Showing papers by "Ligia Tiruta-Barna published in 2022"

Simultaneous carbon storage in arable land and anthropogenic products (CSAAP): Demonstrating an integrated concept towards well below 2°C

Abstract: Additional carbon dioxide removals from the atmosphere are indispensable for controlling global warming. This study introduces two concepts: (i) ‘biopump’, plants capable of significantly transferring carbon into soils, and (ii) Carbon Storage in Arable land and Anthropogenic Products (CSAAP), the cultivation of biopumps on low-impact target areas and their conversion into long-lived anthropogenic products. It develops and demonstrates a 4-step framework applicable to any region, that allows illustrating the long-term climate effect of CSAAP strategies applied to a selected territory, tracking carbon flows, from biopump cultivation to biomaterials manufacturing and their end-of-life. Based on a list of twenty-seven biopumps uncovered from a literature review, this study first proposes a method for the regional prioritization of biopumps, considering among others their ability to increase soil organic carbon (SOC) and adaptation potential. It then demonstrates how to select target areas on a territory, and shows how to integrate the output of SOC simulations in dynamic carbon balances, that can be translated in terms of effects on global mean temperature change. This is illustrated for products encompassing a variety of lifetimes, for the case of Miscanthus grown on French target areas. A potential ranging from 11,187- 24,007 km2 target areas was identified; translating in additional SOC stocks of 0.23 to 0.49 Mt year−1, which represents 0.19%- 0.41% of the annual French carbon budget, or 13% assuming an indefinite storage in anthropogenic products. We concluded that CSAAP strategies could induce negative emissions by 2100, with efficiency strongly depending upon carbon residence time in the technosphere.

From hemp grown on carbon-vulnerable lands to long-lasting bio-based products: Uncovering trade-offs between overall environmental impacts, sequestration in soil, and dynamic influences on global temperature.

Abstract: In this study, the potential of carbon storage in soil combined with mitigation via bio-based products is investigated for the case of 100 years of hemp cultivation on carbon-vulnerable land (CV-lands) in France. The originality of this study lies in the coupling of soil organic carbon (SOC) simulations (over 100 years of hemp cultivation) with consequential life cycle assessment (LCA) to investigate the mitigation potential of different environmental impacts, and the coupling with dynamic LCA to investigate the long-term effects on global warming. When hemp stems (straw) are left on the ground, SOC increases of 25.8 t ha-1 are observed over 100 years. However, the greenhouse gas (GHG) emissions that result from diverting the initial land use to hemp cultivation cannot be compensated for and, therefore, this scenario cannot mitigate global warming or most other impacts. Two long-lasting product scenarios were studied: insulation boards in buildings and car panels, both involving the production of hemp concrete as co-product. Our study shows that, even though no additional long-term carbon sequestration in soil could be achieved, both scenarios ensured a long-term climate benefit well beyond 2100, mostly because of carbon sequestered in the hemp-based products but also as a result of avoided fossil-based products. Uncertainty analyses reveal that the yield is the most influential parameter, inducing significant uncertainties in all scenarios and most impact categories. According to the overall results obtained, the car panel scenario is the most promising pathway with the lowest environmental impacts and the highest potential for long-term global warming mitigation; this is in part due to the reduction of fuel consumption during the use phase.

La séparation à la source pour une récupération des ressources : outil d’évaluation environnementale

Abstract: Les eaux usées ne sont plus vues uniquement comme une pollution à traiter, mais bien comme des ressources à valoriser, notamment les nutriments (azote et phosphore), la matière organique et l’eau. Cette étude s’est donc intéressée à différentes stratégies de récupération en évaluant des scénarios de séparation à la source des effluents domestiques à l’échelle d’un quartier selon des critères d’impacts environnementaux. Le deuxième objectif de cette étude est d’analyser l’effet de l’urbanisme sur le bilan environnemental de ces différents scénarios. Pour cela l’étude se positionne à l’échelle du quartier avec six configurations urbaines différentes et représentatives des villes européennes. Un choix délibéré de filière de traitement a été réalisé visant le recyclage des ressources avec les meilleures technologies disponibles et acceptées par la communauté scientifique. La comparaison a été réalisée avec une station d’épuration centralisée récupérant les ressources des eaux usées. Dans le but de recycler les nutriments et limiter l’impact de l’assainissement sur le changement climatique, la séparation à la source des effluents est la seule solution permettant d’atteindre des objectifs ambitieux et particulièrement la séparation des urines qui permet la récupération de l’azote à faible coût environnemental. La séparation à la source permet d’augmenter significativement les taux de récupération des nutriments sous la forme de fertilisants, passant de 6 % à 48 % (minimum) pour l’azote, et de 13 % à 58 % pour le phosphore. L’analyse du bilan sur le changement climatique montre des diminutions d’au moins 20 % de l’impact grâce à la valorisation de l’azote et de la baisse des émissions de N2O pour les scénarios de séparation des urines et des eaux noires. Pour les urbanismes denses (non pavillonnaires), il est même possible d’atteindre des réductions comprises entre 30 % et 60 % grâce à une diminution de la contribution des réseaux d’assainissement.