Life cycle assessment of the cabin waste management in the aviation sector

Abstract

Air transport, in 2018, was the means of transport chosen by 8.8 billion people around the world. This is a sector that expected continued passenger growth in the following years, but due to the current effects of the Covid-19 pandemic has reduced its projections. However, the sector is expected to return to normal after the passage of the pandemic. Aviation was responsible, for combustion alone, for 2% of CO2 emissions and 12% of total greenhouse gas (GHG) emissions within the transport sector worldwide. Nevertheless, there were other GHG emissions derived from this activity, such as, among others, the emissions generated by the catering service and its waste management. In 2018, it was estimated that 5.7 million tons of waste were generated, which had to be managed. The management of this waste in the European Union is conditioned by the European regulation CE 1069/2009. This regulation limits the management of organic waste of animal origin generated on flights from countries outside the European Union (the so called “Category 1”) to landfilling or incineration. Both the introduction to this thesis and the first scientific paper describe this situation in depth, as well as the LIFE Zero Cabin Waste project, in which they have been developed. Characterizing waste streams is essential to find the complex solutions that their classification and treatment require. It is especially relevant in the aviation sector, in which the different types of waste are collected together and most of them end up in landfills, generating GHG emissions, and contributing to the current climate crisis. It is expected that, from 2021, Directive 2019/904 will enter into force and will prohibit certain singleuse plastics that are currently very present in aviation menus. The most comprehensive study to date of characterizations of the waste generated during 145 flights of different origins and characteristics has been carried out during this thesis, allowing the major fractions to be found and detecting possible improvements to reduce them. It has been verified that the organic fraction is the biggest one (33%), and that another very important fraction includes the different elements and packaging that we find in the menus. To identify the origin of the most relevant impacts and to find solutions to the different problems encountered, Life Cycle Assessment (LCA) methodology is recommended, allowing to evaluate from cradle to grave, where, and because of what, the most relevant environmental impacts occur. The application of LCA evaluating the 19 elements and packaging that includes an average tourist menu, many of them made of single-use plastic, and reusable ones made of heavier materials, has led to identify those that contribute the most to GHG emissions (plastic tray 41.4% and steel cutlery set 14.4%) and has demonstrated that, contrary to expectations, GHG emissions will increase with the introduction of this new Directive. Once collected separately and classified by fractions, the waste can be treated in different ways, this sequence of processes being the waste management system. Problematic points of the current management system have been identified, and it has been demonstrated that some management changes - which will require a regulatory change in the EU that includes separate collection at source, the recovery of organic matter, and the increase in recycled materials - would notably improve the overall environmental performance of the system. For instance, GHG emissions would be reduced by 85%. This thesis addresses the problem of waste generation in international aviation. It presents quantitative and qualitative analysis detecting conflict points in this activity. In addition, useful alternatives for this sector are presented regarding not only waste management but also the design of catering menus that will reduce the net impacts along the life cycle.

El transporte aéreo, en 2018, fue el medio de transporte elegido por 8.800 millones de personas en todo el mundo. Este es un sector que esperaba un crecimiento continuo de pasajeros en los a ños siguientes, pero que debido a los efectos actuales de la pandemia Covid-19 ha reducido sus proyecciones para 2020. Sin embargo, se espera que el sector vuelva a la normalidad tras el paso de la pandemia. La aviación fue responsable, teniendo en cuenta solo la combustión, del 2% de las emisiones de CO2 y del 12% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI) del sector transportes en todo el mundo. Sin embargo, hubo más emisiones de GEI derivadas de esta actividad, entre otras, las emisiones generadas por el servicio de cáterin y su gestión de residuos. En 2018 se estimó que se generaron 5,7 millones de toneladas de residuos, que debían ser gestionados. La gestión de estos residuos en la Uni ón Europea está condicionada por la normativa europea CE 1069/2009. Este reglamento limita la gestión de los residuos orgánicos de origen animal generados en vuelos desde países fuera de la Unión Europea (la denominada "Categoría 1") al vertido o incineración. Tanto la introducción a esta tesis como el primer artículo científico describen en profundidad esta situación, así como el proyecto LIFE Zero Cabin Waste, en el que se han desarrollado. Caracterizar los flujos de residuos es fundamental para encontrar las complejas soluciones que requiere su clasificación y tratamiento. Sobre todo, en el sector de la aviación, en el que los diferentes tipos de residuos se recogen juntos y la mayor ía acaba en vertederos, generando emisiones de GEI y contribuyendo a la actual crisis climática. Se espera que, a partir de 2021, entre en vigor la Directiva 2019/904 y prohíba determinados plásticos de un solo uso que actualmente están muy presentes en los menús de aviación. Se ha realizado el estudio más completo hasta la fecha de caracterizaciones de los residuos generados durante 145 vuelos de diferente origen y características, permitiendo encontrar las fracciones mayoritarias y detectando posibles mejoras para reducirlas. Se ha comprobado que la fracción orgánica es mayoritaria (33%), y que otra fracción muy importante incluye los diferentes elementos y envases que encontramos en los menús. Para identificar el origen de los impactos más relevantes y encontrar soluciones a los diferentes problemas encontrados, se recomienda la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), que permite evaluar desde la cuna hasta la tumba, dónde y por qué ocurren los impactos ambientales más relevantes. La aplicación de LCA evaluando 19 elementos y envases que incluye un menú turístico medio, muchos de plástico de un solo uso, otros reutilizables y de materiales más pesados, ha logrado identificar aquellos que más aportan a las emisiones de gases de efecto invernadero. Demostr ó que, contrariamente a lo esperado, las emisiones de GEI aumentarán con la introducción de esta nueva Directiva. Una vez recogidos por separado y clasificados por fracciones, los residuos pueden ser tratados de diferentes formas, siendo esta secuencia de procesos el sistema de gesti ón de residuos. Se han identificado puntos problemáticos del actual sistema de gestión, y se ha demostrado que algunos cambios en la gestión -que requerirían un cambio regulatorio en la UE que incluya la recogida selectiva en origen, la recuperaci ón de materia orgánica y el aumento de materiales recicladosmejoraría notablemente el comportamiento medioambiental global del sistema. Por ejemplo, las emisiones de GEI se reducirían en un 85%. Esta tesis aborda el problema de la generaci ón de residuos en la aviación internacional. Presenta análisis cuantitativos y cualitativos detectando puntos conflictivos de esta actividad. Además, se presentan alternativas útiles para el sector, que reducirán los impactos netos en el ciclo de vida.