Environmental Impacts of a Coffee Cup

  0 

ENVIRONMENTAL IMPACTS OF A CUP OF COFFEE

Itziar Lopez 

MT2503‐ Methods For Sustainable Product Development 

  1 

SYSTEM  MAP  

 SYSTEM MAP 

This system map is based on a material, energy,  information  and  transportation flows.  The  system  is  represented following  the  different  steps,  starting from  the  client  that  goes  into  the  bar and  orders  a  cup  of  coffee,  and  going upwards  on  the  supply  chain  into  the back  office  (what  is  behind  the  line  of visibility of the client).  

The system boundaries are determined by  what  is  directly  influencing  the coffee value chain, meaning the various direct  inputs and outputs derived  from the several processes needed to have a ready to brew coffee and the processes that  happen  during  and  after  brewing (use and disposal). 

However,  in  order  to  have  a  bigger picture  of  the  value  chain  of  a  cup  of coffee, products or services that directly influence  the  possibility  of  offering  a cup of coffee such as the milk and sugar input,  the  cup  in  itself  and  even  the personnel  in  charge  of  making  it  are also represented in this system map. 

  2 

RESEARCH DESIGN  –  MAXWELL  MAP 

RESEARCH METHODOLOGY 

In facing a research period, there is an important choice to make. Two types of research are most commonly used, quantitative and qualitative.  Maxwell refers to qualitative design as a non‐linear process with continuous iterations and mostly a parallel workload in each and every of its steps. This last research design method will be the one used in this paper.  

Starting with the goal of the research, it is essential to understand the purpose of this study, why are we doing it and who is interested in the results. Identify what kind of results do we expect and how will they by lately used. Secondly, the conceptual framework, the actual state of the art in relation to the topic being the scope of our research is identified. Which are the existing theories, our personal experience, previous experiments or research that has been done in this field, etc. 

Once these two first steps are clear, based on the gaps found, a research question is established. This question aims to be answered through various methods of collecting qualitative and quantitative data. Lastly all this data and the conclusions drawn from it need to be validated. (Maxwell 2012)

GOALS‐Why do you want to answer this question? Who is interested? 

Our company is right now involved in a whole restructuration of the supply chain. Our socio‐environmental practices are being constantly questioned the last years, consumer pressure and government regulations together with various activist campaigns have resulted in a huge decrease in our profits and a devaluation of our brand. 

In so, we have taken the determination to make a profound change and become a fully sustainable brand, from cradle to grave or even better, from cradle to cradle.  

Our first step was to introduce sustainable supply chain practices and start supplying from certified coffee producers that ensure top range socio‐environmental practices. 

Our second step once we are sure our coffee is fairly produced, is to develop in‐house fully sustainable practices related to the delivery of a cup of coffee, our unique service. This commitment relies on the idea of gaining a socio‐environmental certification that puts us on the top of the hill compared to our direct competitors. 

As a result, the goal of our research is to find leverage points which could potentially improve our performance in terms of in‐house socio‐environmental practices, representing an easier and more radical change in the way we deliver a coffee cup. 

GOALS  CONCEPTUAL FRAMEWORK 

VALIDITY METHODS 

RESEARCH QUESTION

  3 

CONCEPTUAL FRAMEWORK‐What is going on, the actual mindset? How can that affect the result? 

Low consciousness about coffee production environmental impacts and high consumption in developed countries, however “consumers are demonstrating an increasing interest in the economic, social and environmental aspects of coffee production” (ICO 2012)

Agricultural practices are starting to be more and more on the focus of socio‐environmental activists, due to: 

Contribution to GHG emissions(ITC 2012)   Depletion of land availability for food crops in places where hunger is a 

mayor issue  Use of pesticides that are harmful for the humans and leak into the soils, 

causing biodiversity loss and pollution of ground waters (ICO 2011)   Questionable working conditions in most of the countries where coffee is 

grown 

The Third Wave Coffee Trend: Coffee evolving from a commodity to an article of taste, an artisanal product (WorldBarista 2011). 

The complexity of data collection is constantly present as a result of the reluctance of companies to publish what is considered confidential data to the open sphere, due to a fear of the data being used for other purposes than the desired one. This in turn leads to less accurate results of the research (Hervani et al. 2005) 

The research is also held with a mindset of socio‐environmental sustainability constraints dictated by the Natural Step Theories and the 4 Sustainability Principles, system conditions that need to be fulfilled in order to reach full sustainability. 

RESEARCH QUESTION 

What are the environmental impacts of the processes associated to delivering a cup of coffee happening inside our cafeteria facilities? 

METHODS 

For the purpose of this research we will make use of a method based on the analysis of the life cycle of a product from a material and energy flow perspective known as LCA (Life Cycle Analysis). 

LCA revolves around three main damage categories: human health, ecosystem quality and resources, under which several impact categories related to different aspects of the environment can be found (carcinogenic substances, climate change, eutrophication, depletion of materials, etc) (LCA Calculator n.d). 

VALIDITY‐How might you be wrong (data, conceptual framework, math)? How are your system boundaries affecting your answer? 

This research is conducted on a basic education level. This might influence the accuracy of the results due to time constrains and lack of access to accurate data or direct data from suppliers involved in the service of offering  a cup of coffee.  

Also, the system boundaries determined, might affect the result. In isolating the whole service offered inside the cafeteria to only the processes directly related to the offering of a cup of coffee, some of the main socio‐environmental impacts might be lost. This can result in non‐realistic results of our performance regarding socio‐environmental practices.

  4 

SLCA  

Strategic Life Cycle Analysis 

In  order  to  understand  the environmental  “hot  spots”  of  the activities  involved  in  the  system  of delivering  a  cup  of  coffee‐milk,  an activity mapping is developed. 

This  activity  mapping  reflects  the different  levels  of  action,  starting from  the  customer  and  going deeper  into  the  cafeteria  activities and  later  into the activities that are behind  the  line  of  visibility  for  the customer  (cafeteria  back  office, distributor, raw material, etc). 

This  activity  map  is  based  on  the previously designed system map. By relating  these  various  activities  to the  4  Sustainability  Principles,  it  is easier to highlight the activities that might  contribute  most  to  socio‐environmental impacts. 

In this case it can be concluded that the main “hot spots” are  located  in the  raw  materials  value  chain  but also in the preparation of the coffee inside the cafeteria and  in the solid and water waste treatment. 

  5 

LCA  –  SIMAPRO 

GOAL AND SCOPE 

As stated before, the goal of this LCA is to understand the main in‐house impacts caused by the preparation of a coffee cup. The idea is to reduce our impacts related to energy, water and GHG emissions. 

Based on the whole coffee cup value chain system map developed, and the main “hot spots” found in the SLCA, the scope will be determined by the energy and material flows that happen inside our cafeterias. These flows include: 

FUNCTIONAL UNIT 

A cup of coffee (espresso 18 gr+milk 0.14L) 

Use Coffee Machine 

Poor coffee into cup 

Poor hot milk into cup 

Put coffee into machine  Drink Coffee Heat Milk in C. 

Machine

Clean Cup in Dishwasher 

Conserve Milk in fridge

Energy 

Energy 

Energy

Energy  WaterSoap 

Waste Water 

Emissions 

Emissions 

Emissions 

Cup Production

Energy 

Emissions

Water 

Waste Water 

Cup Dispossal 

Emissions

Boundaries of the LCA

  6 

INVENTORY ANALYSIS 

Inventory data  NormalisationNumber of espresso per day(15 hours serving)  350Power consumption per day(24 hours working)  26KWhPower consumption per espresso  0,075KWhWater consumption per espresso  1L(aprox)Milk/espresso  0,14LMilk Packaging Cardboard/espresso  0,003KgMilk Packaging Aluminium/espresso  0,0005 Kg

Fridge usage  80% Milk/fridge/day  30L Milk/fridge/cup  0,14L Dishwasher water consumption per cycle  15L Dishwasher water consumption per cup(30 cup load)  0,5L Dishwasher power consumption per cycle  1KWh Dishwasher power consumption per cup(30 cup load)  0,033KWh Dishwasher soap consumption per cup  0,0005 Kg 

Note: Data obtained from several sources 

IMPACT ASSESMENT 

EcoIndicator 99‐Egalitarian Perspective 

This  first assessment method has been chosen due  to  its  simplicity.  It  is a method intended for  internal use  in companies (usually  in product development processes). EcoIndicator  ’99  considers  emissions  seen  form  a  Europe  average  conditions perspective. Three impact categories are used: human health, ecosystem health and resource  use.  The weighting  is  done  based  on  cultural  values, what  counts  as  an environmental  problem  for  society.  The  egalitarian  perspective  represents  one  of this  cultural  set  of  values,  which  corresponds  to  a  consistent  use  of  the precautionary principle when  assessing  the  risk of diverse  environmental  impacts. Although  compared  to  an  individualist  or  hierarchical  view  is  the most  complete view, it also leads to the most uncertainties. (Bauman and Tillman 2004)  

  7 

From this first material and energy flow related to the EcoIndicator ’99 methodology, it can be outlined that the main environmental impacts are in relation to the brewing of the coffee in itself, more concretely on the energy required for running the coffee machine, which comes to a great extent from non‐renewable energies. 

Below, the weighting graph and the total aggregated score graph for each of the processes involved in the delivery of a coffee‐milk cup are represented. In these two 

graphs what we can observe is that, more specifically, the impacts related to the energy required for brewing the coffee come mainly from the need to extract fossil fuels. This activity implies many socio‐environmental impacts (carcinogens, respiratory inorganics and climate change) and risk of depletion of fossil fuels. The process of conserving the milk inside the fridge is also affected to a grand extent by this fact.

  8 

  9 

Ecological Scarcity 

“The ecological scarcity method weights environmental impacts ‐ pollutant emissions and resource consumption ‐ by applying "eco‐factors". The eco‐factor of a substance is derived  from environmental  law or corresponding political  targets. The more  the current  level  of  emissions  or  consumption  of  resources  exceeds  the  environmental protection  target  set,  the  greater  the  eco‐factor  becomes,  expressed  in  eco‐points (EP)”  

(ESU‐Services 2006) 

The aim of using this Impact Assessment methodology is to understand the end point impacts that the process of preparing a cup of coffee‐milk has. From the ecological scarcity standpoint we can see that in the material and energy flow the main impacts are again related to the production of electricity, both coming from natural gas and low  voltage production  in  Sweden. Regarding  the weighting  and  aggregated  score graphs,  it can be determined that the main end‐point  impacts happen to be  in the areas of emissions in to air, emission into surface water and deposited waste, being again the coffee brewing process the one with the most impact.  

  10 

  11 

Cumulative Energy Demand 

This  last  Impact  Assesment method was  chosen  as  a  result  of  the main  impacts discovered in the previous two methods, which pointed at the energy sources as the root  of  the main  impacts  derived  from  the  delivery  of  a  cup  of  coffee‐milk.  This method  focus  specifically on  the environmental  impacts derived only  from energy related aspects by classifying the energy sources in five main groups: 

1. Non renewable, fossil  2. Non renewable, nuclear  3. Renewable, biomass    

 4. Renewable, wind, solar, geothermal   5. Renewable, water 

(Goedkoop et al. 2008) From  this  third method  graph  of material  and  energy  flows,  it  can  be  concluded again that the main impacts are again represented in the energy flows into both the coffee machine brewing process and the refrigeration of the milk. Also, looking at the weighting, the highest percentage of the energy is coming from non renewable sources, mainly fossil fuels but also nuclear, which again represent a high risk of environmental impact. 

  12 

  13 

INTERPRETATION OF RESULTS 

The  initial  aim  of  this  life  cycle  analysis  was  to  understand  the  impacts  of  the processes taking place inside a cafeteria in order to deliver a cup of coffee‐milk. The boundaries were determined by the  location of the cafeteria  (Sweden) and also by the fact that only material and energy flows happening inside the cafeteria would be taken into account. These boundaries might have limited the analysis and also might have  lead  to a  loss of understanding of  the big picture, the whole system  in which the delivery of  this  cup of  coffee happens.    If  the  chosen  location was other  than Sweden,  the  energy  sources  could  have  been  coming  from  renewable  sources  or even from worse non renewable ones, which can deeply influence the result. 

From the analysis, our main goal can be perfectly understood. Looking at the results it  is clear  that  the main  impact comes  from  the energy sources we are using  right now, so that  is something we need to  look at new possibilities of ensuring that our 

supply  comes  from  renewable  sources.  Also  some  important  impacts  are represented by the deposited waste and the emissions into surface water. Both this could be researched a bit further to understand what kind of procedures we could implement. 

However,  aspects  such  as  the  lack  of  accuracy  in  the  data  collected  and  the differences  among  the  various  chosen  methodologies  could  have  led  us  to  not accurate results. Another relevant aspect is to understand the relative impact of the in‐house activities compared to the  impacts that the production of the coffee, milk and other needed products such as the cups have. It might happen that the relative importance  of  the  first  ones  is  very  small  compared  to  the  overall  impact  of  the whole process and  then we might be  trying  to  improve  something  that  in  the end would not have a real impact in our business.   

  14 

REFERENCES 

Bauman, Henrikke., Tillman, Anne‐Marie . 2004. The Hitch Hiker’s Guide to LCA: An Oreintation in Life Cycle Assessment Methodology and Application. Professional Publishing Svc. 

ESU‐Services 2006.Swiss Ecological Scarcity Method. Ecological Scarcity. http://www.esu‐services.ch/projects/ubp06/(accessed 11 February 2013) 

Goedkoop, Mark., Oele, Michiel., de Schryver, An., Vieira, Marisa. 2008. SimaPro7 Database Manual: Methods library. http://www.pre‐sustainability.com/download/manuals/DatabaseManualMethods.pdf (accessed 11 February 2013) 

Hervani, A. A., Helms, M. M., and Sarkis, J. 2005. Performance measurement for green supply chain management. Benchmarking: An International Journal (12:4): 330‐353. 

ICO(International Coffee Organization). 2012. Sustainability Initiatives. http://www.ico.org/sustaininit.asp (accessed 28 January 2013) 

ICO(International Coffee Organization). 2011. Developing a Sustainable Coffee Economy. http://www.ico.org/sustaindev_e.asp (accessed 28 January 2013) 

ITC (Internacional Trade Center). 2012. The Coffee Guide ‐ Climate Change and Coffee Production. http://www.thecoffeeguide.org/coffee‐guide/climate‐change‐and‐the‐coffee‐industry/climate‐change‐and‐coffee‐production/ (accessed 28 January 2013) 

LCA Calculator. n.d. Methodology. http://www.ecn.nl/lca/(S(yr5s4t55carcroji5ec1jq55))/methodology.aspx (accessed 2 February 2013) 

Maxwell, Joseph A. 2012. Qualitative Research Design: An interactive approach. 3rd ed. USA: Sage Publications,Inc. 

WorldBarista. 2011. Third Wave Coffee. http://worldbarista.com/3rd‐wave‐coffee/ (accessed 24 January 2013)