Klimaatverandering is een van de grootste bedreigingen voor onze planeet. Bijgevolg is de mitigatie ervan één van de meest dringende uitdagingen voor onze samenleving. Bossen leveren vele voordelen, waaronder het potentieel om deze klimaatsverandering tegen te gaan. Deze mitigatie kan op verschillende manieren worden ingevuld, bijvoorbeeld door de koolstofvoorraad in beheerde bossen te vergroten of door meer emissie-intensieve goederen te vervangen door houtproducten. Om het mitigatiepotentieel van bos- en houtproducten maximaal te benutten, is het van belang hun mitigerende rol correct te kwantificeren. Een mogelijk instrument hiervoor is levenscyclusanalyse (LCA) die een schatting maakt van de milieubelasting van diensten en goederen gedurende hun gehele levenscyclus. Hoewel deze methode in het verleden veel werd gebruikt in de bosbouwsector stelt de toepassing ervan nog steeds vele uitdagingen. In dit doctoraat werd gewerkt aan het verbeteren van het vermogen van LCA als een instrument om het mitigatiepotentieel van bossen en houtproducten te beoordelen. Deze algemene context werd aangebracht in hoofdstuk 1.

In het eerste deel van dit proefschrift werd de uitdaging aangepakt op een meer generiek LCA-niveau.

Hoofdstuk 2 was gericht op het verzamelen en analyseren van gegevens over de huidige stand van zaken omtrent bosbeheer in Europa. Op basis van de verzamelde informatie werd de, gratis en open, EFO-LCI-databank (European Forestry Operations Life Cycle Inventory) opgezet. De verzamelde gegevens tonen aan dat Europese bossen behoorlijk divers zijn, en dat in meerdere opzichten zoals bedrijfstijd, hoeveelheid en assortiment van houtproducten die worden geoogst en machines die bij de interventies worden gebruikt. Deze diversiteit in het bosbeheer vertaalt zich in verschillende life cycle impacts. De variabiliteit binnen de invoergegevens voor LCA blijkt een belangrijke factor bij het bepalen van de uiteindelijke variabiliteit in opwarmingseffecten bij de productie van ruw hout, met de geschatte antropogene effecten van 0,4 tot 73,1 kg CO2eq / m3 in EFO-LCI en de biogene effecten van 1,6 tot 451,9 kg CO2eq / m3. Het openstellen van onze regionale inventaris kan helpen om de nauwkeurigheid van LCA studies te verbeteren bij het beoordelen van de ecologische rol van houtproductie.

Hoofdstuk 3 behandelde de LCA vanuit een meer methodologisch standpunt. Het gebrek aan temporele resolutie in LCA alsook het ontbreken van een geschikte methodologie om de Life Cycle Inventory (LCI) dynamisch op te lossen werden aangepakt met oog op de hoge relevantie voor de bosbouwsector. Netwerkanalyse en convolutie werden gebruikt in combinatie met de traditionele matrix-gebaseerde structuur van levenscyclusinventarisatie om de LCI op dynamische wijze op te lossen enom tijd als factor op te nemen in de effectbeoordeling. Met de ‘open source filosofie’ in het achterhoofd werd de ontwikkelde methode vertaald in een gratis en open software, met name Temporalis. De werking alsook de voordelen van de dynamische benadering werden geïllustreerd aan de hand van een voorbeeld uit de praktijk: de dynamische levenscyclus van glulam laat zien hoe het incorporeren van temporele informatie nieuwe inzichten kan bieden in de ecologische rol van houtproducten. We vonden dat de temporele parameters bedrijfstijd en levensduur van producten de resultaten sterk kunnen beïnvloeden, met voor éénzelfde systeem een waaier van resultaten tussen -71 kg CO2eq en 443 kg CO2eq bij een tijdshorizont van 20 jaar, tussen -901 kg CO2eq en 667 kg CO2eq bij een tijdshorizont van 100 jaar, en tussen -546 kg CO2eq en -120 kg CO2eq bij een tijdshorizont van 500 jaar.

In het tweede deel werd een meer toegepaste benadering gevolgd.

In hoofdstuk 4 werden de vorige twee hoofdstukken gecombineerd met nieuwe gegevens en modellen om zo te beoordelen hoe Europese bossen zouden worden beïnvloed door een verandering in de beheerstrategieën in betrekking tot koolstoffluxen, houtkap en klimaateffecten. Er werd aangetoond dat houtproductie een relatief efficiënte productieketen is met een geschatte GWP-impact variërend van -1986 kg CO2eq / m3 geoogst hout tot -2989 kg CO2eq / m3 geoogst hout, afhankelijk van het jaar en het scenario. Wanneer er wordt gekeken naar de totale prestaties van het systeem blijkt dat een verandering in beheer de klimaatimpact van het systeem met hooguit 11% zal verhogen tegen 2050. Dit effect zou voornamelijk een gevolg zijn van de verhoogde uitstoot van koolstof uit de bodem. In deze studie werd ook de toekomstige vraag naar hout in rekening gebracht. Deze economische overweging bleek een beslissende factor te zijn voor de toekomstige evolutie van Europese bossen. De realiseerbare veranderingen in bosbeheer worden voornamelijk gebufferd door de beperking die de relatieve vraag naar hout oplegt.

In hoofdstuk 5 werd een dynamisch levenscyclus-gebaseerd kader voorgesteld om het mitigatiepotentieel van beleid en acties in de bos- en houtsector te beoordelen. Dit werd vervolgens geïllustreerd met een case study die aantoonde dat, in functie van de gevolgde methodologische aanpak, de geschatte netto klimaatimpact van de systemen kan variëren van - 274 tot -111 tonnes CO2eq/ha/yr tegen het jaar 2030. De gebruikte accountingsmethode beïnvloedde het geschatte substitutie-effect dat uiteindelijk ondergeschikt is in vergelijking met de voordelen door de verminderde klimaatimpact van het systeem. De resultaten suggereren dat het verhogen van de klimaatefficiëntie van de hele keten prioriteit moet zijn boven het maximaliseren van de substitutievoordelen.

Dit werk draagt bij aan de verbetering van de kwaliteit en beschikbaarheid van de inventarisgegevens in de Europese bosbouwsector en biedt een oplossing voor het gebrek aan temporele resolutie bij LCA. Als gevolg is LCA beter in staat de lange productiecycli van de bosbouwsector te evalueren. Bovendien toont dit werk aan dat het theoretische mitigatiepotentieel van bosbeheer kan worden beperkt door de economie en dat het verminderen van de klimaatimpact van de houtsector een betere strategie is dan het maximaliseren van de substitutievoordelen.

Toekomstig onderzoek zou zich, onder meer, moeten richten op de huidige stand van zaken binnen de houtsector, waarvoor gegevens nu nog steeds erg beperkt zijn, en hoe hout als grondstof effectief wordt ingezet over de hele keten.

Climate change is one of the biggest threats for our earth. Mitigation of climate change is thus an urgent challenge our society needs to take up. Many benefits are provided by forests, and one is their potential to mitigate climate change. This mitigating effect can be achieved in many ways, for example increasing the stock of carbon in managed forests or replacing more emission-intensive goods with wood-based products. To maximize the climate mitigation potential of forest and wood products use it is important to correctly quantify their climate mitigating role. A tool to do so is life cycle assessment (LCA), which estimates the environmental burdens of services and goods over their entire life cycle. While this method has been widely used in the past in the forest sector, its application still poses many challenges. Here, we worked to improve the capability of LCA to be used as a tool to assess the climate mitigation potential of forests and wood products. This general context of the thesis is presented in chapter 1.

In the first part of the thesis the challenge was addressed at a more generic LCA level.

Chapter 2 focused on the collection and analysis of data on the current state of forest management practices in Europe. Based on the collected information the free and open EFO-LCI (European Forestry Operations Life Cycle Inventory) database was built. The collected data showed that European forests are quite diverse in many aspects like rotation length, amount and assortments of wood products harvested and machinery used in the interventions. This diversity in the management is also translated into different life cycle impacts. The variability of the input data proved to be an important factor in determining the variability of the Global Warming impact of raw wood production, with the estimated anthropogenic impacts ranging from 0.4 to 73.1 kg CO2eq/m3 in EFO-LCI and the biogenic impacts from 1.6 to 451.9 kg CO2eq/m3. The release of our regionalized inventory can serve to improve the accuracy of life cycle studies aiming at assessing the relative environmental role of wood production.

Chapter 3 tackled the issue from a more general methodological viewpoint. The lack of temporal resolution in LCA, and of a methodology to solve the Life Cycle Inventory (LCI) dynamically, was addressed due to the relevance of the issue for the forestry sector. Network analysis and convolution were used in combination with the traditional matrix-based structure of life cycle inventory to both solve the LCI dynamically and consider time also in the impact assessment. Following the open source philosophy, the developed approach was also translated into a free and open software named Temporalis. The functioning of the method and the advantages of using a dynamic approach were illustrated with a real-case example. The dynamic life cycle of glulam was performed to show how considering its temporal information can offer new insights into the environmental role played by wood products. If was found that the temporal parameters (i.e. rotation length and product lifetime) used to model the dynamic of biogenic carbon fluxes can greatly influence the results which, for the same system, could range from -71 kg CO2eq 443 kg CO2eq when considering a temporal horizon of 20, from -901 kg CO2eq to 667 kg CO2eq when considering a temporal horizon of 100 years and from -546 kg CO2eq  to -120 kg CO2eq when considering a temporal horizon of 500 years.

In the second part, a more applied approach was followed.

Chapter 4 combined the work of the previous two with other data and modelling approaches to assess how European forests would be affected by a change in the management strategies in terms of carbon fluxes, timber harvesting and climate change impact. It was found that timber production is a relatively efficient production chain, with an estimated GWP impact ranging from -1986 kg CO2eq/m3 harvested wood to -2989 kg CO2eq/m3 harvested wood depending on the year and the scenario. Looking at the overall performance of the system, changing management increases the climate change impact of the system at most of 11% by 2050, with this effect mostly driven by the increased emissions of soil carbon. In the study also the future wood demand was considered and this economic consideration proved to be a decisive factor in shaping the future evolution of European forests. In fact, the realizable changes in forest management were buffered by the constraint posed by the relative demand for timber.

In chapter 5 a dynamic and consequential life cycle-based assessment framework to estimate the climate mitigation potential of actions and policies in the forest-wood sector was proposed and illustrated with an example. In the analyzed case-study it has been shown that the estimated net climate change impact of the systems could range from - 274 to -111 tonnes of CO2eq/ha/yr by the year 2030 in function of the methodological approach followed. The used accounting procedure influenced the estimated substitution effect which, eventually, was secondary in comparison to the benefits yield by the reduced climate change impact of the system. The results suggested that increasing the climate efficiency of the whole chain should be prioritized over the maximization of the substitution benefits.

This work contributed to improving the quality and availability of the inventory data in the European forestry sector and provided a solution for the issue of temporal consideration in LCA, which allows dealing better with the long production cycles of the forestry-wood sector. It was also learnt that the theoretical mitigation potential of forest management might be constrained by the economy and that reducing the climate change impact of the wood sector rather than maximizing the substitution benefits might be the best climate strategy.

Future research should, among others, focus on the better understating dynamic of wood in the wood sector, for which data are still way to scarce and very little is known about how the resource wood is effectively used along the chain.