkaaren muita vaiheita ovat esimerkiksi suunnittelu, tuotanto, markkinointi, myynti ja käyttö (Kuva 1).




Kuva 1. Tuotteen elinkaaren eri vaiheita. Kuva: muokattu Ecoinventin verkkosivulta


Elinkaariarviointi koostuu tyypillisesti neljästä vaiheesta (ISO14040:2006), jotka on esitetty alla olevassa kuvassa (Kuva 2). Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa määritellään arvioinnin kattavuus, toisin sanoen, mitä asioita tutkimuksessa tarkastellaan ja tutkimuksen tavoite. Ensimmäisessä vaiheessa määritellään esimerkiksi, mitä luontohaitan ajureita analyysiin sisällytetään sekä pyritään tunnistamaan analyysin rajoitteet ja oletukset³. Rajoitteilla tarkoitetaan tässä yhteydessä esimerkiksi toimintaa koskevan datan puutteellisuutta ja oletuksilla puolestaan esimerkiksi oletusta siitä, kuinka pitkään jokin tuote on käytössä ennen kuin se tulee elinkaarensa päähän. Elinkaariarvioinnin toisessa vaiheessa (life cycle inventory, LCI) hankitaan analyysia varten tarvittava aineisto³, josta käytetään kurssin teksteissä myös termiä data.

Kuva 2. Elinkaariarvioinnin neljä vaihetta. Kuva: suomennettu lähteestä Verones, F., Huijbregts, M., Azevedo, L., Chaudhary, A., Cosme, N., de Baan, L., Fantke, P., Hauschild, M., Henderson, A., Jolliet, O., Mutel, C., Owsianiak, M., Pfister, S., Preiss, P., Roy, P.-R., Scherer, L., Steinmann, Z., van Zelm, R., Van Dingenen, R., van Goethem, T., Vieira, M. & Hellweg, S. 2020. LC-IMPACT Version 1.0 - A spatially differentiated life cycle impact assessment approach. https://www.lc-impact.eu/doc/LC-IMPACT_Overall_report_20201113.pdf 

Elinkaariarvioinnin kolmas vaihe on vaikutusten arviointi (LCIA, life cycle impact assessment), jossa luontohaitan ajureista hankituista tiedoista lasketaan potentiaaliset luontohaitat jossakin sijainnissa³. Vaikutusten arvioinnin tulos ilmoitetaan ajurin yksikköä kohti, esimerkiksi luontohaittojen määränä kohti kilogrammaa kasvihuonekaasupäästöjä (luontohaitta/kg CO₂e). CO₂e eli hiilidioksidiekvivalentti on esimerkki ajurin yhteismitallisesta yksiköstä, joka muuntaa kaikkien kasvihuonekaasujen määrät lämmittävältä vaikutukseltaan vastaavaksi hiilidioksidin määräksi ilmakehässä.

Vaikutusten arviointiin on tarjolla paljon erilaisia menetelmiä (mm. ReCiPe, LC-IMPACT), ja ne voivat keskittyä yksittäiseen tai useampaan luontohaitan ajuriin (impact categories), joita ovat siis esimerkiksi ilmastonmuutos, maankäyttö ja vedenkäyttö (Kuva 3). Vaikutusten arvioinnin menetelmät perustuvat syy-seuraussuhteisiin päästön tai kulutettujen resurssien ja luontohaitan ajurien välillä³. Vaikutuskategorioita yhdistetään useassa menetelmässä vielä niin kutsuttuihin haittakategorioihin (engl. damage categories tai areas of protection), joita voivat olla vaikutustenarvioinnin menetelmissä esimerkiksi ekosysteemin tila, ihmisen terveys ja luonnonvarojen riittävyys³. Luontojalanjälkeä tutkittaessa edellä mainituista haittakategorioista huomioidaan vain ekosysteemin laatu, sillä luontojalanjäljen arvioinnissa ei oteta kantaa muihin kuin luontovaikutuksiin.

Kuva 3. Luontohaitan ajurit aiheuttavat muutoksen ekosystemien tilassa. Kuva: suomennettu lähteestä Verones, F., Huijbregts, M., Azevedo, L., Chaudhary, A., Cosme, N., de Baan, L., Fantke, P., Hauschild, M., Henderson, A., Jolliet, O., Mutel, C., Owsianiak, M., Pfister, S., Preiss, P., Roy, P.-R., Scherer, L., Steinmann, Z., van Zelm, R., Van Dingenen, R., van Goethem, T., Vieira, M. & Hellweg, S. 2020. LC-IMPACT Version 1.0 - A spatially differentiated life cycle impact assessment approach. https://www.lc-impact.eu/doc/LC-IMPACT_Overall_report_20201113.pdf 

Nykyiset vaikutusten arvioinnin menetelmät eivät vielä pysty huomioimaan jokaista viidestä merkittävimmästä luontohaitan ajurista, mutta niistä erityisesti maankäyttö sisältyy suurimpaan osaan menetelmistä⁴. Sen lisäksi edistyneimmät menetelmät huomioivat esimerkiksi seuraavia ajureita: vedenkäyttö, kasvihuonekaasupäästöt sekä toksiset, happamoittavat ja ravinteiden päästöt⁴. Vaikutusten arvioinnin menetelmiä kehitetään tiedeyhteisöissä aktiivisesti muun muassa vaikutusreittien osalta³. Vaikutusreittien avulla tutkitaan ajureiden määrän lisäystä. Vaikutusreiteillä havainnollistetaan luontohaitan ajurin kiihtymiseen johtavat syy-seuraussuhteet ja niiden aikaansaamat muutokset ekosysteemeissä ja ekosysteemien monimuotoisuudessa. Esimerkiksi erään arviointitavan mukaan vaikutusreitti ilmastonmuutokselle on alla olevan kuvan mukainen (Kuva 4).

Kuva 4. Esimerkki LC-IMPACT-menetelmän vaikutusreitistä ilmastonmuutokselle. Kuva: suomennettu lähteestä Verones, F., Huijbregts, M., Azevedo, L., Chaudhary, A., Cosme, N., de Baan, L., Fantke, P., Hauschild, M., Henderson, A., Jolliet, O., Mutel, C., Owsianiak, M., Pfister, S., Preiss, P., Roy, P.-R., Scherer, L., Steinmann, Z., van Zelm, R., Van Dingenen, R., van Goethem, T., Vieira, M. & Hellweg, S. 2020. LC-IMPACT Version 1.0 - A spatially differentiated life cycle impact assessment approach. https://www.lc-impact.eu/doc/LC-IMPACT_Overall_report_20201113.pdf 

Paikallisten luontovaikutusten paremmalla huomioinnilla on keskeinen rooli vaikutusten arvioinnin menetelmien kehitystyössä. Kuten olemme oppineet sijainti vaikuttaa merkittävästi siihen, millaisia vaikutuksia tarkasteltavalla toiminnalla on lajeihin ja luontotyyppeihin, luonnon ollessa erilaista eri paikoissa. Esimerkiksi ilmastonmuutoksen laskennassa on tunnistettu tarve huomioida keskilämpötilojen nousun aiheuttamien vaikutusten paikallisuus sen sijaan, että ilmastonmuutoksen oletettaisiin aiheuttavan samanlaisia vaikutuksia paikasta riippumatta⁵. On totta, että ilmasto on yhteinen koko maapallolle, mutta ilmastonmuutoksella on paikallisesti eri suuruisia vaikutuksia monimuotoisuuteen, mikä tarkoittaa, että esimerkiksi pohjoisilla leveysasteilla se voi aiheuttaa tulvien lisääntymistä kun taas lähempänä päiväntasaajaa voimakkaampia kuivuuskausia⁵. Luontohaittojen voimakkuus riippuu myös paikallisen luonnon haavoittuvuudesta ilmastonmuutoksen vaikutuksille, mikä vaihtelee maantieteellisesti esimerkiksi lajiston koostumuksen mukaan⁵. Osassa vaikutustenarvioinnin menetelmistä pystytään jo tekemään maantieteellistä erittelyä (engl. spatial differentiation) eli tulosten laskentaa aluekohtaisesti lisäämällä malleihin paikkasidonnaisia kertoimia³.

Neljäs ja viimeinen vaihe elinkaariarvioinnin menetelmissä on tulosten tulkinta, jossa tarkastellaan kriittisesti analyysin tuloksia. Mitkä vaikutuskategoriat korostuvat? Millaisia tulokset ovat suhteessa menetelmän ensimmäisessä vaiheessa asetettuihin tavoitteisiin ja tutkimuksen kattavuuteen? Millaisia epävarmuuksia käytettyyn aineistoon ja sen analysointiin liittyy? Muun muassa näiden kysymysten käsittely on tärkeää arvoketjun luontojalanjäljen laskennan jälkipyykkiä ja johdattaa tekijänsä analyysin merkittävimpien johtopäätösten äärelle sekä mahdollistaa tulosten asianmukaisen viestinnän.

Kerrataan elinkaariarvioinnin vaiheistusta vielä alla olevan kuvan (Kuva 5) avulla.

• Organisaation toiminta: Elinkaariarviointi aloitetaan päättämällä, mitä tutkitaan. On siis päätettävä, mitkä osa-alueet esimerkiksi yrityksen toiminnasta sisällytetään analyysiin (systeemirajaus).
• Lähtötiedot: Tämän jälkeen etsitään laskentaa varten tarvittavat tiedot valituista toiminnan osa-alueista.
• Midpoint: Sitten lasketaan kerättyjen tietojen avulla kunkin ajurin lisäyksen aiheuttamat vaikutukset luontohaitan ajurin yksikköä kohti. Näistä tuloksista käytetään myös englanninkielistä termiä midpoints, ja niiden laskemiseen käytetään vaikutustenarvioinnin menetelmiä.
• Ajureista luontovaikutuksiin: Vaikutustenarvioinnin menetelmissä midpoint-tulosten perusteella lasketaan vielä eri ajureiden (esim. maankäyttö, ilmastonmuutos ja saasteet) haitat luonnon monimuotoisuudelle jossakin sijainnissa.
• Endpoint: Elinkaariarvioinnin tulosta eli haittaa luonnon monimuotoisuudelle nimitetään puolestaan englannin kielessä termillä endpoints. Monimuotoisuuden muutokset ilmoitetaan ajurille soveltuvassa yksikössä. Tämän jälkeen toiminnan luontojalanjälki on mahdollista määrittää kokonaisuudessaan kaikkien eri ajureiden tulosten perusteella.
• Arvioinnin lopuksi on syytä panostaa tulosten tulkintaan.

Kuva 5. Luontojalanjäljen määrittäminen LCA-menetelmillä – havainnollistus prosessista. Kuva: suomennettu lähteestä Bromwich, T., White, T., Bouchez, A., Hawkins, I., zu Ermgassen, S., Bull, J., Bartlett, H., Bennun, L., Biggs, E., Booth, H., Clark, M., El Geneidy, S., Prescott, G., Sonter, L., Starkey, M. & Milner-Gulland, E. 2025. Navigating uncertainty in life cycle assessment-based approaches to biodiversity footprinting. Methods in Ecology and Evolution published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of British Ecological Society. https://doi.org/10.1111/2041-210X.70001

Ympäristölaajennettu panos-tuotosanalyysi (EEIO)

Elinkaariarvioinnin ohella luontojalanjäljen arvioinnissa yleisesti käytettävä menetelmä on ympäristölaajennettu panos-tuotosanalyysi (environmentally extended input-output analysis, EEIO)¹. Sitä hyödynnetään pääosin organisaatioiden tai jopa valtioiden laajuisiin ympäristövaikutusten arviointeihin. Talouskirjanpitoon perustuvassa luontojalanjäljen laskennassa panos-tuotosmenetelmiä käytetään selvittämään toiminnasta syntyneet luontohaitat kulutettua rahamäärää kohti. Ympäristölaajennettu panos-tuotosanalyysi mahdollistaa siis tilikirjanpitoon perustuvan luontojalanjäljen laskennan, sillä se yhdistää rahan kulutuksen ympäristövaikutuksiin, esimerkiksi kasvihuonekaasupäästöihin ja maankäytön muutoksiin. Kuten elinkaariarvioinnin tapauksessa, panos-tuotosmenetelmien avulla kyetään arvioimaan kulutuksesta aiheutuvia ja arvoketjuissa syntyviä luontovaikutuksia.

EE-MRIO-menetelmissä (engl. environmentally extended multi-regional input-output analysis) mukaan tuodaan myös valtioiden välinen ulottuvuus. EE-MRIO-menetelmissä (joiden kattotermi EEIO on) mallinnetaan eri sektoreiden raha- ja materiaalivirtoja valtioiden välillä sekä niihin linkittyviä ympäristövaikutuksia⁷. Tietoa luontojalanjäljen laskemiseksi kyseisillä menetelmillä löytyy avoimista tietokannoista (mm. EXIOBASE, Eora, GTAP ja WIOD), jotka sisältävät kattavasti aineistoa eri valtioiden ja alueiden välisistä vienti- ja tuontivirroista sekä viennistä ja tuonnista aiheutuvien luontohaittojen toimialakohtaisista ajureista⁷.

Panos-tuotosmenetelmillä voidaan vastata kahdenlaisiin tavoitteisiin⁸. Ensinnäkin niiden avulla voidaan laskea sellaisia luontohaittoja, joka ovat seurausta tuotteen ostamisesta, mutta toteutuvat jo tätä aiemmin arvoketjussa (esim. raaka-aineiden ja materiaalien hankinta)⁸. Toisekseen menetelmät soveltuvat valtioiden välisessä kaupassa syntyvien luontohaittojen määrittämiseen valtion vienti- ja tuontivirtojen perusteella⁸.

Hahmotellaan EE-MRIO-menetelmien käyttöä jakamalla prosessi kolmeen osa-alueeseen, jotka ovat:
1.    kansallisen panos-tuotostaulukon laatiminen (engl. input-output table, selitetty alla)
2.    panos-tuotos-taulukon laajentaminen tiedoilla kahdenvälisistä kaupoista (valtioiden väliset vienti- ja tuontivirrat)
3.    taloudellisten tietojen laajennus ympäristötilien perusteella

Ensimmäisessä vaiheessa EE-MRIO-menetelmissä laaditaan niin kutsuttuja panos-tuotostaulukoita (input-output tables), joissa esitetään rahavirrat (tai resurssivirrat) eri teollisuuden alojen välillä yhteiskunnassa⁹. Taulukko on siis matriisi, jonka riveillä ovat tyypillisesti jonkin maan kaikki teollisuuden alat allekkain. Riveillä on esitetty näiden teollisuuden alojen tuotantoprosessien tuotokset (outputs) eli niiden markkinoille tuottamat tuotteet, mukaan lukien vienti. Sarakkeissa ovat puolestaan panokset (inputs) eli tuotannon vaatimat panokset muilta teollisuuden aloilta, mukaan lukien tuonti. Panoksilla tarkoitetaan siis tuotteita, jotka ostetaan muilta teollisuuden aloilta, jotta saadaan tuotettua tietynlaisia tuotteita tarkastelun kohteena olevalla teollisuuden alalla. Tiivistäen voidaan siis sanoa, että rivit kertovat jonkin teollisuuden alan roolista tuottajana, kun taas sarakkeet kertovat kulutuksesta kyseisellä alalla⁹. Taulukoista selviää usein muitakin asioita, kuten arvonlisä, verot, tuet ja tuotteiden lopullinen kulutus, ja kattavasta panos-tuotos-taulukosta saakin hyvän yleiskuvan kaikesta liiketoiminnasta jossakin valtiossa⁹.

Toisessa vaiheessa kansallisista panos-tuotostaulukoista tehdään alueiden välisiä lisäämällä niihin tietoja valtioiden välisistä vienti- ja tuontivirroista⁹. Kansainvälisen kaupan tietoja sisältävistä taulukoista voidaan siis nähdä, miten jonkin valtion teollisuuden alan vienti käytetään tuontina muissa maissa⁹. Valtioiden välisistä taulukoista saadaan yleiskäsitys maailmankaupasta kokonaisuudessaan, jolloin on mahdollista jäljittää jonkin tuotteen valtioiden rajat ylittävä arvoketju⁹.

EE-MRIO-menetelmien kolmannessa vaiheessa mukaan tulee mallin ympäristölaajennus. Panos-tuotosmenetelmät kattavat laajasti ja tarkasti taloudellista toimintaa, minkä vuoksi ne ovat myös ihanteellisia ympäristövaikutusten mallintamiseen⁹. Mallintamista tehdään yhdistämällä taloustietoihin tietoa kulutuksen kiihdyttämistä luontohaitan ajureista, kuten maankäytöstä ja saastumisesta. Ajureiden lisäystä ajatellaan panos-tuotosmenetelmissä panoksina, jotka mahdollistavat tuotteiden tuotantoprosessien toteuttamisen⁹. Luontojalanjäljen tapauksessa arvoketjuissa syntyvien ympäristövaikutusten katsotaan olevan kuluttajan vastuulla. Tulee siis ikään kuin hyväksyä tuotannosta väistämättä syntyvä ympäristöhaitta, jos jotain päätetään kuluttaa⁹.

Panos-tuotosanalyysillä ja elinkaariarvioinnilla on yhteiset matemaattiset juuret, joista käsin on syntynyt kaksi erilaista mutta toisiaan tukevaa menetelmää. Molempiin menetelmiin liittyy omat vahvuutensa ja haasteensa^8,10, ja usein niitä käytetäänkin luontojalanjäljen laskennassa rinnakkain tarkempien tulosten saamiseksi. Panos-tuotosanalyysissa tarkkuustaso on useimmiten elinkaariarviointia karkeampi, mikä toisaalta mahdollistaa ympäristövaikutusten laajamittaisemman tarkastelun. Elinkaariarvioinnin menetelmien tarkkuus on seurausta tarkemmasta ja kohdennetummasta aineistosta. Toisaalta, juuri datan tarkkuusvaatimusten vuoksi, elinkaarianalyysin teko voi olla aikaa vievää ja kallista. Usein kustannustehokkuuden säilyttämiseksi arvoketjun vaiheita ei pystytäkään seuraamaan analyysissä kovin kauas taaksepäin. Tämä voi olla ongelmallista, sillä tiettyjen tuotteiden (kuten elintarvikkeiden) tapauksessa arvoketjun suurimmat ympäristövaikutukset syntyvät tyypillisesti arvoketjun alkupäässä (esim. raaka-aineiden tuotannossa).

Korkeat datan tarkkuusvaatimukset voivat siis huonoimmillaan johtaa tuotteen elinkaaren aikaisten ympäristövaikutusten aliarvioimiseen sen vuoksi, ettei arvoketjua pystytä huomioimaan kokonaisuudessaan. Panos-tuotosanalyysi pystyy vastaamaan tähän haasteeseen tehden ympäristövaikutusten arvioinnin mahdolliseksi käytännössä miten pitkälle arvoketjussa tahansa; kattaahan panos-tuotosmenetelmissä käytettävä aineisto kokonaisten valtioiden vienti- ja tuontivirtoja. Toisaalta aineiston kasvattaminen tarkkuuden kustannuksella ei välttämättä ole paras taktiikka kaikilla tutkimuksen tasoilla – tarkkuusvaatimukset riippuvat siitä, mitä tutkitaan. Panos-tuotosanalyysissa hyödynnettävä data perustuu yleensä toimialakohtaisiin (esim. maanviljely tai teollisuus) tai kulutuskategoriakohtaisiin (esim. koneet ja laitteet tai polttoaineet) keskiarvoihin. Tällöin ympäristövaikutusten vertailu saman toimialan toimien tai saman kulutuskategorian tuotteiden välillä ei ole mahdollista¹¹. Esimerkiksi tuotteiden kohdalla laskettaessa keskenään hyvin erilaisten tuotteiden perusteella kulutuskategoriakohtainen keskiarvo, tulos voi vääristää arvioita joidenkin tuotteiden ympäristövaikutuksista^8,12, mikä johtuu siitä, että keskiarvoistettu kulutuskategorian tulos voi sisältää tuotteita, joilla on hyvin suuret ympäristövaikutukset ja toisaalta tuotteita, joilla vaikutukset ovat hyvin pienet. Tuote- tai sektorikohtaisen vaihtelun vaikutukset analyysitulokseen ovat kuitenkin sitä maltillisemmat, mitä enemmän kulutuskategorioita tai toimialoja laskentaan sisällytetään⁸.

Kuten edellisestä kappaleesta käy ilmi, elinkaariarvioinnin ja panos-tuotosanalyysin menetelmät täydentävät hyvin toisiaan, minkä vuoksi niistä onkin tehty hybridimalleja¹⁰. Näistä menetelmistä käytetään tieteellisessä kirjallisuudessa usein nimitystä hybridi-LCA (hybrid LCA). Näissä hybridimalleissa elinkaariarviointia voidaan täydentää esimerkiksi aineiston keruuvaiheessa menetelmää tukevalla panos-tuotosmenetelmällä, jotta analyysi kattaisi suuremman osan arvoketjusta. Tämän jälkeen useimmissa hybridimenetelmissä lasketaan ajureiden lisäyksistä syntyneet ympäristövaikutukset LCA:n vaikutusten arvioinnin avulla.