Forstå sammenhengen mellom tap av biologisk mangfold og teknologiske livssykluser

Arbeidet med å øke samfunnets miljømessige bærekraft fokuserer på fire hovedutfordringer som må løses: klimaendringer, spredning av naturressurser, miljøforurensning og tap av biologisk mangfold.

Klimaendringer er relativt enkle å karakterisere gjennom CO₂ utslipp. Vi har også måter å konvertere utslipp av andre klimagasser, som metan og lattergass, til CO2₂ ekvivalenter, slik at vi kan beregne den samlede påvirkningen på klimaet i tonn CO₂.

En lignende tilnærming gjelder imidlertid ikke for tap av biologisk mangfold, til tross for bred enighet blant forskere om at biologisk mangfoldskrisen er et betydelig og globalt problem. Professor Peter Fantke, DTU Sustain, og hans forskerteam har som mål å finne kvantifiserbare måter å måle tap av biologisk mangfold for bruk i livssyklusvurdering (LCA).

«Tap av biologisk mangfold er utrolig komplekst. Det handler ikke bare om å telle antall arter. Like viktig er det å vite at genetisk variasjon tas i betraktning, samt samspillet mellom arter og deres respektive funksjoner i et økosystem, for eksempel en innsjø eller en skog… Denne kompleksiteten er vanskelig å måle og kvantifisere», forklarer Peter Fantke.

Tap av biologisk mangfold har sammensatte årsaker

For å kvantifisere tap av biologisk mangfold er det nødvendig å forstå bidraget fra ulike stressfaktorer gjennom deres ulike veier og effektmekanismer, som kjemiske og plastiske utslipp, modeller for å oversette laboratorie- og felttestdata om individuelle organismer ved tap av arter, genetisk og funksjonelt mangfold. og kombinasjonen av omfattende datasett.

Slike datasett inkluderer informasjon om stressfaktorer (f.eks. ulike kjemiske egenskaper), økotoksikologiske tester på ulike arter og overvåkingsdata fra terrestriske eller akvatiske miljøer (f.eks. terrestriske og akvatiske miljøer) om stressorkonsentrasjoner så vel som om antall arter (artsrikdom) og individer innenfor hver art (artsoverflod).

«Utslipp av kjemikalier og plast til miljøet kan ha en negativ effekt på biologisk mangfold. Men for å forstå denne sammenhengen er det mange andre faktorer som må vurderes. Dette inkluderer for eksempel vannkjemi og temperatur og jord, miljø metallkonsentrasjoner, tilførsel av næringsstoffer og organisk materiale og overvåkingssesong for datainnsamling, med typisk færre arter om vinteren og flere om sommeren.

På grunn av det komplekse samspillet mellom disse faktorene, er vi ennå ikke fullt ut i stand til å kartlegge grensene for noe enkelt økosystem med hensyn til dets følsomhet for kjemiske og plastiske utslipp fra våre produkter og teknologiske livssykluser, sier Peter Fantke.

Økosystemer har begrenset kapasitet til å motstå menneskeskapte påvirkninger

Forskerteamet utviklet de første konseptene for å knytte virkningene av kjemiske utslipp på akvatiske og terrestriske arter til tap av arter, tap av genetisk og funksjonelt mangfold og for å definere grenser for økosystemenes kapasitet fra lokale til globale til å takle slike påvirkninger. De neste trinnene er å kombinere metoder og data fra miljøkjemi, økologi og jordsystemvitenskap for å kvantifisere hvert spesifikt aspekt og til slutt knytte kjemisk forurensning til skade på økosystemtjenester, det vil si oppgavene som økosystemene gjør ting til fordel for mennesker, som å produsere oksygen gjennom fotosyntese.

«Målet med vårt arbeid er å integrere kvantifiseringen av skader på biologisk mangfold forårsaket av kjemikalier og andre stressfaktorer i livssyklusvurderinger for å evaluere og minimere slike miljøpåvirkninger ved utvikling av nye produkter eller teknologier. LCA har allerede målbare tall for skadene på andre områder. som vi har som mål å beskytte, for eksempel menneskers helse, men vi må fortsatt utvikle relevante beregninger for å adressere skade på biologisk mangfold, sier Peter Fantke.

Dette er ikke en lett oppgave, da hvert økosystem er unikt og må vurderes som det. Det er ikke mulig å bare aggregere forurensning på tvers av ulike økosystemer, da de alle har sine egne kapasitetsgrenser for forurensningstilførsler, avhengig av individuelle miljøforhold, artssammensetning og bakgrunnsbelastning.

«Som et utgangspunkt fokuserer vi på datarike ferskvannsøkosystemer, som vi ønsker å ha kvantifiserbare mål på tap av biologisk mangfold. Neste steg vil være å bestemme andelen av økosystemer globalt som er påvirket av kjemisk forurensning utover deres respektive kapasiteter. , og å knytte tap av biologisk mangfold til skade på økosystemtjenester, inkludert for eksempel pollinering av blomstrende planter, inkludert matvekster, av ulike arter av insekter eller mikroorganismer som transformerer organisk avfall til nytte for næringsstoffene i jorda der maten vår vokser. sier Peter Fantke.

Det endelige målet er å kunne kvantifisere hva biologisk mangfold kan tåle når det gjelder menneskeskapte påvirkninger fra lokal landbruksskala til den største skalaen, den terrestriske biosfæren, og hvordan man kan tilskrive både påvirkninger og påvirkningskapasitet til sykluser av individuelle produkter og teknologier. , som støtter mer bærekraftig teknologisk utvikling over hele verden.

Naturlig å jobbe på et teknisk universitet

Det kan virke litt rart å jobbe på et teknisk universitet for å kvantifisere den komplekse sammenhengen mellom kjemisk eller plastisk forurensning og tap av biologisk mangfold. Men for Peter Fantke er det en naturlig konsekvens av formålet hans arbeid er ment for.

«Hvis vi ønsker å redusere påvirkningen på biologisk mangfold, må vi forstå hvordan utslipp langs livssyklusene til produkter og teknologier påvirker økosystemene våre. Dette kan gjøres ved hjelp av livssyklusvurdering, som tar et livssyklusperspektiv hele livssyklusen. I dag, ingeniører kan designe nye materialer, produkter og teknologier for et bestemt formål. Vi må sikre at teknologisk utvikling ikke er skadelig for miljøet, og derfor er det avgjørende å kvantifisere sammenhengen mellom teknologiske livssykluser og deres innvirkning på mennesker, naturressurser og biologisk mangfold. For å beskytte økosystemene må vi først forstå dem,» forklarer Peter Fantke.

De første resultatene av gruppens arbeid er publisert i tidsskrifter Total miljøvitenskap, Miljøvitenskap og teknologiOG Environmental International. Håpet er at det i løpet av de neste tre til fem årene vil være mulig å bidra med en rekke kvantifiserbare tiltak for å forstå og minimere de negative effektene av produkter og teknologier på biologisk mangfold, fra lokal til global skala.