trellisresin lca

31
1 Life Cycle Assessment (LCA) of Trellis Earth ® Bioplastic Relative to Conventional Polymers www.TrellisEarth.com *not for public domain release*

Upload: kumar

Post on 05-Jan-2016

243 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

vcbcb

TRANSCRIPT

Page 1: TrellisResin LCA

1  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Life Cycle Assessment (LCA) 

of Trellis Earth® Bioplastic 

Relative to Conventional Polymers 

 

 

 

 

www.TrellisEarth.com 

*not for public domain release* 

Page 2: TrellisResin LCA

2  

 

           

Sources:  

Environmental assessment of bio‐based polymers and natural fibers Dr. Martin  Patel,  Dr.  Catia  Bastioli,  Dr.  Luigi Marini,  Dipl.‐Geoökol.  Eduard Würdinger  Utrecht University, Department of Science, Technology and Society  (STS), Copernicus  Institute, Padualaan 14, NL‐3584  CH Utrecht, Netherland.    This  definitive  study  defines many  of  the methodologies adopted  by  the  industry  in  subsequent  LCA  studies  performed  on  behalf  of  various  commercial clients in the bioplastics industry.   http://en.european‐bioplastics.org/

European  Bioplastics  e.V.  published  a  2008  Position  Paper  entitled  "Lifecycle  Assessment  of Bioplastics" in which it outlines methodologies and issues related to bioplastics LCA studies.   http://www.altumetrics.com/  Much of the material in this document is taken from the Altumetrics comparison of biopolymers to conventional polymers published  in 2011.   This report, which focuses on starch based resins (bio‐propylene,  chemically  equivalent  to  Trellis  Earth(R)  bioplastic)  in  comparison  to  conventional polypropylene  (PP),  Polyethylene  terephthalate  (PET),  high  impact  polystyrene  (HIPS)  and  low density polyethylene (LDPE), the most common alternative materials for food packaging  including cutlery.  

Page 3: TrellisResin LCA

3  

Executive Summary  Environmental  considerations  have  been  and  will  continue  to  be  an  important  motivation  to 

develop and introduce bio‐based polymers and natural fiber composites. This calls for a comparison 

of their environmental performance with their petrochemical counterparts. To this end,  life cycle 

assessment  (LCA)  can  be  applied,  which  is  a  standardized  method  to  quantify  environmental 

impacts (ISO, 1997‐1999).  

 

A Life Cycle Assessment (LCA) of the bio‐propylene that is chemically equivalent to the Trellis Earth 

(R) brand bio‐resin and four conventional plastic resins was conducted by Altumetrics.   The study 

compared the pound‐for‐pound impact of bio‐propylene (a trade term for the Trellis Earth(R) brand 

of bioresin)  against    conventional   polypropylene    (PP), polyethylene    terephthalate    (PET), high 

impact polystyrene (HIPS) and low density polyethylene (LDPE). 

 

This purpose of  the  study was  to potentially  to help  customers   understand    the environmental  

ramifications    of  their    polymer    choices.    The  boundaries  of  the  study  were  from  cradle  to 

customer,  those  that are using  the Trellis Earth(R) brand products  (up  to  the point of departure 

from the Trellis Earth factory gate).  

 

The  plastics  were  compared  by  carbon  footprint  (global  warming  potential,  GWP),  resource 

depletion, and an environmental  score called ReCiPe, which combines environmental  impacts into 

a single value. 

 

The study found that: 

Trellis  Earth  bioresin  had  the  best  overall  environmental  performance.  It  had  the 

lowest  carbon footprint  (GWP)  of any of  the plastics.  Its  carbon  footprint was 8%  lower 

than  the  best  conventional  plastic,  which  was  PP,  and  76%  lower  than  the  worst 

conventional  plastic, which     was    HIPS.    This    was    when     no    credit     was    given     for  

plant   carbon   dioxide absorption.  When  credit  was  given,  the  benefit  of  Trellis Earth 

bioresin  was  even    greater:    its  carbon  footprint  was  32%  lower  than  even  the  best 

conventional plastic (PP). 

 

In  terms  of  the  ReCiPe  single  score  (which  amalgamates  environmental  impacts  into  a 

single  value)  Trellis Earth bioresin was  found  to  be  superior  to  all  conventional  plastics: 

it  was  23%  better  than  the  best  conventional  plastic,  which  was  again  PP. 

 

The  Trellis Earth bio‐resin  also  performed  well  against  conventional  plastics  in  terms of 

abiotic depletion, where  it was better than all conventional alternatives. 

Page 4: TrellisResin LCA

4  

Contents  Executive Summary  .......................................................................................................................  3 

 Contents  ........................................................................................................................................  4 

 1   Introduction  ............................................................................................................................. 5 

 2   Life Cycle Assessment...............................................................................................................   5  

 3   Goal and scope ........................................................................................................................  7 

 3.1   Scope ................................................................................................................................  8 

 

3.2   Inventory Analysis.............................................................................................................  10  

3.3   Impact assessment .........................................................................................................   11   

4   Inventory analysis..................................................................................................................    12  

4.1   Trellis Earth bioresin ........................................................................................................ 13  

4.3   Conventional plastics  .....................................................................................................   14   

5   Impact assessment ................................................................................................................    1 9   

5.1   Global Warming Potential ..............................................................................................   19   

5.2   Abiotic Resource Depletion ............................................................................................   23   

5.3   Single environmental  score ............................................................................................   25   

6   Sensitivity Analysis ................................................................................................................    2 6   

6.1   A change to the starch and PP content of Trellis Earth bioresin ...................................... 27  

7   Conclusion .............................................................................................................................    29  Appendix A: Description of Impact Categories ............................................................................     31

   

Page 5: TrellisResin LCA

5  

Introduction Life  cycle  assessment  provides  a  standardized  method  for  measuring  and  comparing  the 

environmental  impacts  associated  with  the  manufacturing,  use  and  disposal  of  a  product.  This 

study considers the production of each plastic to Trellis Earth’s  factory outbound shipping gate. The 

environmental  impacts  of  each  of  the  plastics  have  been  assessed  from  raw material  extraction 

through  to the production of finished goods.  

   

Life Cycle Assessment Life  Cycle  Assessment  (LCA)  is  defined  by  ISO  (International  Standards  Organization)  as  the 

“compilation  and  evaluation  of  the  inputs,  outputs  and  the  potential  environmental  impacts  of  a 

product system throughout its life cycle” (ISO 14040).   In other words, an LCA identifies the material 

and energy usage, emissions and waste flows of a product, process or service over its entire life cycle 

in order for its environmental impacts to be determined.  

Figure 1 illustrates the life cycle system concept of natural resources and energy entering the system 

and product, emissions and waste leaving the system.  

  

Figure 1, Typical categories of data collected to describe processes in LCA terms  

Page 6: TrellisResin LCA

6  

 

Companies  undertake  an  LCA  to  understand  the  environmental  performance  of  their  product for 

a variety  of  reasons  including  legislative  pressures  and  supply  chain  issues.    Another  reason  is  the 

increasing  number  of  environmentally  conscious  customers  who  are  demanding  products  that 

combine the benefits of good functionality and low cost with high environmental performance. While 

an  LCA  is  a  valuable  tool,  it  should  be  emphasized  that  it  is  one  of many  factors,  such  as  costs, 

consumer  acceptance  and  production  feasibility,  which  companies  must  take  into  account  during 

the decision‐‐‐making process. 

 

The  technical  framework  for  a  life  cycle  assessment  consists  of  four  inter‐‐‐related  stages:  goal 

and  scope  definition,   inventory  analysis,   impact  assessment  and  interpretation  as  shown  in 

Figure 2.   

    Figure 2, Stages of an LCA (ISO 14040) 

Page 7: TrellisResin LCA

7  

 The ISO standards set out the requirements associated with each stage. 

 

The goal and  scope definition  involves  identifying  the purpose  of the  study and  the  systems  to 

be   studied,   including   setting   the   system   boundaries   and   determining   the   level   of  detail 

included.   

In the  inventory  analysis all materials,  substances  and energy used and all emissions  and waste 

released  to  the  environment  are  identified  and  quantified  over  the  whole  life  cycle  of  the 

product (from raw material extraction and processing,  through manufacture). 

 The  impact  assessment  is  a  technical,  quantitative  method  used  to  assess  the  environmental 

significance   of   the   inputs   and   outputs   identified   in   the   inventory   analysis.   The   impacts 

considered   can   be   divided   into   subject   areas   such   as   resource   use,   human   health,   and 

ecological consequences. 

 In  the  interpretation  stage,  results  are  analyzed,  limitations  explained,  conclusions  are made 

and recommendations  are provided. 

 The following sections outline each of these stages for this project  in detail. 

    

Goal and scope  The  goal  and  scope  of  an  LCA  involves  identifying  the  purpose  of  the  study  and  information 

relating    to  the  systems    being    studied    such    as  the  system    boundaries    (i.e.  what    is 

included/excluded  from the study). 

 The purpose of this study was to evaluate the environmental  impacts associated with Trellis Earth 

bioplastic and four conventional  plastics prior to their delivery  to the customer.   

 

Trellis  Earth  intends  to  use  the  results  internally  to  help  develop  more  environmentally 

responsible   polymer    blends as well as use the results to help buyers evaluate  its products with 

environmental impacts considered when choosing between bioresin and conventional plastics.  

 

 

Page 8: TrellisResin LCA

8  

3.1  Scope  

3.1.1    Functional unit  Any  comparison  of  life  cycle  impacts must  be  based  on  a  comparable  function  (or  “functional 

unit”)  in order to allow clear interpretation. The functional unit for the study was: 

 “The production of 1lb of plastic pellets” 

 

 

All   results   contained   within   this   report   therefore    represent    the   environmental    impact 

generated by the production  of this unit. The pellets are designed  to be functionally  equivalent. 

For  example,  1lb  of  Trellis Earth bioresin  is  equivalent  to  1lb  of  polypropylene  when  formed 

into a product such as cutlery or deliware.  However  it is possible that in rare instances unknown 

to  Trellis  Earth  some  applications  may  require  different  amounts  of  polymer  to  achieve 

equivalent product performance.   The   discussion   within   the   impact   assessment   (section   5)  

directly compares  the  products  considered  on  a  pound  for  pound  basis  since  this  is  the most 

common  situation when  the  resins  are  formed  by  a  customer  through  extrusion,  mo l d i n g  

o r   f o rm i n g   a p p l i c a t i o n s .      If  a customer  uses  different  amounts  of material  the  results 

of this study would need  to be adjusted to reflect that situation. 

 

3.1.2    Product systems and system boundaries  The  system  boundaries  define  the  life  cycle  stages  and  unit  processes  included  in  the  systems 

to be studied. This study considered one blend of bioplastic: 

 • Trellis Earth bioresin – containing a blend of polypropylene and starch (and additives). 

 The following conventional plastics were also considered  in the study: 

 • Polypropylene  (PP) – pellets containing conventional PP. 

 • Polyethylene  terephthalate  (PET) – pellets containing conventional PET. 

 • High Impact Polystyrene  (HIPS) – pellets containing conventional HIPS. 

 • Low Density Polyethylene  (LDPE) – pellets containing conventional  LDPE. 

 

Page 9: TrellisResin LCA

9  

Each  of  the  plastics  considered  have  been  evaluated   from  “cradle  to  gate”.  Cradle  to  gate 

means   that   the   systems    include   the   extraction   of   raw   materials,   the   production   and 

transportation      of    input    materials,     and    the    production     of    products    in    Trellis Earth’s   

facilities.  

 

However,  the system boundary of this study does not  include  the distribution of the product  to 

the customer or the disposal of products after use. Therefore,   the  differing   impacts   of   these  

plastics    at    end    of    life,    such    as    composting    and recycling,  are  not  considered  within  this 

study. Where  a  customer wishes  to  carry  out  an  life cycle assessment of  its product  this study 

may be used to contribute  to that study to achieve a “cradle to grave” study. 

 

3.1.3    Excluded processes  Processes outside  the system boundary are not  included  in the study.  In particular  these stages 

of the life cycle are not included: 

 • Transport    of    products    from    Trellis  Earth’s    facilities    to    the    customer    (this  

transportation  would  be  the  same  for  all  polymers  and  so  would  not  change  the 

results). 

• Use   of   the   customer’s   product   (products   are   various   and   not   always   known   to 

Trellis  Earth,  after  delivery.    In  some  instances,  such  as  disposal  methods,  carbon 

sequestration  would  vary, hence  this  study  shows  the  two  carbon  extremes  so  that a 

customer can see the range of results within which their product’s results would fall). 

• Waste treatment  (which would vary depending on the customer’s product). 

 The  exclusion  of  these  aspects   is  in  line  with  the  purpose  of  this  study,  which  is  to  help 

Trellis Earth  R&D  and  introduce  the  issues  to  customers.  A customer  could build on  this  study 

by including product stages  in a life cycle assessment of its own particular product. 

 In addition  to  the processes  excluded  by  the  system  boundaries,  a number  of other processes 

have been excluded  from the study. All excluded processes are outlined below: 

 • The   construction,   maintenance    and   demolition    of    industrial   buildings    and    the 

manufacture   of  machines   and  equipment  was  excluded   from   the   study   as   these 

impacts should be absorbed over the whole of the period of use. Experience  shows that 

these impacts are negligible compared with those  linked to their operation. 

Page 10: TrellisResin LCA

10  

• Packaging  used  to  transport  materials  between  the  supplier  and  the  producer  was 

excluded as this  impact was found to be negligible when compared  to the impact of the 

materials contained within them. 

 

3.1.4    Key Assumptions and Limitations  

Within  any  LCA  some  assumptions  are  required  due  to data  constraints.  The  key  assumptions 

made within this study are outlined below: 

 • The  transportation  of  all  conventional  plastics  from  the  supplier  to  the  producer  was 

based on distances provided by Trellis Earth. 

 • All road transportation was assumed to be via a 16‐‐‐32 metric ton truck. 

 • The  use  of  natural  gas  during  plastic  product  manufacture  was  assumed  to  be  in  a 

>100kW modulating boiler. 

 • The  production  of  conventional   plastics  was  based  on  Ecoinvent  data  on  polymer 

production  in Europe. 

 

 

3.2   Inventory analysis  Inventory  analysis  is  the  identification,  collection  and  calculation  of  inputs  and  outputs  of 

environmental  flows  across  the  system  boundaries.  The  inputs  and  outputs  are  scaled  to  the 

functional  unit  and  include  both  elementary  and  non‐‐‐elementary  flows.  Elementary  flows  are 

materials  or  energy  entering  the  system  being  studied,  which  have  been  drawn  from  the 

environment  without  previous  human  transformation,  or  materials  and  energy   leaving  the 

system, which are discarded  into the environment without subsequent human transformation. 

 The  software  tool  SimaPro  was  used  to model  the  systems  and  calculate  the  environmental 

impacts  of  the  life  cycle  scenarios  studied.  SimaPro  has  been  specifically  developed  by  PRé 

Consultants  in the Netherlands  for the calculation of life cycle  impacts and  is one of the world’s 

leading LCA tools. 

 Life  cycle  Inventories  generally  contain  hundreds  of  environmental  flows  for  a  single  product 

system. Life cycle  impact assessment  (LCIA) translates  these flows  into potential  impacts on the 

Page 11: TrellisResin LCA

11  

environment  enabling  the  evaluation  of  the  systems  through  a  number  of  impact  categories 

such as global warming and abiotic depletion. 

 Where  generic  average  data  has  been  used,  data  specific  to  United  States  was  used  in  the 

modeling  where  possible.  However,  in  some  cases  the  data  represents  a  European  average. 

Primarily  this  data was  obtained  from  the  Ecoinvent  database  which  contains  the  elementary 

and non‐‐‐elementary flows for over 4000 industrial materials and processes. 

 

 

3.3   Impact assessment  The  impact assessment phase of an LCA assigns  the results of the  inventory analysis  to different 

impact categories. The impact categories considered  in this study were: 

 • Global Warming Potential (GWP or carbon footprint) 

 • Abiotic resource depletion 

 Global warming  potential  is a measure  of how much  of a given mass  of a greenhouse  gas  (for 

example,  CO2,  methane,  nitrous  oxide)  is  estimated  to  contribute  to  global  warming.  Global 

warming  occurs  due  to  an  increase   in  the  atmospheric   concentration  of  greenhouse  gases 

which  changes  the  absorption  of  infra‐‐‐red  radiation   in  the  atmosphere,  known  as  radiative 

forcing  leading  to  changes  in  climatic  patterns  and higher  global  average  temperatures.  Global 

warming potential  is measured  in terms of CO2 equivalents. 

 

For  GWP,  the  IPCC  2007  characterization  factors  were  used  to  translate  the  greenhouse  gas 

emissions  generated  by  the  life  cycle  scenarios  into  a  single  carbon  footprint.  These 

characterizations  factors  do not  included  the absorption  of biogenic  CO2  from  the atmosphere 

during  biomass  growth  and  the  release  of  biogenic  carbon  as  carbon  dioxide  and  methane 

emissions  during  product  degradation.  This   is  a  significant   issue  for  polymers   that  contain 

biomass,  such as the bioplastics  produced  by Trellis Earth,  since  the exclusion  of the absorption 

of biogenic  CO2  from  the  atmosphere  during  plant  growth  eliminates  one  of  the  key  benefits 

of  the  bioplastics.    Therefore,    to  understand    the  relevance    of  this  issue,  these  biogenic  

impacts  have  been  included  as  a  sub  category  within  the  global  warming  results.  This  sub 

includes  the amount   of  biogenic   carbon   dioxide   sequestered   during   production.   However,  

it  does  not consider  the  implications  of  product  degradation  and  the  potential   release  of 

this   biogenic carbon  as  carbon  dioxide  and methane  as  this  degradation  is  outside  the  cradle 

to gate  scope of the project. 

 

Page 12: TrellisResin LCA

12  

For abiotic  resource  depletion,  the CML 2 baseline  2000 method,  a problem‐‐‐oriented approach 

developed  by  the Center  for Environmental  Science  (CML),  Leiden University,  the Netherlands, 

was used. A description of each of these impact categories  is given in appendix A. 

 To  provide  a  greater  understanding  of  the  relevance  of  certain  impact  categories,  the  ReCiPe 

method was also used  to generate  a single environmental  score  for each scenario.  This method 

normalizes  and weights  environmental  impact  categories  and  then  combines  them  into a single 

score  in  terms  of  eco‐‐‐points where  1,000  eco‐‐‐points  is  the  equivalent  of  an  average  person’s 

annual  environmental  load. ReCiPe was developed  by panels  of experts  agreeing weightings  of 

different  environmental  issues.  Any weighting  is  potentially  controversial.  For  example,  some 

experts  feel  that ReCiPe  assigns  too much  importance  to GWP, whereas  other experts  feel  this 

appropriately  reflects  the  importance  of  the global warming  issue.  Some experts  even  feel  that 

no weightings  should ever be used, meaning no single  score methodology  should ever be used. 

In   recognition   of   this   range  of  views,  ReCipe   results   should  be  seen  as  “rule  of   thumb” 

management  summary  indications  rather than as “hard and fast” scientific  fact. 

 The  impact  assessment  reflects  potential  and  not  actual  impacts  and  takes  no  account  of  the 

local  receiving  environment.  In addition,  the underlying  scientific  knowledge,  especially  for  fate 

and exposure assessment,  is still under development. 

 

Included  in the assessment  is an evaluation of the GHG  impacts both with and without biogenic 

carbon.  This  is  the  approach  recommended  in  the most  recent  GHG  Protocol  adopted  by  the 

Sustainability   Consortium.   This   approach   is   recommended   by   the   Consortium   because   it 

provides  transparency:  a  reader  who  feels  biogenic  carbon  should  not  be  included  can  see 

those  results,  while  a  reader  who  feels  that  it  should  be  included  can  see  those  results.  In 

addition,  in  the  case  of  Trellis  Earth  the  approach makes  sense  because  it  shows  the  range  of 

potential results achieved by different Trellis Earth customers. 

   

4   Inventory analysis  This  section  describes  the  data  used  to model  the  life  cycles  of  the  five  plastics  considered 

during  the  inventory  analysis  stage.  The  following  sections  describe  the  primary  data  (data 

collected   from  the  customer  and  suppliers)  and  secondary  data  (data  provided  by  existing 

datasets  or  assumptions)  used  to model  the  production  of  the  bioplastics  and  conventional 

plastics considered  from cradle to gate. 

Page 13: TrellisResin LCA

13  

 

 

4.1  Trellis Earth bioresin  

The  diagrams  in  figure  3  show  the  cradle  to  gate  life  cycle  of  1  lb  of  Trellis Earth  bioplastic 

pellets  produced  by  Trellis Earth Products, Inc.  The  following  sections  outline  the  data  used  to 

model  the  life cycle of this product based on the life cycle stages  identified  in this figure.   

  

 

Figure 3, The cradle to gate life cycle of 1lb of Trellis Earth bioresin bioplastic pellets.  

  

  

4.2   Additives  The quantity  of all additives  required  to produce  1  lb of bioplastic resin was  supplied by  Trellis 

Earth.    All    input    materials    were    assessed    and    modeled    using    the    most    appropriate 

secondary data available. 

 4.2.4    Production energy 

 The production of grid electricity was based  on  the  delivery  of medium  voltage  electricity  from 

the  US  grid.  The  use  of  natural  gas was  modeled  using  European  data  on  the  delivery  and 

burning  of  natural  gas  for  heat  in  a >100kW modulating boiler.  

Page 14: TrellisResin LCA

14  

 

4.2.5    Transport  The   transportation    of   materials    from   material   supplier    to   Trellis Earth   was   based   on   

a combination   of  estimates   and  primary  data  provided  by  Trellis Earth.  All  distances   from  

the material  supplier  to  Trellis Earth  were  provided  by  Trellis Earth.   

 4.2.6    Production waste 

 The  disposal  of  the  pellet  production  waste  was  based  on  wastage  rates  provided  by  Trellis 

Earth.  The  landfill  of  pellet  production    waste  was  modeled  using  Ecoinvent  data  on  the 

disposal  of mixed plastic to landfill and is representative of a Swiss municipal sanitary  landfill.  

 

4.3  Conventional plastics  The  following   sections  outline   the  data  used  to  model  the   life  cycles  of  the  conventional 

plastics considered  in this study. 

 

4.3.1.1   Polypropylene   

The  diagram  in  figure  7  shows  the  cradle  to  gate  life  cycle  of  1  lb  of  polypropylene  pellets 

(as  though)  produced  by  Trellis  Earth  (for  normalization  purposes).  The  following  section 

outlines  the data used  to model  the  life cycle of this plastic.  

   

Figure 7, The cradle to gate life cycle of 1lb of conventional polypropylene  (PP) pellets. 

 

Page 15: TrellisResin LCA

15  

The  production  of polypropylene  resin  used  in  the  conventional  PP pellets was modeled  using 

Ecoinvent  data  representing  the  average  of 28  production  sites  producing  a  total  of 7.2 Mt  in 

Europe during 1999. 

 The  transportation  of polypropylene  resin  from  the material  supplier  to Trellis Earth was based 

on a  distance  of  940  miles  by  train  provided  by  Trellis Earth.  Rail  transport  was  modeled  

using Ecoinvent data representing  the use of diesel rail freight  in the United States. 

 The  production  of  the  plastic  pellets  was  modeled  using  primary  data  on  the  use  of  grid 

electricity  and  natural  gas  and  was  provided  by  Trellis  Earth.  A  detailed  site  assessment  was 

undertaken  and  this  showed  that  all  the  plastics  were  processed  in  the  same  way  with  the 

same energy  requirements  (mixing, heating  and pelletization were  the  same  in each  case).  This 

data  was  combined  with  secondary  data  from  the  Ecoinvent  database  on  the  impact  of  grid 

electricity  production  and natural  gas extraction  and use. The production  of grid electricity was 

based  on  the delivery  of medium  voltage  electricity  from  grid  in  the United  States.  The use of 

natural  gas was modeled  using  European  data  on  the  delivery  and  burning  of  natural  gas  for 

heat in a >100kW modulating boiler. 

 The  disposal  of  the  pellet  production  waste  was  based  on  wastage  rates  provided  by  Trellis 

Earth. The  landfill  of  production  waste  was modeled  using  Ecoinvent  data  on  the  disposal  of 

mixed plastic to landfill and is representative of a Swiss municipal sanitary  landfill. 

 

4.3.1.2   Polyethylene terephthalate  

The  diagrams   in   figure  8  show   the  cradle   to  gate   life  cycle  of  1   lb  of   the  polyethylene 

terephthalate    pellets  ( a s   t h o u g h )   produced    by  Trellis  Earth.    The  following  section 

outlines  the  data  used  to model the life cycle of these pellets. 

 

 

Page 16: TrellisResin LCA

16  

 

 

 

Figure 8, The cradle to gate life cycle of 1lb of conventional polyethylene  terephthalate   (PET) 

pellets. 

 The  production  of  polyethylene  terephthalate  resin  used  in  the  conventional  PET  pellets  was 

modeled   using   Ecoinvent   data   representing   the   production   of   a   total   of   569,000 t   of 

amorphous polyethylene  terephthalate  from ethylene glycol and PTA in Europe during 2000. 

 The  transportation  of  polyethylene  terephthalate  resin  from  the  material  supplier  to  Trellis 

Earth was    based    on    a    distance    of    940   miles    by    train    provided    by    Trellis Earth.    Rail  

transport    was modeled  using  Ecoinvent  data  representing  the  use  of  diesel  rail  freight  in  the 

United States.  

 

The  production  of  the  plastic  pellets  was  modeled  using  primary  data  on  the  use  of  grid 

electricity    and    natural    gas    and   was    provided    by    Trellis Earth.    This    data   was    combined  

with secondary data from the Ecoinvent database on the impact of grid electricity production and 

natural  gas  extraction  and use.  The production  of grid  electricity was  based  on  the delivery  of 

medium   voltage   electricity   from   the  US  grid.  The  use  of  natural   gas  was  modeled   using 

European  data  on  the  delivery  and  burning  of  natural  gas  for  heat  in  a  >100kW  modulating 

boiler. 

 The  disposal  of  the  pellet  production  waste  was  based  on  wastage  rates  provided  by  Trellis 

Earth.  The  landfill  of  pellet  production    waste  was  modeled  using  Ecoinvent  data  on  the 

disposal  of mixed plastic to landfill and is representative of Swiss municipal sanitary  landfill. 

 

 

Page 17: TrellisResin LCA

17  

4.3.1.3   High Impact Polystyrene  

The diagrams  in figure 9 show  the cradle  to gate  life cycle of 1  lb of the high  impact polystyrene 

pellets  ( a s   t h o u g h )   produced  by  Trellis Earth.  The  following  section  outlines  the  data  used 

to model  the  life cycle of these pellets.  

 

 

 Figure 9, The cradle to gate life cycle of 1lb of conventional high impact polystyrene  (HIPS) 

pellets 

 The production  of  the high  impact  polystyrene  resin  used  in  the  conventional  HIPS pellets was 

modeled  using  Ecoinvent  data  representing  the  average  production  of  15  sites  of  high  impact 

polystyrene  from ethylene and benzene by free radical processes.  

 

The  transportation  of high  impact  polystyrene  resin  from  the material  supplier  to  Trellis Earth 

was based  on  a  distance  of  940  miles  by  train  provided  by  Trellis Earth.  Rail  transport  was 

modeled using Ecoinvent data representing  the use of diesel rail freight  in the United States. 

 The  production  of  the  plastic  pellets  was  modeled  using  primary  data  on  the  use  of  grid 

electricity    and    natural    gas    and   was    provided    by    Trellis Earth.    This    data   was    combined  

with secondary data from the Ecoinvent database on the impact of grid electricity production and 

natural  gas  extraction  and use.  The production  of grid  electricity was  based  on  the delivery  of 

medium   voltage   electricity   from   the  US  grid.  The  use  of  natural   gas  was  modeled   using 

European  data  on  the  delivery  and  burning  of  natural  gas  for  heat  in  a  >100kW  modulating 

boiler. 

 

Page 18: TrellisResin LCA

18  

The  disposal  of  the  pellet  production  waste  was  based  on  wastage  rates  provided  by  Trellis 

Earth.  The  landfill  of  pellet  production    waste  was  modeled  using  Ecoinvent  data  on  the 

disposal  of mixed plastic to landfill and is representative of a Swiss municipal sanitary  landfill. 

 

4.3.1.4   Low Density Polyethylene  

The  diagrams   in   figure  10  show   the  cradle   to  gate   life  cycle  of  1   lb  of  the   low  density 

polyethylene  pellets  (as though) produced  by  Trellis Earth.  The  following  section  outlines  the 

data  used  to model the life cycle of these pellets. 

 

 

 Figure 10, The cradle to gate life cycle of 1lb of conventional Low Density Polyethylene  (LDPE) 

pellets. 

Page 19: TrellisResin LCA

19  

 

 

The production  of the  low density polyethylene  resin used  in the conventional  LDPE pellets was 

modeled  using  Ecoinvent  data  representing  the  average  production  of 4.79Mt  of  LDPE during 

1999.  The   transportation   of   low  density  polyethylene   resin   from   the  material   supplier   to 

Trellis  Earth  was  based  on  a  distance  of  940  miles  by  train  provided  by  Trellis  Earth.  Rail 

transport was  modeled  using  Ecoinvent  data  representing   the  use  of  diesel  rail  freight   in  

the  United States. 

 The  production  of  the  plastic  pellets  was  modeled  using  primary  data  on  the  use  of  grid 

electricity    and    natural    gas    and   was    provided    by    Trellis Earth.    This    data   was    combined  

with secondary data from the Ecoinvent database on the impact of grid electricity production and 

natural  gas  extraction  and use.  The production  of grid  electricity was  based  on  the delivery  of 

medium   voltage   electricity   from   the  US  grid.  The  use  of  natural   gas  was  modeled   using 

European  data  on  the  delivery  and  burning  of  natural  gas  for  heat  in  a  >100kW  modulating 

boiler. 

 The  disposal  of  the  pellet  production  waste  was  based  on  wastage  rates  provided  by  Trellis 

Earth.  The  landfill  of  pellet  production    waste  was  modeled  using  Ecoinvent  data  on  the 

disposal  of mixed plastic to landfill and is representative of a Swiss municipal sanitary  landfill. 

   

 

5   Impact assessment  The  following  sections  outline  the  results  of  the  impact  assessment  of  the  Trellis  Earth 

bioplastics and  conventional  plastics  identified  in  section  3.1. The  first  section  (5.1) provides  an 

overview of    the    carbon    footprint    results    (Global   Warming    Potential,    GWP).    The    second  

section    (5.2)  outlines  the  results  for  abiotic  resource  depletion.  The  third  section  (5.3) 

provides  an analysis of the ReCiPe single environmental  score results. 

 

 

5.1  Global Warming Potential  The  results  for  the  carbon  footprint  (Global  Warming  Potential,  GWP)  of  all  the  plastics  are 

shown  in  table  1  and  figures  11  and  12.  The  table  and  figures  show  the  results  excluding  and 

including  the  effect  of  biogenic  carbon  dioxide  absorption  during  biomass  growth.  All  results 

Page 20: TrellisResin LCA

20  

represent  the  functional  unit  (the  production  of  1lb  of  plastic  pellets).  The  table  shows  the 

results  along  with  the  best  and  worst  option  marked  either  red  (worst)  or  green  (best).  The 

figures  show  a  breakdown  of  each  plastic  based  on  the   life  cycle  stages   identified   in  the 

inventory analysis (section 4). The results can be summarized as follows: 

 • The  Trellis Earth bioresin  bioplastic  had  the  lowest  GWP  per  lb  of  any  of  the  plastics 

considered  (both  when  the  absorption  of  biogenic  carbon  dioxide  was  included  and 

excluded).  It was found to be 8.1% lower than the nearest conventional plastic (PP) when 

biogenic  carbon  dioxide  was  excluded.  This  difference  rose  to  31.7%  when  biogenic 

carbon was included. 

 

 

Table 1, The Global Warming Potential  (GWP) of each plastic with and without the inclusion of biogenic carbon. 

    

Page 21: TrellisResin LCA

21  

 

Figure 11, The Global Warming Potential  (GWP) of each plastic without the inclusion of biogenic 

carbon based on life cycle stage. 

Page 22: TrellisResin LCA

22  

   

Figure 12, The Global Warming Potential  (GWP) of each plastic with the inclusion of biogenic 

carbon based on life cycle stage. 

 The  results  show  that, when  biogenic  carbon  was  excluded,  the  plastic  with  the  lowest  GWP 

per  lb was  the  Trellis Earth bioresin  while  the  plastic  with  the  highest  GWP  per  lb was  HIPS. 

In  some cases  the Trellis Earth bioresin bioplastic was very  significantly  better  (76%  lower  than 

HIPS) and  in other cases it was significantly better but by a smaller amount (8% lower than PP). 

 The  compostable  bioplastics were  all  found  to be  superior  to HIPS  and  competitive  with APET. 

However,  they were  found  to  be  inferior  to  all  other  conventional  plastics.  This was  due  to  a 

number  of  factors  including  the  greater  transport  distances  involved  (particularly  for  Ecoflex 

from Germany)  and the  impact of material production.  The split of  impact between  Ecoflex and 

PLA  was  fairly  even  despite  the  use  of  a  larger  quantity  of  Ecoflex  within  each  compostable 

bioplastic.  Therefore  the  PLA  had  the  largest material  contribution,  almost  entirely  due  to  the 

consumption of energy, from grid electricity and natural gas, used to produce  it. 

 

Page 23: TrellisResin LCA

23  

When   biogenic   carbon  was   included   in   the   impact   assessment   of  GWP,   the   Trellis Earth  

bioplastic was  found  to be  superior  to all other  alternatives.  The  inclusion  of  the absorption  of 

carbon  dioxide  reduced  the  impact  of  the  Trellis Earth bioresin  by  over  25%  compared  to  the 

original  results  due  to  the  uptake  of  CO2  from  the  air.  So  the  benefit  of  Trellis Earth bioresin 

became even  greater.  The  impact  of  the  conventional  plastics  remained  largely  unchanged  as 

they did not include any renewable material  in their composition. 

 

 

5.2  Abiotic Resource Depletion  The  results  for  abiotic  resource  depletion  using  the  CML  impact  assessment  method  for  all 

plastic  pellets  are  shown  in  table  2. The  table  shows  the  results  along with  the best and worst 

option  in  each  category  marked  either  red  (worst)  or  green  (best).  All  results  represent  the 

functional unit (the production of 1lb of plastic pellets). 

 Table 2, The impact on resource depletion  for each plastic. 

   Plastic products 

Abiotic depletion       

(lbs Sb eq/lb) 

Trellis Earth bioresin  0.0283 

Compostable 3000  0.0320 

Compostable 3002  0.0325

Compostable 3010  0.0329

Polypropylene  0.0369

Amorphous Polyethylene Terephthalate 0.0386

High Impact Polystyrene 0.0443

Low Density Polyethylene 0.0377

  The Trellis Earth bioresin was found to have the lowest abiotic resource  depletion  and was 23% 

lower than the nearest conventional plastic (PP). Both the Trellis Earth bioresin and compostable 

bioplastics  were  found  to  be  superior  to  their  conventional  alternatives  due  to  the  reduced 

quantity  of fossil  based  plastic  used  to produce  them.  This  is particularly  clear  in figure  13 

which shows the results based on their life cycle stage. This shows that the impact of starch on the 

Trellis Earth bioresin and PLA on the compostable bioplastics was relatively  low compared to the 

impact of the materials used in the conventional alternatives. 

Page 24: TrellisResin LCA

24  

  

Figure 13, The abiotic resource depletion of each plastic based on life cycle stage.    

5.3  Single environmental  score  The ReCiPe  impact  assessment method was used  to provide  a  single  environmental  score.  The 

Recipe  method   normalizes   and  weights   a   number   of   categories   based   on   their   relative 

importance  to provide  a  single  score  in eco‐‐‐points where  1,000  eco‐‐‐points  is  the equivalent  of 

an  average  citizen’s  annual  environmental  load.  This presents  an understanding  of  the  relative 

importance   of   the   impact   categories   considered    in   the   previous   section.   However   any 

weighting   method    is   potentially   controversial   since   value   judgments   are   involved   (the 

importance  of  one  environmental   issue  compared   to  another   is  a  human   judgment).  This 

means  that  ReCipe  results  should  be  taken  as  an  interesting  management  perspective  rather 

than   hard   science   agreed   by   all   stakeholders.   The   results  were   based   on   a  Hierarchist 

(balanced)  perspective  using world  normalization  factors  and  are  shown  in  table  3 and  figure 

14. 

 The  results  show  that  Trellis  Earth  bioresin  bioplastic  was  superior  to  all  conventional 

alternatives.  The  Trellis  Earth  bioresin  was  found  to  have  a  16%  lower  score  than  the  best 

performing  conventional  plastic  (PP).  The  best  performing  compostable  plastic  (Compostable 

3000) had an  impact only 1% greater  than conventional  PP, but 9%  lower  than APET, 24%  lower 

than  HIPS  and  1.3%  lower  than  LDPE.  For  the  Compostable  bioplastics,  the  slight  advantage 

Page 25: TrellisResin LCA

25  

gained  through  the  use  of  renewable materials  was  balanced  by  the  additional  transportation 

impacts   required.  However,   the  use  of  starch  and  other  materials  within   the  Trellis Earth 

bioplastic gave it a clear advantage over conventional polymers. 

 Table 3, The ReCiPe single score results for each plastic. 

  Plastic products 

ReCiPe World H/A Single Score 

(Eco‐‐‐points/lb) 

Trellis Earth bioresin  0.1568 

Compostable 3000  0.1892

Compostable 3002  0.1904 

Compostable 3010  0.1916

Polypropylene  0.1869

Amorphous Polyethylene Terephthalate 0.2082

High Impact Polystyrene  0.2479

Low Density Polyethylene  0.1916  

 

Figure 14, The ReCiPe single score of each plastic based on life cycle stage.  

   

Page 26: TrellisResin LCA

26  

 

6  Sensitivity Analysis  To provide a greater understanding of the influence of individual materials on Carbon Footprint 

(Global Warming Potential, GWP), a range of sensitivity analyses were conducted. 

 Figure 15 shows  the  impact per  lb of each of  the major  component materials  utilized within  all 

of  the  bioplastics  (including  transportation  to  Trellis  Earth).  This  shows  that  when  biogenic 

carbon dioxide absorption  is excluded  from  the results, PLA and Ecoflex have the highest  impact 

per  lb  of  the  major  materials,  while  starch  has  the  lowest.  When  biogenic  carbon  dioxide 

absorption  is included,   the  PLA  becomes   superior   to   the   conventional   plastics   (HDPE   and  

PP)    dropping  61.5%,  but  the  impact  of  Ecoflex  only  drops  by  5.3%,  making  it  the  worst 

option.  In  addition,  the  starch  provides  a  negative  GWP  value  meaning  it  provides  a  net 

benefit  to GWP  through the absorption of carbon dioxide during growth.  

   Figure 15, The GWP per lb of each major  input material  including transportation  to site. 

 

Page 27: TrellisResin LCA

27  

 

 

Figure 15 emphasizes  that: 

 • Starch  always  has  the  best  carbon  footprint  result, whether  or  not  biogenic  carbon  is 

credited. 

 • PLA  shows  very  different  results  depending  on whether  biogenic  carbon  is  credited:  it 

has  the worst  carbon  footprint  of any of  the materials when  not  given  credit  for plant 

carbon dioxide absorption, but the second best when given this credit. 

 • Ecoflex  only   improves   slightly   if  given   credit   for  carbon  absorbed   (which   is  to  be 

expected  since  it  is  not  a  plant  based material),  and  in  all  cases  Ecoflex  has  a worse 

carbon  footprint  than  conventional  polymers  (because  it  is  derived  mainly  from  the 

same  conventional  monomers  as  PET, which  is  one  of  the  higher‐‐‐impact  conventional 

polymers). 

 • HDPE and PP have very similar  carbon  footprints:  they have a higher  impact  than starch 

if carbon  is not credited, and a higher  impact than PLA and starch  if carbon  is credited. 

 

 

6.1    A  change  to  the  starch  and  PP  content  of  Trellis Earth bioresin  Since  starch  has  the  lowest  carbon  footprint,  it means  that  the  environmental  performance  of 

Trellis Earth bioresin  improves  if starch  content  is  raised. However  in  reality  the product would 

become too weak if the starch content was too high. 

 A  sensitivity  analysis  was  carried  out  to  show  the  benefit  of  an  increase  in  starch  content  on 

Trellis  Earth bioresin  (Figure  16).  This  figure  shows  that  if no  starch  is  included  in Trellis  Earth 

bioresin and the proportions   of  the  other  materials   remains   the  same   (meaning   it   is  made  

up   of   PP    and additives),  the carbon  footprint  is 2.529  lbs CO2 (e)/lb  (biogenic  carbon  included 

and excluded). This  would  mean  that  Trellis Earth bioresin  would  still  be  marginally   superior  

to  conventional  PP  (the reason  it  is not  identical  to PP  is that  it has additives). However,  as the 

content  of  starch  begins to  increase,  the  GWP  falls  (with  and  without  biogenic  carbon).  The 

result  excluding  biogenic carbon  falls at a  rate of 0.012  lbs CO2  for every 1%  increase  in starch 

content while  the  result including  biogenic   carbon   falls  at  a  greater   rate  of  0.029   lbs  CO2  

for  every  1%   increase. Although  a  100%  starch  content  does  not  result  in  a  negative  value 

like  the  starch  material shown  in  figure  15,  the  GWP  result  including  biogenic  carbon  drops 

by 95%  to  just  0.139  lbs CO2/lb. 

Page 28: TrellisResin LCA

28  

 

 

Figure 16, The GWP per  lb of Trellis Earth bioresin with  increased/decreased  starch content. 

 Conversely,  figure 17 shows  the  implications  of  increasing  the polypropylene  (PP) content when 

the  proportion  of  the  other materials  remains  the  same.  This  shows  that  the  impact  of  Trellis 

Earth  bioresin  increases    as  the  PP  content    increases    at  a  rate  of  0.006  lbs  CO2  per  1% 

increase   when biogenic  carbon  dioxide  is  excluded.  This  again  shows  that  as  the  content  of 

starch  drops,  the impact of Trellis Earth bioresin  increases. However,  even at 100% PP content, 

the Trellis Earth bioresin  is superior to all other alternatives and identical to conventional PP. 

   

Page 29: TrellisResin LCA

29  

 

Figure 17, The GWP per lb of Trellis Earth bioresin with increased/decreased  PP content. 

   

 

7  Conclusion  The  study  found  that  the Trellis Earth bioresin was better than conventional plastics  in terms of 

global warming potential, abiotic resource depletion  and ReCiPe  single  score.   

 The  performances  of  the  Trellis Earth bioresin was further found  to  be  aided  by  the  inclusion  

of  absorbed biogenic  carbon  dioxide  in  the measurement  of  global  warming.    T h e   b ioresin 

saw  a 21‐‐‐25% drop  in  its  impact when  the absorption  of CO2 during plant growth was  included.   

 Carbon  footprint  results  need  to be  taken  in  context with  the use  and disposal  of  the product 

produced  from  the  plastic.  If  the  product  is  used  for  a  significant  period  of  time  or  does not 

degrade,  the  carbon  will  remain  sequestered  within  the material,  therefore  removing  it from  

the    atmosphere    for    a    significant    period.    Alternately,    this    benefit   may    be    lost    if    the 

Page 30: TrellisResin LCA

30  

material  is  used  in  short  term  product  and  is  either  incinerated  or  entirely  degrades  within  a 

relatively short period.  

 

The sensitivity  analysis  found  that Starch had the  lowest GWP of any of the materials used both 

when biogenic  carbon was  included  and excluded. However, even without a starch content,  the 

Trellis Earth bioresin  bioplastic  was  found  to  be  superior  to  conventional  plastics  (because  in 

this  case  it  is made  up  of  the  best  of  the  conventional  plastics,  PP,  plus  additives  that  have  a 

lower carbon footprint  than  PP).   

 To conclude, the results of this study found that: 

 • Trellis  Earth  bioresin  had  the  best  overall  environmental  performance.  It  had  the 

lowest  carbon  footprint  (GWP) of any of the plastic pellets.  Its carbon  footprint was 8% 

lower  than  the best  conventional  plastic, which was PP, and 76%  lower  than  the worst 

conventional plastic, which was HIPS. This was when no credit was given for plant carbon 

dioxide absorption.  When  credit  was  given,  the  benefit  of  Trellis Earth bioresin  was 

even    greater:    its  carbon  footprint  was  32%  lower  than  even  the  best  conventional 

plastic (PP). 

 • In  terms  of  the  ReCiPe  single  score  (which  amalgamates  environmental  impacts  into  a 

single  value)  Trellis  Earth  bioresin  was  found  to  be  superior  to  all  conventional  

plastics:  it was 23% better than the best conventional plastic, which was again PP. 

 

Page 31: TrellisResin LCA

  

   

 

Appendix A: Description of Impact Categories  Abiotic depletion 

 

What  is it? This  impact category  refers to the depletion of non  living  (abiotic)  resources  such as fossil 

fuels, minerals, clay and peat. 

 Why  is  it an  issue?  In 2006, WWF  International  reported  that mans  impact  on global  resources has 

tripled  since  1961  and  is  now  25%  above  the  planets  ability  to  regenerate   itself.  If  the world’s 

population  shared  a western  lifestyle,  three  planets would  be  required  to meet  their needs. 

 

How is it measured? Abiotic depletion  is measured  in kilograms of Antimony  (Sb) equivalents. 

 Global warming 

 

What  is  it?  Global  warming  potential  is  a  measure  of  how  much  of  a  given  mass  of  a  green 

house    gas    (for   example,    CO2,   methane,    nitrous   oxide)    is   estimated    to   contribute    to   global 

warming. Global warming occurs due  to an  increase  in the atmospheric  concentration  of greenhouse  

gases  which  changes   the  absorption  of   infrared   radiation   in  the  atmosphere, known as radiative 

forcing leading to changes in climatic patterns and higher global average temperatures. 

 

Why    is    it    an    issue?    If    no    action    is    taken    to    reduce    global    carbon    emissions,     average 

temperatures  are  likely  to  rise  by  more  than  2  degrees  Celsius.  This  change  will  increase  severe 

weather  such  as  tropical  storms,  droughts  and  extreme  heat  waves  and  heavy  precipitation. 

Stabilization would require emissions to be at least 25% below current  levels by 2050. 

 How is it measured? Global warming potential  is measured  in terms of CO2 equivalents.