A new Urban Metabolism approach : Combining satellite data and urban metabolism assessment for promoting sustainable urban development

Abstract

This master’s thesis provides a new approach to urban metabolism, i.e., energy and material flow assessment. Previous urban metabolism assessment researchers have pointed out a lack in data availability, so this research aims to provide new possibilities related to satellite data utilisation in urban metabolism assessment.

Currently the environment faces serious issues due to the socio-economic changes of growing cities. Cities today use more energy and materials than our planet can re-create to maintain urban living and living standards. To avoid negative impacts on the environment and to minimise impact on the surrounding area such as resource exhaustion and environmental issues cities need to focus on sustainable development. Cities play a key role in decreasing the use of resources, and for this reason urban decision makers should take a more central role in developing the sustainability of urban areas. Urban metabolism assessment focuses on a city’s energy and material flows, and monitors simultaneously cities’ sustainability. Cities’ material and non-material flows occur from different socio-economic and technological processes within the city. The results of the assessment will help increase the sustainability, resource efficiency, and self-sufficiency of cities.

This research scrutinises urban metabolism assessment from different perspectives, such as different research methods and the use of data through a literature review. This research focuses on how urban metabolism assessment has been used to promote sustainable urban development and how urban policies should support new urban metabolism approaches. In addition, during the research process a focus group discussion was organised, which gathered an extensive group of experts to discuss the research theme. The discussion reached guidelines and policies for future research on urban metabolism assessment, such as combining data from different sources and promoting the use of satellite data. Urban policy makers need more science-based data about the urban ecosystem to harmonise sustainable development goals and local-level actions. Obtaining of the required data is currently challenging since the data needs to be collected from various fields. Satellite data, on the other hand, provides a wide range of information on the urban ecosystem, including land use, environment and sustainability. However, the wider use of satellite data in urban research requires promotion of its use and collaboration between researchers and policymakers, in order to provide tools for cities by which to increase their resource efficiency and sustainability. Current urban policies have failed to reduce resource use, whilst urban metabolism assessment appears to be an effective approach for identifying challenges related to urban energy and material flows. On the other hand, research that focuses on urban metabolism assessment is not yet a widely used approach in sustainable urban research.

Tämä pro gradu tarjoaa uuden lähestymistavan kaupunkien aineenvaihdunnan eli energia- ja materiaalivirtojen arviointiin. Aikaisemmat kaupunkien aineenvaihduntaa arvioineet tutkijat ovat nostaneet esille puutteet datan saatavuudessa, mutta tämä tutkimus nostaa esiin uusia satelliittidatan hyödyntämiseen liittyviä mahdollisuuksia kaupunkien aineenvaihdunnan arvioinnissa. Kaupunkien nopea sosiaalinen ja taloudellinen muutos aiheuttaa vakavia ongelmia ympäristölle. Ylläpitääkseen asukkaidensa elämää ja elintasoa kaupungeissa kaupungit nykyisellään kuluttavat energiaa ja materiaaleja enemmän kuin maapallomme kantokyky kestää. Ehkäistäkseen ympäristölle negatiivisten vaikutusten syntymisen ja minimoidakseen ympäröivään alueeseen kohdistuvat vaikutukset, kuten resurssien ehtymisen ja ympäristöongelmat, kaupunkien on keskityttävä kestävään kehitykseen. Kaupungeilla on tärkeä rooli resurssien käytön vähentämisessä ja tästä syystä kaupunkien päättäjien tulisi ottaa keskeisempi rooli kaupunkialueiden kestävyyden kehittämiseen. Kaupunkien aineenvaihdunnan arviointi keskittyy kaupungin energia- ja materiaalivirtoihin ja mittaa samalla kaupunkien kestävyyttä. Kaupunkien aineelliset ja aineettomat virrat syntyvät erilaisista sosioekonomisista ja teknologisista prosesseista niissä. Arvioinnin lopputulos auttaa lisäämään kaupunkien kestävyyttä, resurssien käytön tehokkuutta ja omavaraisuutta. Tämä tutkimus käy läpi kaupunkien aineenvaihdunnan arviointia eri näkökulmista, esimerkiksi erilaisia tutkimusmenetelmiä ja datan käyttöä kirjallisuuskatsauksen avulla.

Tässä työssä keskitytään siihen, miten kaupunkien aineenvaihdunnan arviointia on käytetty kestävän kaupunkikehityksen edistämiseen, ja miten kunnallispolitiikkojen tulisi tukea uutta kaupunkien aineenvaihdunnan lähestymistapaa. Tutkimusprosessin aikana järjestettiin fokusryhmäkeskustelu, joka kokosi laaja-alaisen asiantuntijaryhmän keskustelemaan yhdessä tutkimusteemaan liittyvistä aiheista. Keskustelu loi suuntaviivoja kaupunkien aineenvaihdunnan arvioinnin tulevaisuuden tutkimukseen ja sitä ohjaavaan politiikkaan, esimerkiksi eri lähteistä saadun datan yhdistämiseen ja satelliittidatan käytön edistämiseen. Päättäjät tarvitsevat enemmän tieteeseen perustuvaa dataa kaupunkien ekosysteemistä kestävän kehityksen tavoitteiden ja paikallisen tason toimien yhteensovittamiseksi. Nykyisellään tarvittavan datan hankkiminen on haastavaa, koska tietoa on haettava eri tutkimusaloilta. Satelliittidata tarjoaa laasti tietoa kaupunkiekosysteemistä, muun muassa maankäytöstä, ympäristöstä ja kestävyydestä. Laajempi satelliittidatan käyttöönotto kaupunkitutkimuksessa vaatii kuitenkin sen käytön edistämistä sekä tutkijoiden ja päättäjien yhteistyötä, jotta kaupungeille voidaan tarjota työkaluja resurssitehokkuuden ja kestävyyden lisäämiseen. Vaikka kaupunkien aineenvaihduntaan keskittyvä tutkimus ei ole vielä kovin käytetty lähestymistapa kaupunkien kestävyyden tutkimuksessa, se näyttää olevan tehokas lähestymistapa energia- ja materiaalivirtoihin liittyvien haasteiden tunnistamisessa. Sen vuoksi se voisi onnistua resurssien käytön vähentämisessä nykyistä kaupunkipolitiikkaa paremmin.