MASTER UNIVERSITARIO DI II LIVELLO Sicurezza nella Gestione dei Chemicals e Implementazione dei Regolamenti REACH e CLP

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1 MASTER UNIVERSITARIO DI II LIVELLO Sicurezza nella Gestione dei Chemicals e Implementazione dei Regolamenti REACH e CLP Life Cycle Assessment nell'implementazione del REACH Nuovi materiali e nanotecnologie Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale Settore sostanze pericolose Università di Camerino Marzo

2 Life Cycle Assessment: (LCA) principi e quadro di riferimento attraverso le Norme ISO: Origini e sviluppo, la struttura di una LCA Ruolo della LCA nelle nanotecnologie I nanomateriali e il regolamento REACH. La valutazione del Rischio per i nanomateriali LCA e Risk Assessment: approcci combinati per lo sviluppo sostenibile dei nuovi materiali 2

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6 Attività ISPRA Decreto Ministeriale 22 novembre 2007 Supporto all AC per la partecipazione agli organismi comunitari Comitati dell ECHA: SEAC, RAC, MSC e Forum Sottogruppo delle AC sui nanomateriali Valutazione delle sostanze Valutazione delle sostanze da candidare ai processi di autorizzazione, di restrizione e di classificazione armonizzata Formazione e informazione Formazione rivolta agli organismi pubblici sulla valutazione della sicurezza Formazione a livello territoriale in collaborazione con le ARPA Ispezione e vigilanza Istituzione di una rete nazionale di ispezione e vigilanza per la corretta applicazione del REACH Accordo Stato - Regioni per l adeguamento della normativa Ricognizione delle strutture regionali e periferiche impegnate nelle attività di vigilanza Ricerca e sviluppo Promozione dei centri di saggio che operano secondo le buone pratiche di laboratorio Censimento dei laboratori pubblici e privati Promozione della ricerca e dello sviluppo Sostituzione delle sostanze estremamente preoccupanti Sviluppo di test alternativi che utilizzano cellule in vitro 6 Sviluppo di test di tossicità acuta che utilizzano specie di pesce autoctone.

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8 LCA ORIGINI E SVILUPPO Origini dell approccio tipo ciclo di vita a problemi ambientali (Environmental Life Cycle Thinking) risale alla fine degli anni from cradle to grave ( dalla culla alla tomba )...quando i ricercatori capirono che l unica strada efficace per studiare in maniera completa i sistemi produttivi da un punto di vista ambientale era quello di esaminare le prestazioni seguendo passo per passo il cammino percorso dalle materie prime, a partire dalla loro estrazione, attraverso tutti i processi di trasformazione e di trasporto, fino al loro ritorno alla terra sottoforma di rifiuti. 8

9 Assoluta novità per quel tempo dato che nello studio inteso a migliorare le prestazioni energetiche ed ambientali di un sistema industriale ora veniva presa in considerazione: l intera filiera produttiva Fino ad allora, non ci si preoccupava del fatto che una singola operazione si poteva rendere efficiente, o più pulita, a spese di altre trasferendo l inquinamento nel tempo e nello spazio, non ottenendo quindi nessun reale miglioramento o addirittura peggiorando il bilancio complessivo 9

10 LCA ORIGINI E SVILUPPO Marchi Ambientali di prodotto Resource and Environmental Profile Analysis (REPA) Marchi specifici Concetto di sviluppo sostenibile Alcune LCA in Italia REPA di Coca Cola Company e Mobil Chemical Company ISO Crisi petrolifere ISO Analisi energetica (EA) 1970 ISO International Journal of Life cycle assessment BANCA DATI ILCA

11 LCA ORIGINI E SVILUPPO Lo scopo era quello di: confrontare da un punto di vista ambientale funzioni equivalenti con l utilizzo di soluzioni e materiali diversi 11

12 LCA ORIGINI E SVILUPPO INVENTARIO INTERPRETAZIONE MIGLIORAMENTO Organizzazione originaria di una LCA secondo lo schema proposto dal SETAC (The Society of Environmental Toxicology and Chemistry) nel 1990 per meglio caratterizzare l obiettivo delle analisi 12

13 LCA ORIGINI E SVILUPPO Ai nostri giorni LCA si sta affermando come strumento di calcolo del carico ambientale dei sistemi produttivi consentendo di aumentare il grado di diffusione dei temi relativi alla LCA La Commissione Europea considera l approccio LCA l unico in grado di fornire una base scientifica per comprendere il carico ambientale di prodotti e di processi in un ottica complessiva A livello industriale associazioni di categoria divulgano e sviluppano banche dati utili per la LCA 13

14 LCA ORIGINI E SVILUPPO UNI EN ISO GESTIONE AMBIENTALE Valutazione del ciclo di vita Principi e quadro di riferiemnto Ottobre 2006 UNI EN ISO GESTIONE AMBIENTALE Valutazione del ciclo di vita Requisiti e linee guida Ottobre 2006 Il diffondersi dell utilizzo e delle applicazioni della LCA è anche frutto del lavoro del comitato ISO per la standardizzazione della metodologia Rappresentano un ulteriore perfezionamento delle prime linee guida proposte dalla SETAC e sono un riferimento condiviso per la LCA 14

15 Life cycle Thinking nell approccio Integrated product Policy (IPP) Il concetto di Politica integrata di prodotto si basa sull approccio di ciclo di vita e trova nella LCA il suo principale strumento analitico E un modus operandi volto ad analizzare e raccordare fra loro politiche esistenti e azioni operate attraverso gli strumenti abituali. L obiettivo è di valutare l efficacia tenendo conto di tutto il ciclo di vita del prodotto etichettatura ecologica gestione integrata dei rifiuti LCA LCA Politiche integrate di prodotto LCA ecoincentivi LCA LIFE CYCLE THINKING LCA LCA LCA SGA LCA green public recruitement best available techniques (BAT) progettazzione ecocompatibile 15

16 LA STRUTTURA DI UN LCA LCA è un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici e ambientali relativi a un processo o un attività, effettuato attraverso l identificazione dell energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell ambiente 16

17 LA STRUTTURA DI UN LCA L approccio LCA viene definito dalle norme ISO-serie come una compilazione e valutazione attraverso tutto il ciclo di vita dei flussi in entrata e in uscita nonché i potenziali impatti ambientali di un sistema di prodotto. Fondamentale è la definizione di sistema industriale che la norma qualifica come sistema di prodotti SISTEMA AMBIENTE input SISTEMA INDUSTRIALE output SISTEMA INDUSTRIALE E un insieme di procedure, la cui funzione principale è produzione di beni utili. E separato dal sistema ambiente da confini fisici ben definiti ed è a esso collegato grazie allo scambio di input e di output. INPUT parametri che riguardano le risorse OUTPUT parametri che riguardano l inquinamento 17

18 SISTEMA INDUSTRIALE / SISTEMA DI PRODOTTI ANALISI DI PROCESSO / ANALISI DI PRODOTTO SISTEMA DI PRODOTTI: Le norme ISO lo identificano come l insieme elementare di unità di processo connesse tra loro per quanto riguarda materia ed energia, che perseguono una o più funzioni definite. Importante non confondere: PROCESSO l analisi del ciclo di vita del PRODOTTO più che descrivere il PRODOTTO, una LCA descrive il sistema che lo genera ovvero la funzione del sistema stesso, sottolineando l importanza dei prodotti all interno di un qualunque sistema di processi 18 o di servizi

19 Goal and scope definition: Definiti le finalità, l unità funzionale, i confini del sistema ISO Obiettivo e campo di applicazione Life Cycle Inventory analysis (LCI) redazione di un inventario del ciclo di vita costruendo il modello analogico del sistema reale da studiare ISO Analisi dell inventario Life cycle impact assessement (LCIA): studio dell impatto ambientale del processo con lo scopo di evidenziare l entità delle modificazioni generate a seguito dei rilasci nell ambiente e dei consumi di risorse ISO Interpretazione LA STRUTTURA DI UN LCA Analisi degli impatti Trarre le conclusioni e valutare gli impatti in maniera iterativa per ridurli ISO

20 L approccio è dinamico e iterativo e la parte fondamentale è quella della disponibilità dai dati e delle informazioni necessarie allo sviluppo dei calcoli Via via che si approfondisce l analisi, nuovi dati potranno poi sostituire o aggiornare i vecchi, richiedendo la revisione dei calcoli stessi LCA semplificata: proposta per velocizzare gli studi attraverso dei tagli sul sistema analizzato. Utilizzo iniziale delle informazioni immediatamente disponibili e di una successiva revisione quando saranno disponibili le informazioni mancanti 20

21 Fasi del ciclo di vita Estrazione Materie Prime Confini del sistema di prodotto Lavorazione Materiale Produzione Uso e manutenzione End-of-Life Confini dello studio 21

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23 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Obiettivo dello studio Unità funzionale Confini del sistema Categorie dei dati Criteri per l inclusione di input e output Requisiti di qualità dei dati Obiettivo e campo di applicazione Analisi dell inventario Interpretazione Analisi degli impatti 23

24 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione In generale è possibile ricondurre il campo di applicazione di uno studio LCA alle seguenti finalità: Ricerca & Sviluppo Green market (etichettatura ecologica, comunicazione ambientale ecc.) Supporto nei sistemi di gestione ambientale (per appoggiare azioni di miglioramento della filiera ) Ecodesign (progettazione ecocompatibile) 24

25 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione del sistema SISTEMA: un qualsiasi insieme di dispositivi che realizzano una o più precise operazioni industriali aventi una determinata funzione; è delimitato da appropriati confini fisici rispetto all esterno e con questo ha rapporti di scambio caratterizzati da una serie di input e output OUTPUT calore disperso INPUT combustibili energia materie prime SISTEMA emissioni in aria emissioni in acqua rifiuti solidi 25

26 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione del sistema Ogni sistema è in realtà un insieme di operazioni unitarie collegate tra loro che ricevono ciascuna un input dalla operazione unitaria a monte e i suoi output serviranno a quelle seguenti secondo l effettivo schema di produzione come uno schema di network più che lineare Produzione carbone Trasporto Generazione E.E. Produzione acciaio Produzione coke Distribuzione E.E Es.: tipico network che coinvolge operazioni unitarie appartenenti a sistemi industriali diversi 26

27 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale UNITA FUNZIONALE: unità di misura di riferimento. E importante definirla fin dall inizio dello studio Scopo: fornire un riferimento a cui legare gli elementi in ingresso e in uscita, necessario per consentire la comparabilità dei risultati, per trattare ed esporre i dati e le informazioni di una LCA La comparabilità dei risultati della LCA è particolarmente critica quando si valutano sistemi differenti, per assicurarsi che le comparazioni siano fatte su una base comune. 27

28 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale Un sistema può avere diverse funzioni possibili e la funzione scelta dipende dall obiettivo e dal campo di applicazione La corrispondente unità funzionale deve essere DEFINITA E MISURABILE 28

29 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale Esempi Funzione di processo: produzione di imballaggi Unità funzionale (di misura): quantità di imballaggio necessaria per contenere un certo volume di prodotto (non il kg di vetro o cartone) Funzione: verniciatura Unità funzionale: m2 di superficie protetta dalla pittura (non i kg di vernice) 29

30 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Confini del sistema La ISO afferma che i criteri adottati nello stabilire i confini del sistema devono essere identificati e giustificati nel campo di applicazione dello studio Fase che richiede grande cura ed attenzione Ogni LCA contiene semplificazioni e limitazioni per renderla gestibile rispetto ad una LCA completa del sistema industriale globale, che per ovvie ragioni non sarà mai riproducibile per intero 30

31 Studi Cradle-to-Gate (dalla culla all uscita dello stabilimento) Escludono attività a valle oltre alla fabbricazione del prodotto ma le conclusioni devono riguardare solo ciò che è stato studiato Tali studi, spesso sono definiti ecoprofile Confini dello studio 31

32 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Confini del sistema In altri casi c è l esigenza specifica di analisi dall uscita dello stabilimento alla tomba : (gate-to-cramble) Anche il periodo di riferimento deve essere ben definito In ogni caso la scelta del confine deve essere adeguatamente motivata e sempre segnalata nella redazione dello studio 32

33 In summary Tutte le suddette informazioni costituiscono le fondamenta preliminari su cui impostare le analisi che diventano : Il campo di applicazione dello studio: quasi una carta d identità contenente Requisiti Limiti Ipotesi iniziali Con cui l analista dichiara di voler affrontare la ricerca 33

34 Obiettivo e campo di applicazione Diagramma di flusso Raccolta dati Procedure di allocazione Altre procedure Analisi dell inventario Analisi degli impatti Interpretazione e miglioramento 2 Fase: analisi dell inventario 34

35 2 Fase: analisi dell inventario L obiettivo è quello di fornire dati oggettivi, che solo successivamente potranno essere elaborati e commentati con lo scopo di trarre valutazioni e indicazioni utili a livello decisionale Un inventario di ciclo di vita deve essere affidabile, quindi seguire un codice ben definito Solo così i risultati di diversi inventari sono tra loro confrontabili 35

36 2 Fase: analisi dell inventario Obiettivi dello studio Affidabilità dei dati Raccolta dati Indicatori di affidabilità Risultati dell inventario e dell analisi degli impatti Raccolta aggiuntiva di dati Processo iterativo per la valutazione dell affidabilità dei dati 36

37 2 Fase: analisi dell inventario I dati raccolti possono essere distinti in tre categorie: Dati primari (provenienti da rilevamenti diretti) Dati secondari (ricavati dalla letteratura) Dati terziari (provenienti da stime e valori medi) Periodo di riferimento informazioni: 12 mesi più opportuno delle 37

38 2 Fase: analisi dell inventario Banche Dati Vantaggio: Semplificano la ricerca di informazioni Fonte dei dati Svantaggio: Problema dell attendibilità della fonte e interpretazione corretta NOx CO2 PM [g/km*veh] [g/km*veh] [g/km*veh] Boustaed model v.5 1,79 149,19 0,128 Banca dati APAT 2,46 172,11 0,037 Esempio:Confronto tra banche dati riguardanti le emissioni derivanti dalla fase d uso di un automobile di media cilindrata, alimentata a benzina, non catalizzata, per la distanza di 1 km e in ambiente extraurbano 38

39 Banche Dati Il Joint Reserach Center con sede a Ispra (VA) sviluppa una banca dati controllata e aggiornata periodicamente 39

40 Banche Dati 40

41 LCA ORIGINI E SVILUPPO A livello nazionale l'agenzia Nazionale per la Protezione dell'ambiente (ANPA), ora ISPRA nel 2000 ha pubblicato una banca dati italiana I-LCA rivolta alle imprese E stata realizzata con una gestione centralizzata dei dati e pensata per essere ampliata, integrata e aggiornata. E organizzata attraverso una struttura ad albero suddivisa in settori, categorie, sottocategorie e moduli. I settori presi in considerazione comprendono i materiali e i processi, l'energia, i trasporti e il fine vita. 41

42 2 Fase: analisi dell inventario i risultati dell inventory I risultati di un inventario sono normalmente presentati in 6 principali categorie di parametri raggruppate in: 42

43 2 Fase: analisi dell inventario i risultati dell inventory Esempio: Sintesi dei valori dell energy reporting (MJ) per il sistema di produzione di LDPE (polietilene a bassa densità) Vettore energetico Energia indiretta Energia diretta Energia dei trasporti Energia feedstock Totale Energia elettrica Olio combustibile Altri combustibili Totali

44 Obiettivo e campo di applicazione Analisi dell inventario Analisi degli impatti classificazione caratterizzazione normalizzazione valutazione Interpretazione e miglioramento 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) 44

45 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) Ha lo scopo di evidenziare l entità delle modificazioni ambientali che si generano a seguito dei rilasci nell ambiente (emissioni o refllui) e del consumo di risorse associati a un attività produttiva. IMMISSIONE IMMISSIONE EMISSIONE TRASMISSIONE 45

46 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) IMPATTO: qualsiasi modificazione causata da un dato aspetto ambientale, ossia da qualsiasi elemento che può interagire con l ambiente (ISO 14001) ad es. la CO2 emessa durante la combustione di un certo quantitativo di carbone provoca un impatto che contribuisce all effetto serra Dato che non è possibile correlare uno specifico impatto ai suoi effetti ambientali, ci si deve limitare ad affermare che l impatto è ciò che prelude a un effetto, senza pretendere di poter quantificare rigorosamente il secondo sulla base del primo. possiamo ottenere il valore numerico degli impatti dai risultati della fase di analisi dell inventario, i corrispondenti effetti ambientali potranno solo essere stimati sulla base di ipotesi e convenzioni da stabilire 46

47 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) effetti ambientali si suddividono in base alla scala d azione, in effetti GLOBALI, REGIONALI, LOCALE Effetto serra G Eutrofizzazione R Buco dell ozono G G Globale Ossidanti fotochimici R Regionale RL L Locale Acidificazione R Consumo risorse G 47

48 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) Caratteristica di questa fase della LCA è la GLOBALITA DELL ANALISI I RISULATI DI UN ANALISI di inventario possono essere in generale utilizzati per la valutazione di effetti a scala globale Il risultato finale di questa fase sarà quindi un profilo ambientale del sistema in studio che può essere utilizzato per confrontare il comportamento di diversi processi produttivi. L obiettivo potrà anche essere quello di scoprire nell ambito del sistema in esame, dove e come intervenire per ottenere una minimizzazione dell impatto dovuto ai processi. 48

49 3 Fase: principali effetti ambientali EFFETTO SCALA Effetto serra globale Assottigliamento fascia di ozono globale Consumo risorse non rinnovabili globale Acidificazione regionale Eutrofizzazione regionale Formazione smog fotochimico regionale Tossicità cronica Regionale/locale Tossicità acuta locale Degradazione dell area locale Disturbi di tipo fisico locale 49

50 Elementi obbligatori dell'lcia Definizione delle categorie di impatto, degli indicatori di categoria e dei modelli di caratterizzazione classificazione: assegnazione dei risultati LCI alle categorie di impatto selezionate (categorie di impatto ambientale) caratterizzazione: calcolo dell indicatore di categoria effettivo dei risultati Formula semplificata: Indicatore d impatto = dati dell inventario x fattore di caratterizzazione Normalizzazione e ponderazione (opzionali): normalizzare i risultati dell indicatore per le diverse categorie di impatto rispetto ad un comune riferimento e assegnare distinti pesi quantitativi a tutte le categorie di impatto esprimendo la loro importanza 50

51 LCIA alcune definizioni categoria di impatto: Classe che rappresenta i problemi ambientali di interesse ai quali possono essere assegnati i risultati dell'analisi dell'inventario del ciclo di vita. (ES:Cambiamento climatico) indicatore di categoria (di impatto): rappresentazione quantificabile di una categoria di impatto. (ES:Kg CO2-equivalenti per unità funzionale, in base alla potenza di irradiazione degli infrarossi (W/m2)) fattore di caratterizzazione: Fattore derivato da un modello di caratterizzazione che è applicato per convertire un risultato dell'analisi dell'inventario del ciclo di vita assegnato all'unità comune dell'indicatore di categoria. ES:Potenziale di riscaldamento globale (GWP100) per ogni gas a effetto serra (kg CO2-equivalenti/kg gas) 51

52 Selezione delle categorie di impatto (effetti ambientali) la scelta degli effetti ambientali da inserire nell analisi è fatta tenendo conto che la significatività dei risultati diminuisce man mano che dagli effetti globali si passa agli effetti su scala locale. Gli effetti ambientali più frequentemente riportati sono: l effetto serra a 100 anni (GWP100) l acidificazione potenziale (AP), la formazione di smog fotochimico (POCP), la riduzione dell ozono stratosferico (ODP) e l eutrofizzazione potenziale (EP). 52

53 Assegnazione dei risultati dell'lci alle categorie di impatto selezionate (classificazione) organizzazione dei dati dell inventario: ciò significa distribuire i valori di tutte le emissioni gassose, liquide e solide provocate direttamente e indirettamente dalle operazioni considerate nelle varie categorie d impatto Riscaldamento globale Assottigliamento fascia d ozono Formazione ossidanti fotochimici Tossicità umana ecotossicità HCFC22 X X CH4 X X Toluene X X X X PCB X X SO2 X NOx X X una stessa sostanza costituente un emissione può contribuire a più fenomeni di impatto, provocando effetti a catena che sono spesso di difficile interpretazione. 53

54 Assegnazione dei risultati dell'lci alle categorie di impatto selezionate (classificazione) SEMPLIFICAZIONE: tutti i tipi di emissione sono rilevanti sulla base del loro grado intrinseco di rischio, indipendentemente dal livello risultante di concentrazione dell emissione stessa Questa fase non ha l obiettivo di dare giudizi di valore assoluto sugli effetti ambientali degli impatti, ma consente giudizi relativi, come può essere quello di: determinare quale, fra 2 o + processi produttivi porti a un minor impatto conseguente ai rilasci nell ambiente. 54

55 Calcolo dei risultati di indicatore di categoria (caratterizzazione) Prevede la conversione dei risultati dell'lci in unità comuni e l'aggregazione dei risultati convertiti all'interno della medesima categoria di impatto. Questa conversione utilizza i fattori di caratterizzazione. L'esito del calcolo è il valore numerico dell'indicatori di categoria che in precedenza sono stati definiti per ogni singolo effetto considerato L impatto risulta rappresentato dai valori numerici ottenuti elaborando i risultati della LCI con operazioni di raggruppamento, e classificazione: il suo collegamento con l effetto consiste nel fatto che l impatto ne è una causa potenziale. 55

56 Analisi degli indicatori per alcuni effetti ambientali Es.: effetto serra (GWP100) Messo a punto un sistema di standardizzazione per poter quantificare con un unica unità di misura i contributi che all effetto forniscono i diversi gas ritenuti responsabili Misurato dal rapporto tra il contributo che all assorbimento della radiazione calda fornisce il rilascio di 1 Kg di tale sostanza e quello fornito dall emissione di 1 Kg di CO2 essendo entrambi i contributi valutati per un periodo di tempo di T anni di permanenza dei gas nell atmosfera Si impiegano i fattori di conversione che trasformano i quantitativi di gas prodotti durante il processo in esame in Kg di CO2 equivalente (indicatore di categoria). GWP= Σ GWPi x mi GWPi :potenziale riferito alla sostanza i-esima mi: massa della sostanza stessa in kg 56

57 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto serra Risultato dell inventario fattore di caratterizzazione* fattore di caratterizzazione** fattore di caratterizzazione*** CO2 Anidride carbonica (indicatore di categoria) CH4 Metano ,5+7,5 N2O Protossido di azoto CFC11 CFCl CO Monossido di carbonio HC Idrocarburi CHCl Cloroformio SF6 Esafluoruro di zolfo CH2Cl2 diclorometano *IPCC Climate change 2001 **IPPC (1996) ***WMO World Meteorological organisation (1994) 57

58 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto di acidificazione (AP) Tabella con l elenco delle singole sostanze e dei rispettivi coefficienti di standardizzazione Risultato dell inventario FATTORE DI CARATTERIZZAZIONE SO2 Anidride solforosa (Indicatore di categoria) 1,00 SO3 Anidride solforica 1,20 NO2 Biossido d azoto 0,50 NOx Ossidi d azoto 0,50 NH3 ammoniaca 1,60 Fonte: CML. 1999; Huijbregts,1999, average Europe total, A &B. 58

59 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto di riduzione dell ozono (ODP) Risultato dell inventario FATTORE DI CARATTERIZZAZIONE CCL3F CFC-11 (triclorofluorometano) (indicatore di categoria) 1 CH3Br Bromuro di metile 2,30 C2F3Cl3 CFC-113 0,59 CClF2Br HALON CF3Br HALON ,50 C2F4Br2 HALON CHCl2CF3 HCFC-123 0,08 CHFClCF3 HCFC-124 0,08 CH3CFCl2 HCFC-141b 0,33 CH3CF2Cl HCFC-142b 0,14 CHF2Cl HCFC-22 0,14 C3HCl2F5 HCFC-225ca 0,10 C3HCl2F5 HCFC-225cb 0,11 CCl4 tetraclorometano 1,23 59

60 Esempi di tipici risultati della fase di classificazione e caratterizzazione effettuata su alcuni processi INDICATORI DI CATEGORIA GWP 100 (g CO2) RAFFINAZIONE Produzione di 1 kg di Produzione di 1 kg Utilizzo di 1 MJ di di 1 kg di alluminio primario di bottiglie da i l in energia elettrica petrolio PET (200 bottiglie) in Italia Acidificazione (g SO2) Fotosmog (g C2H4) Eutrofizzazione (gno3-) I valori sono medi e dalla BD del Boustead Model 60

61 4 fase: interpretazione e miglioramento INVENTARIO E VALUTAZIONE IMPATTI RIPROGETTAZIONE: ECODESIGN MIGLIORAMENTO DEL SISTEMA ECOEFFICIENZA 61

62 Obiettivo e campo di applicazione INTERPRETAZIONE Identificazione fattori significativi Analisi dell inventario Valutazione mediante: controllo di completezza, sensibilità, coerenza,altro Conclusioni, limitazioni, raccomandazioni Valutazione d impatto Applicazioni dirette: sviluppo e miglioramento del prodotto, pianificazione strategica, impostazione della politica, strategia commerciale,etc. 62

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64 Categorie di nanoparticelle Natural Man-Made Engineered

65 Cosa sono le nanotecnologie? "La nanotecnologia è la comprensione e il controllo della materia a dimensioni di circa nanometri, dove fenomeni unici permettono nuove applicazioni "

66 SCHENIHR 2009 Update on possible risks of Nanotechnologies CE DG Health &Consumers differenti interazioni con la fisiologia umana e con l'ambiente diverse o specifiche proprietà (eco-)tossicologiche delle sostanze in nanoforma rispetto alle corrispondenti sostanze con dimensioni maggiori (forma BULK) rischio potenziale per la salute umana e l ambiente difficile da estrapolare

67 caratteristiche innovative dei nanomateriali dimensioni nano e struttura ingegnerizzata determinano proprietà diverse da altri materiali, attribuibili all elevato rapporto superficie/volume e agli effetti quantici non osservabili a scala più grande i nanomateriali ingegnerizzati hanno grandi potenzialità di applicazione e possono portare significative innovazioni e benefici alla società (scienze dei materiali, medicina, aerospaziale, ottico, cosmetici, tessile, elettronica, energia, agricoltura, ripristino ambientale )

68 nanotecnologie in natura il fiore di loto pulisce i suoi petali grazie al cosiddetto effetto loto la superficie rugosa non fa aderire acqua e sporcizia i polpastrelli del geco sono ricoperti di peli finissimi, che possono avvicinarsi a qualche nanometro dal supporto, facendo entrare in gioco le forze di Van der Waals Cordis - Commissione Europea 68

69 prodotti commerciali contenenti NM 69

70 esempi nanotubi di C: materiali conduttori, additivi per aumentare la resistenza meccanica, elettrica e la resistenza al fuoco di resine termoplastiche e termoindurenti TiO2: cosmetici (filtri solari), gomma, pigmenti, materiali attenuatori di UV (vernici, plastiche, fibre) argento: elettronica, rivestimenti in metallo, applicazioni mediche, pigmenti

71 Approccio del ciclo di vita per l'analisi dei rischi per i nanomateriali In any new technology, foresight of possible risks depends on a consideration of the life cycle of the material being produced. UK Royal Society (2004) To be of practical value a thorough assessment of the potential exposure of humans and other environmental species during the entire life cycle is vital. European Commission Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (2009) A multi-media environmental perspective built on a product life cycle is essential. J. Michael Davis, US EPA NCEA (2007) Since nanotechnology innovation is occurring so quickly, adopting a proactive, science-informed approach that formalizes life cycle thinking into the assessment and management of risk will lead toward a sustainable path for nanotechnology development. Shatkin (2008). 71

72 COM(2004) 338: Verso una strategia europea a favore delle nanotecnologie :...Sono necessari lavori di R&S per determinare i parametri pertinenti e preparare, se del caso, una regolamentazione tenendo conto dell insieme della catena dei soggetti coinvolti, dai ricercatori ai lavoratori, fino ai consumatori. Queste attività di R&S devono inoltre esaminare l impatto delle nanotecnologie nel corso del loro intero ciclo di vita, avvalendosi, ad esempio, di appositi strumenti di analisi del ciclo di vita. Poiché si tratta di preoccupazioni comuni, sarebbe opportuno raggruppare sistematicamente le conoscenze a livello internazionale..è altresì indispensabile riesaminare e, ove necessario, adeguare i metodi di valutazione del rischio. Concretamente, affrontare i rischi potenziali delle nanotecnologie implica che la valutazione del rischio sia integrata in ogni fase del ciclo di vita dei prodotti derivati dalle nanotecnologie 72

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74 Metodi di fabbricazione e preoccupazioni ambientali BENEFICI: NUOVE APPLICAZIONI : risparmio di costi medicina Risparmio di energia automobilistico maggiore produttività energia maggiore efficienza agricoltura ridotto impatto ambientale intrattenimento Applicazioni per l'ambiente: bonifica dei siti e trattamento delle acque reflue, celle solari, nanocatalizzatori per la purificazione dell'aria, e filtri o membrane nanostrutturate per la purificazione dell'acqua. Nonostante i benefici, ci potrebbero essere rischi non intenzionali associati all'uso diffuso dei nanomateriali, non ancora pienamente compresi. Necessità di utilizzare un approccio basato sul ciclo di vita, eventualmente combinato con la valutazione del rischio, al fine di comprendere meglio i problemi potenziali e ad adottare metodi di nanofabbricazione meno onerosi per l'ambiente e per la salute 74

75 Sviluppo sostenibile L'ecologia industriale è un approccio che fornisce una visione olistica dei problemi ambientali, e aiuta a capire il modo in cui gli esseri umani utilizzano le risorse naturali nella produzione di beni e servizi. necessità di studiare le interazioni dei sistemi industriali con l'ambiente, e di progettare prodotti e processi produttivi in modo da ottimizzare l'utilizzo dei sottoprodotti, massimizzare il riciclo e ridurre al minimo i rifiuti. Questo approccio si impegna a garantire che la crescita industriale per il futuro sia sostenibile e in armonia con l'ambiente. Questo ci porta fino alla definizione di sviluppo sostenibile che, secondo una Commissione mondiale sull'ambiente e lo sviluppo (WCED) Relazione del 1987, è: lo sviluppo che soddisfa i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni 75

76 Ecologia industriale e LCA Life-Cycle Assessment (LCA) è uno strumento prezioso per la valutazione degli impatti ambientali associati al ciclo di vita di un prodotto. In realtà, sarebbe prematuro fare qualsiasi dichiarazione sui benefici ambientali di un prodotto o processo produttivo senza prima considerare le sue conseguenze ambientali in un contesto di ciclo di vita 76

77 Ecologia industriale e LCA (1) definire gli obiettivi e il campo della valutazione (2) quantificare materiale ed energia in entrata, così come i rilasci ambientali per ogni unità di processo che fa parte della valutazione (noto come Life-Cycle Inventory o LCI) (3) valutare il potenziale impatto per la salute umana e l'ambiente associati a input e output identificati nella fase di raccolta dei dati del LCI (4) interpretazione dei risultati, mettendo in luce aspetti significativi, trarre conclusioni e formulare raccomandazioni 77

78 Ecologia industriale e LCA razionalizzazione definire i confini per limitare l'ambito della valutazione, al fine di completare entro un ragionevole lasso di tempo, con le limitate risorse disponibili. Alcuni dei metodi disponibili per limitare l'ambito della valutazione includono: (i) limitare a certe fasi del ciclo di vita di interesse, ad esempio, la fase d uso, (ii) individuare alcune categorie di impatto ambientale del particolare importanza, come il riscaldamento globale, (iii) conducendo solo uno studio comparativo di due diversi processi di fabbricazione che portano alla creazione di prodotti altrimenti identici. 78

79 Ecologia industriale e LCA razionalizzazione Per i NM, una LCA diventa più difficile per la mancanza di dati di inventario dato che i loro processi di produzione sono nuovi e spesso soggetti a vincoli di riservatezza. Dati di inventario disponibili spesso sono inutilizzabili dato che i cutoff sulla base della massa da soli non hanno senso per le nanoparticelle. Le attuali metodologie di valutazione d'impatto non sempre idonee per i nanomateriali, semplicemente perché gli effetti sulla salute e sull'ambiente non sono ancora completamente noti. I processi produttivi per la produzione di NM non sono ancora standardizzati. Nel caso di nuove tecnologie nella loro fase di sviluppo, potrebbe essere utile condurre una analisi di scenario durante l'esecuzione di LCA, per affrontare le possibili incertezze. 79

80 Possibili impatti ambientali durante le fasi del ciclo di vita dei prodotti nano-enabled Problematiche ambientali 80

81 Energy Intensity of Carbon Nanofibers and Nanoparticles l alluminio ha proprietà vantaggiose, cioè, leggerezza e maggiore resistenza rispetto all acciaio, ma è uno dei materiali a più alto uso intensivo di energia Un altro svantaggio è il suo prezzo alto, che lo escludono da diversi settori produttivi, come l aerospaziale l automobilistico etc. A causa del suo alto fabbisogno energetico, l'alluminio è diventato una sorta di metro con il quale vengono valutati alcuni altri, più recenti, materiali per il loro fabbisogno energetico Nanoparticelle e nanofibre di carbonio sono esempi di tali materiali che richiedono molta più energia dell alluminio per la loro produzione (1350 volte) 81

82 Energy Intensity of Carbon Nanofibers and Nanoparticles Per materiali convenzionali i progettisti si confrontano con aspetti come la resistenza, prestazioni, prezzo ed estetica. Più recentemente effettuano ulteriori considerazioni di carattere ambientale, come l'intensità energetica, la tossicità, riciclabilità, e la facilità di smontaggio hanno fatto la loro strada nella loro lista di criteri di progettazione. L'avvento dei nanomateriali, tuttavia, ha reso necessario un cambiamento nel tradizionale processo di selezione dei materiali, perché ora i progettisti non solo devono considerare le suddette questioni, ma dovranno anche pensare alla salute e alla sicurezza di coloro che potrebbero essere esposti a questi materiali su scala nanometrica che possono essere inalati o penetrare per via cutanea, ed eventualmente compromettere organi vitali. 82

83 Automotive Body Panels: A Case Study In alcuni casi i nano-prodotti sembrano preferibili rispetto alle alternative dal punto di vista ambientale nella fase di uso, ma può in realtà non rivelarsi così quando è considerato l'intero ciclo di vita. ESEMPIO: studio su confronti di materiali alternativi per pannelli leggeri esterni della carrozzeria nei veicoli del futuro, alternative ai pannelli di chiusura in acciaio Alluminio, Materiale polimerico rinforzato con fibra di vetro (GFRP) Materiale polimerico rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) Si è ipotizzata poi, la sostituzione della fibra di carbonio (CFRP) con nanofibre di carbonio (CNFRP), concentrandosi solo sul fabbisogno energetico lungo il ciclo di vita 83

84 Automotive Body Panels: A Case Study Principali assunzioni dello studio Unità funzionale: pannelli di chiusura del veicolo 84

85 Automotive Body Panels: A Case Study risultati dello studio, insieme alla nuova analisi CNFRP Si è ipotizzato che il materiale con le nanofibre (CNFRP) richiederà solo la metà della massa di fibre di carbonio, rispetto al materiale CFRP nello studio originario, a causa della forza molto più elevata delle nanofibre l'unico cambiamento nelle richieste energetiche è nella fase di lavorazione e estrazione di materiali (E&MP), a causa della ulteriore energia necessaria per produrre nanofibre di carbonio. Nello studio iniziale, la fibra di carbonio (CFRP) si rivelò essere il materiale più 85 idoneo anche per il minor impatto ambientale

86 Automotive Body Panels: A Case Study Contributo della fase di Estrazione e lavorazione del materiale rispetto all energia totale del ciclo di vita. 86

87 Automotive Body Panels: A Case Study Lo studio dimostra chiaramente che i nuovi materiali che vengono scelti hanno numerosi vantaggi, per la loro elevata resistenza, leggerezza, ecc., ma possono avere un consumo relativamente maggiore di energia, di materiali e di risorse nelle fasi di lavorazione a monte Al fine di trarre il massimo beneficio dall'utilizzo di questi materiali in modo ecologicamente responsabile, di deve trovare il modo in cui si può ridurre il loro impatto ambientale nelle fasi del ciclo di vita che precedono la fase di utilizzo. 87

88 88

89 Il ruolo della LCA nelle nanotecnologie Attualmente, la conoscenza delle vie di esposizione e dei potenziali impatti ambientali è limitata. Pertanto, esiste un chiaro bisogno di stabilire una piena comprensione dei benefici per l'ambiente e gli svantaggi delle nanotecnologie e dei nanomateriali rispetto a quelli di tecnologie prodotti convenzionali e lungo il loro ciclo di vita completo. LCA è strumento essenziale per raggiungere questo obiettivo. 89

90 Possibili vie di esposizione per le nanoparticelle (adattato da The Royal Society & Royal Academy of Engineering) 90

91 Il ruolo dellalca nelle nanotecnologie tre domande principali relative all'applicazione della LCA alla nanotecnologie: 1. Perché eseguire una LCA su nanomateriali e nanoprodotti? 2. Chi dovrebbe eseguire un LCA sui nanomateriali e nanoprodotti? 3. Quali sono i vantaggi di uno studio di LCA per i diversi stakeholders? 91

92 1. Perché eseguire una LCA su nanomateriali e nanoprodotti? Possibilità di un'azione proattiva della valutazione con la LCA per prevenire o ridurre al minimo i potenziali effetti negativi lungo tutto il ciclo di vita. Nel caso della sicurezza, LCA può aggiungere informazioni ambientali a supporto delle decisioni sullo sviluppo di alcuni nanomateriali e nanoprodotti. La LCA può rispondere a domande sulle prestazioni ambientali: Confronto tra cicli di vita dei dispositivi/prodotti che utilizzano NM con quelli convenzionali Bilancio tra efficienza energetica nella produzione di nanomateriali rispetto a quello dei dispositivi convenzionali / prodotti In quale fase del ciclo di vita è preponderante l uso di energia Aspetti chiavi della (Eco-)tossicità potenziale per i NM Come integrare i metodi di RA tossicologici nel LCA 92

93 2. Chi dovrebbe eseguire un LCA sui nanomateriali e nanoprodotti? le società stesse consulenti mondo accademico Istituzioni governative possono giocare un ruolo secondario attraverso l'assistenza, ad esempio, con la costruzione di banche dati, i finanziamenti, la ricerca e fornire fondi per lo sviluppo e miglioramento del metodo 93

94 3. Quali sono i vantaggi di uno studio di LCA? Per le agenzie governative: Fornire informazioni ambientali utili per lo sviluppo di legislazioni specifiche In accordo con la politica della Commissione Europea a supporto dello sviluppo responsabile e sostenibile delle NT per informare il pubblico dei potenziali benefici dei nanoprodotti così come dei potenziali pericoli ambientali Per le industrie: Nella fase di R&S può influenzare le scelte nella progettazione, marketing, Aziende possono in maniera pro-attiva investigare le performance ambientali dei nanoprodotti e NT, fornire prove della conformità con la normativa e derivare valori per la LCA LCA può aiutare le aziende a prevedere ed evitare probabili problemi ambientali o a monte o a valle delle loro operazioni di produzione/vendita LCA può aiutare a supportare decisioni strategiche nelle capacità di investimento e produzione 94

95 Cosa può fare la LCA nella valutazione delle NT I modelli usati nella LCIA sono spesso versioni semplificate per ciascuna delle diverse categorie d impatto Questi modelli semplificati sono adatti a confronti del potenziale danno umano e ambientale, ma non sono indicatori di rischio assoluto o di reali danni all uomo o all ambiente 95

96 Cosa può fare la LCA nella valutazione delle NT ostacoli principali per la LCA nel campo delle nanotecnologie: necessità di aumentare la consapevolezza dell importanza della sua applicazione per evitare l'involontario spostamento dei carichi ambientali. mancanza di un inventario affidabile (input e output) dei dati, nonché i dati sulle relazioni tra impatti. Informazioni dei processi produttivi, l'assenza di risultati dei test tossicologici, una generale mancanza di dati e diffuse variazioni tra processi 96

97 Cosa può fare la LCA nella valutazione delle NT Gli studi di letteratura di LCA per le NT, hanno spesso un limitato ambito di applicazione a causa della carenza di dati Mentre sono di solito incluse le fasi di fabbricazione e di utilizzo, gli impatti del trasporto e del fine-vita sono spesso esclusi. Pertanto non tutti gli studi che sono descritti come LCA soddisfano completamente i criteri di una LCA come previsto dalle norme ISO 97

98 Applicabilità delle ISO-LCA ai NM e nanoprodotti La ISO è completamente applicabile alla LCA per i NM e nanoprodotti Talvolta sono necessari, però, dettagli maggiori Importante sottolineare che tutte le fasi del ciclo di vita dovrebbero essere comprese in una LCA Servono informazioni specifiche per la fase dell inventario e per la fase della valutazione d impatto in ogni stadio del ciclo di vita Sfida per la qualità dei dati necessaria e la confidenzialità 98

99 Applicabilità delle ISO-LCA ai NM e nanoprodotti obiettivo e ambito d applicazione Importante la scelta dell unità funzionale. Nanoprodotti svolgono funzioni nuove e per i quali può essere difficile specificare alternative funzionali. Ad esempio, nanorivestimenti antimacchia sui pantaloni. In un'analisi comparativa con i pantaloni tradizionali, si dovrebbe aver cura di specificare le esatte condizioni di usura e la pulizia di questi pantaloni. Altro esempio è l'uso di nanomateriali nelle applicazioni farmaceutiche per le quali un equivalente funzionale può anche non esistere. 99

100 Applicabilità delle ISO-LCA ai NM e nanoprodotti Lyfe Cycle Inventory Aspetti critici raccolta e uso di dati completi e affidabili Problema dei vincoli di riservatezza. processi relativi all'utilizzo, manutenzione e di fine vita dei servizi (ad esempio, lo smaltimento, il riciclaggio) non ancora chiari Alcuni materiali verranno rilasciati durante l'uso, sia intenzionalmente (ad esempio, nano-additivi nella benzina) o involontariamente (per esempio, nano-additivi negli pneumatici). I tassi di rilascio esatti non sono sempre a disposizione Il comportamento dei nanomateriali smaltiti dopo l'uso, inoltre, non è ancora chiaro. 100

101 Valutazione dell'impatto del ciclo di vitapanoramica generale sull applicabilità ai NM Fonte dati: Da misure dirette Da letteratura o inventari LCI Stime basate su analisi precedenti Dati essenziali: Periodo di tempo al quale si riferiscono i dati Regione geografica dove sono stati raccolti i dati Tecnologia alla quale si riferiscono i dati Rappresentatività dei dati MEGLIO POCHI DATI CHE NON AVERNE AFFATTO! 101

102 Conclusioni principali Non c'è un LCA per i nanomateriali, così come non c'è un LCA per le sostanze chimiche. La ISO 14040:2006 è adatta per nanomateriali e nanoprodotti, anche se con certi limiti principale problema con LCA dei nanomateriali e nanoprodotti è la mancanza di dati alcuni limiti alla sua applicazione ed uso riguardano in particolare la valutazione degli impatti della tossicità e gli impatti su larga scala ricerca futura: necessari grandi sforzi per valutare i potenziali rischi e l impatto ambientale Necessaria la Cooperazione internazionale Ulteriori ricerche sono necessarie per raccogliere i dati pertinenti e mancanti di sviluppare user-friendly eco-design strumenti di screening, in particolare quelli adatti per l'utilizzo da parte delle piccole e medie imprese. 102

103 103

104 gli obiettivi : esaminare la produzione e l'uso di nanocomponenti per identificare i materiali più importanti in uso confronto delle valutazioni cradle-to gate pubblicate per nanocomponenti selezionati sulla base della categorizzazione del materiale. 104

105 A causa della novità del settore, solo pochi studi di LCA delle nanotecnologie sono stati pubblicati fino ad oggi LCA sono stati effettuati principalmente nei settori automobilistico, chimica, elettronica e energia. Questa sintesi, naturalmente, comprende solo gli studi che sono disponibili in letteratura. E probabile che i produttori hanno condotto valutazioni supplementari ma mantenendo i risultati confidenziali 105

106 Studi di LCA per i NM 106

107 Ripartizione dei nanocomponenti disponibili nei prodotti, raggruppati per tipo, che indicano la prevalenza di nanoparticelle e di nanotubi di carbonio 107

108 i gruppi più numerosi di nanocomponenti in uso sono Nanoparticelle (NP) e nanotubi di carbonio. Questi materiali vengono utilizzati sia in forma dispersa sia in materiali compositi I principali gruppi che sono apparsi in studi pubblicati LCA: nanoparticelle inorganiche, nanomateriali a base di carbonio, materiali compositi In particolare, l'attenzione maggiore è sul potenziale del riscaldamento globale (GWP) basato sulla richiesta di energia e di combustibili fossili perché era l'unica categoria di impatto costantemente coperta in tutti gli studi 108

109 Confronto del fabbisogno energetico totale per i diversi processi di nanofabbricazione Confronto del potenziale di riscaldamento globale per i diversi processi di nanofabbricazione 109

110 Consumo di energia Il consumo di energia può essere importante perché si riferisce al consumo di fossili carburanti e generazione di gas serra. Pertanto, è opportuno progettare processi di produzione che minimizzino il consumo di energia la produzione di semiconduttori è di gran lunga il processo a più elevato consumo di energia dei nanocomponenti esaminati 110

111 Potenziale del Riscaldamento globale associato al ciclo di vita (GWP) Anche in questo caso, la fabbricazione di semiconduttori ha il più grande impatto rispetto agli altri materiali. Tuttavia, la poduzione Carbon NanoFiber (CNF) dimostra un potenziale di riscaldamento globale paragonabile Questo dovrebbe essere previsto, considerando che il processo CNF coinvolge combustione di idrocarburi. 111

112 Conclusioni il nanocomponente è solo una frazione del prodotto totale, quindi può essergli attribuita solo una piccola frazione degli impatti ambientali l'ipotesi è che il suo contributo è trascurabile se l'unità funzionale è un unico prodotto anche se in scala globale, gli effetti di fabbricazione/uso dei nanocomponenti sono più significativi a causa della quantità aumentata del nanocomponente Risk Assessment e benefici socio-economici dovrebbero essere integrati nella LCA per fornire uno strumento di valutazione più completo per il processo decisionale Necessità di concentrarsi non solo sull uso di energia e sul potenziale di riscaldamento globale, ma anche su questioni irrisolte riguardanti l'impatto dei nanomateriali sull esaurimento delle risorse e uso del suolo, l'esposizione sul posto di lavoro, e il rilascio diffuso dei112 nanomateriali nell'ambiente Dania Esposito

113 113

114 principio base del REACH ai fabbricanti, importatori e utilizzatori a valle spetta l'obbligo di fabbricare, immettere sul mercato o utilizzare sostanze in quanto tali o in quanto componenti di preparati, che non arrechino danno alla salute umana o all'ambiente 114

115 REACH non contiene disposizioni esplicite per i NM Tuttavia: le sostanze in nanoscala rientrano nel campo di applicazione di REACH in quanto questo si riferisce a tutte le sostanze, in qualsiasi dimensione, forma o stato fisico I loro effetti sull'ambiente e sulla salute DEVONO essere valutati secondo le disposizioni del Regolamento NO DATA: NO MARKET! 115

116 valutazione della sicurezza Si esegue con una valutazione del rischio (RA) Cos è il rischio? combinazione di: Tipo di effetto dannoso della sostanza (PERICOLO o HAZARD) probabilità del verificarsi di danni alla salute e all ambiente -differenza tra PERICOLO e RISCHIO: -PERICOLO: caratteristica intrinseca della sostanza -RISCHIO: probabilità di andare incontro agli effetti avversi che la sostanza può provocare, in seguito ad esposizione 116

117 Pericolo senza esposizione HAZARD Esposizione senza pericolo EXPOSURE Pericolo ed esposizione Risk Assessment aiuta a comprendere meglio la natura e la probabilità di effetti avversi sulla salute umana e l ambiente derivanti dall'esposizione a sostanze tossiche e altri contaminanti. La valutazione del rischio considera la quantità di inquinanti emessi per analizzare i loro effetti in condizioni ambientali, attraverso diverse vie di esposizione. 117

118 valutazione sicurezza chimica nel REACH :CSA-Chemical Safety Assessment- strumento per stabilire le condizioni di sicurezza delle sostanze chimiche in TUTTE le fasi del ciclo di vita :produttore/importatore (M/I) valuta e documenta che i rischi delle sostanze siano adeguatamente controllati in fase di fabbricazione e da parte di tutti i soggetti che intervengono nel ciclo di vita della sostanza (DU) :CSA e relazione sulla sicurezza chimica (CSR) per tutte le sostanze soggette a registrazione in quantità 10 ton/anno da sottoporre all ECHA con il dossier di registrazione 118

119 valutazione sicurezza chimica : riferimenti REACH Allegato I (disposizioni generali relative alla valutazione delle sostanze e all'elaborazione delle relazioni sulla sicurezza chimica) Technical Guidance Documents (TGDs) ECHA: Guidance on information requirements and chemical safety assessment. Guida attuale non sufficiente per NM. ( 119

120 Chemical Safety Assessment INFORMAZIONI DISPONIBILI proprietà intrinseche sostanza produzione, uso, tonnellaggio, esposizione, gestione rischio valutazione ESPOSIZIONE definiz. scenari esposizione (ES) Stima dell esposizione risultato: livelli esposizione (EXP-uomo, PEC) valutazione PERICOLO uomo; fis-chim.; se classificata o ambiente; PBT/ vpvb PBT / vpvb risultato: C&L; livelli non effetto (DNEL, PNEC) caratterizzazione RISCHIO EXP-uomo < DNEL? NO PEC < PNEC? iterazioni SI documentare nel CSR se sostanza classificata pericolosa o PBT/vPvB comunicare ES con OC e RMM tramite SDS 120

121 Caratterizzazione rischio la caratterizzazione del rischio confronto dei livelli di esposizione con gli opportuni livelli di non effetto rischi sono adeguatamente controllati se : valori dell esposizione < livelli di non effetto per ogni scenario di esposizione è necessario acquisire: valori dell esposizione, misurata o stimata, per le scale spaziali e temporali rilevanti e per i diversi comparti ambientali livelli di non effetto per le scale temporali rilevanti, per gli ecosistemi, gli end-points adeguati e le vie di esposizione 121

122 valutazione dell'esposizione secondo il REACH stima quantitativa o qualitativa della dose/concentrazione della sostanza alla quale l'uomo e l'ambiente sono o possono essere esposti. La valutazione prende in considerazione tutte le fasi del ciclo di vita della sostanza risultanti dalla fabbricazione e dagli usi identificati e contempla eventuali esposizioni riconducibili ai pericoli individuati nel CSR

123 valutazione dell'esposizione secondo il REACH Consiste di due fasi 1. Sviluppo degli scenari di esposizione (ES) 2. Stima dell esposizione per ogni ES sviluppato Ogni ES fornisce una serie di parametri e informazioni sulle condizioni d uso che saranno la base per la stima dell esposizione

124 Industrial use Manufacture Formulation Consumer professional use use recycling Service life landfill Incineration Recovery of product Recovery of substance Fasi del ciclo di vita di una sostanza (secondo le linee guida del REACH)

125 Principali problematiche per i NM Diverse o specifiche proprietà chimico-fisiche delle sostanze in nanoforma rispetto alle corrispondenti sostanze tradizionali (forma BULK) Carenza di dati tecnici e tossicologici Identificazione (registrazione, classificazione, ) Valutazione della sostanza (CSA, autorizzazione, restrizione, gestione del rischio, )

126 Valutazione del rischio di NM domande chiave * Quali sono le proprietà dei NM che destano particolare preoccupazione? Relazione tra le proprietà di NM e altre forme della stessa sostanza: in che misura si può generalizzare? Un paradigma comune può essere introdotto per il Assessment dei NM? Risk * da Opinione di SCENIHR Scientific opinion of the Scientific Committee in Emerging and Newly Identified Health Risks (Comitato Scientifico dell'ue per i Rischi per la Salute Emergenti e Recentemente Identificati)

127 Conoscenze sulle proprietà biologiche dei NM Cosa sappiamo I Nanomateriali si comportano in modo diverso le dimensioni possono influenzare tossicità Forma può anche influenzare l'esposizione e la tossicità Alcuni NM attraversano le membrane cellulari. Effetti tossici per alcuni NM in diversi sistemi test Alcuni NM indicano una persistenza in sistemi biologici NM studiati sono pochi e spesso sono poco caratterizzati 127

128 Cosa dobbiamo sapere scelta del descrittore di dose di esposizione nel sistema di riferimento appropriato per l'esposizione umana o ambientale dei NM. necessità di studi su esposizione a lungo termine: la maggior parte degli studi in vitro e in vivo sono solo a breve termine, mentre gli impatti sulla salute umana e l'ambiente è più probabile che si verificano durante e dopo l'esposizione a lungo termine. Quali proprietà fisico-chimiche delle nanoparticelle da esaminare nel processo di valutazione dei rischi dei nanomateriali (importante per l'identificazione del materiale studiato) difficile confrontare le indagini a causa della descrizione 128 impropria di NM

129 la dimensione nano determina un enorme incremento di superficie SCHENIHR 2009 Update on possible risks of Nanotechnologies - CE DG Health &Consumers dimensione 1 cm 1 mm 1 µm 1 nm numero E+12 1E+21 superficie totale 6 cm2 60 cm cm2 (6 m2) (6.000 m2) 129

130 dosimetria tradizionale inadeguata la concentrazione espressa come massa/volume non descrive adeguatamente l ESPOSIZIONE ai nanomateriali. Descrittori più accurati sono il numero di particelle e la superficie Il numero straordinariamente elevato di nanoparticelle per massa, tossicologicamente rilevante, quando interagiscono con le cellule e componenti subcellulari. la loro maggiore superficie per unità di massa può essere importante 130 dal punto di vista tossicologico quando altre caratteristiche, sono le stesse della forma bulk,

131 Alcuni limiti della RA lacune alcune caratteristiche chiave Persistenza (composizione, solubilità, capacità di aggregazione) Capacità di attraversare le membrane cellulari (dimensioni, forma [particelle, fibre, ecc]) Meccanismi di tossicità (no di particelle/superficie, reattività, rilascio di componenti) Conoscenze di base insufficienti Assenza di metodi di misura appropriati pochi pericoli identificati Esposizione: revisione dei metodi di valutazione (la Effetti ambientali sola misura della non chiari massa non è appropriata) valutazione rischio poco affidabile per i NM 131

132 Aree di ricerca comprensione dei MECCANISMI DI INTERAZIONE con il corpo umano e degli effetti sulla salute (ingresso nelle cellule, effetti di accumulo ) UOMO Identificazione dei PERICOLI sviluppo di METODI ANALITICI più sensibili per rilevare e caratterizzare le nanoparticelle AMBIENTE Effetti dimostrati, necessità di validazione dei sistemi di riferimento. Studio degli EFFETTI SULL AMBIENTE (degradazione, accumulo, pericolosità ) 132

133 Aree di ricerca Determinazione della ESPOSIZIONE UMANA (lavoratori, consumatori.etc) Rilasci durante le fasi del ciclo di vita UOMO Identificazione ESPOSIZIONE AMBIENTE Scenari di destino ambientale, Ripartizione nelle diverse matrici ambientali Metodi appropriati di monitoraggio

134 Conclusioni per assicurare la valutazione dei rischi specifici per l ambiente e per la salute, possibilità che alcuni NM, siano considerati separatamente dalla stessa sostanza in forma bulk, (non è detto che siano automaticamente più pericolosi!) Considerare, per ora, con expert judgement, un approccio caso-per-caso in assenza di un paradigma generale della valutazione del rischio applicabile ai nanomateriali necessità di migliorare la base di conoscenze scientifiche identificazione della sostanza caratterizzazione del pericolo identificazione del pericolo effetto dose/risposta valutazione dell esposizione Scenari d esposizione (ES) caratterizzazione del rischio 134

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136 Life Cycle Thinking per lo sviluppo sostenibile di nanoprodotti La LCA da sola non può affrontare tutti i quesiti necessari per comprendere gli impatti ambientali potenziali connessi con le varie fasi di un sistema produttivo è necessaria una più ampia valutazione che comprenda considerazioni sociali ed economiche Inoltre, è necessario un tipo di approccio ibrido al fine di integrare LCA con Risk assessment (RA) A tal fine è stato proposto dagli esperti un approccio di screening pragmatico più rapido e economico di un LCA completo, utile alle industrie nello sviluppo di NM e nanoprodotti 136

137 RA versus LCIA Valutazione del Rischio (RA) Caratterizza la natura e l'entità dei rischi sanitari per l'uomo e l'ambiente di potenziali contaminanti chimici a livello sito-specifico Si focalizza su una specifica sostanza chimica a definite esposizioni e su bersagli specifici. Valutazione di impatto per la LCA Caratterizza emissioni nel ciclo di vita di un prodotto, ma riporta le emissioni ad un livello aggregato e in base ad una prescelta unità funzionale Non quantifica nessun specifico impatto associato ad un prodotto, processo o attività, ma cerca di stabilire un legame tra un sistema e un potenziale impatto. 137

138 Alcuni limiti della LCA difficile distinguere le nanoforme da materiali in forma bulk Inoltre nel passaggio 3 della metodologia LCA (valutazione d'impatto), gli effetti sulla salute umana e sull'ambiente sono caratterizzati sulla base di carichi ambientali, quindi gli impatti sono calcolati utilizzando le formule basate su quantità di inquinanti emessi in aria, acqua e terra. Life-Cycle Assessment, quindi, essenzialmente può solo concludere che less is better, ma non se un particolare impatto è più significativo di un altro, rispetto alla scelta di soluzioni alternative 138

139 Approcci di integrazione tra RA e LCA

140 Soluzioni proposte: combinare LC e RA Tra le possibili soluzioni ci sono approcci basati sul ciclo di vita che incorporano l esposizione umana e ambientale nel contesto basato sul rischio. NanoLCRA : Life Cycle Assessment Risk Assessment (Shatkin, 2008) Un tale approccio, che combina la valutazione LCA e del rischio è Nano LCRA (Life Cycle Risk Assessment) per i nanomateriali, un processo iterativo di 10 fasi. (Shatkin, 2008) 140

141 Nano-LCRA (Life Cycle Risk Assessment) Fasi: 1.Descrivere il ciclo di vita del prodotto. 2. Identificare i materiali e valutare i potenziali rischi in ogni fase del ciclo di vita. 3. Condurre una valutazione qualitativa dell esposizione per i materiali in ogni fase del ciclo di vita. 4. Identificare le fasi del ciclo di vita, in cui si può verificare l'esposizione. 5. Valutare la potenziale tossicità umana e ambientale nelle fasi chiave del ciclo di vita. 6. Analizzare i potenziali rischi per le fasi del ciclo di vita selezionate. 7. Identificare le incertezze chiave e lacune nei dati. 8. Sviluppare strategie di mitigazione / gestione del rischio e le fasi successive. 9. Raccogliere ulteriori informazioni. 10. Iterare il processo, rivedere le ipotesi, regolare fasi di valutazione e di gestione 141

142 NANO-LCRA semplificata approccio semplificato del Life Cycle Risk Assessment (Shatkin 2008) Strumento di screening per identificare e prioritizzare problemi per la salute e l ambiente Affiancare analisi in ambito regolatorio, di mercato, concorrenza, preoccupazione sociale L'analisi individua le incertezze chiave - può fornire informazioni lo sviluppo del prodotto Rivedere decisioni iniziali con nuove informazioni 142

143 NANO LCRA Esempio di applicazione di LCRA al nano-ag

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145 NANO SLCRA 145

146 NANO SLCRA- Caratteristiche processo proattivo, in fase iniziale, facilmente implementabile anche con pochi dati disponibili sviluppa le pratiche di gestione del rischio basate sulla minimizzazione dell esposizione, dei potenziali effetti sulla salute umana e degli impatti ambientali applicabile per ricerca e sviluppo, produzione, applicazioni per i consumatori, e valutazione del destino ambientale prioritizzazione delle successive esigenze di dati 146

147 LCA in supporto al RA Tutte le informazioni ottenute in una LCA sono fondamentali per la creazione di scenari di esposizione completi e quindi possono fornire input ulteriori rilevanti per la valutazione dei rischi umani e ambientali (e quindi per l'integrazione di aspetti nanospecifici nella fase di valutazione nell'approccio LCA). Valutazione del Rischio utile per correlare i flussi di materiali impiegati o rilasciati da un processo produttivo alle concentrazioni che possono portare ad effetti indesiderati sulla salute dell uomo e/o ambientale 147

148 Punti di forza Risk Assessment (RA) Life-Cycle Assessment (LCA) Punti di debolezza Consente l'analisi, nonostante le informazioni incomplete/incertezze non sufficientemente legata al contesto decisionale chiarisce meccanismi che causano end point negativi per la salute requisiti dei dati straordinariamente elevate Risultati: confronti quantitativi su base assoluta Visione olistica scarsità di dati di inventario per Incentrato sulla specifica unità funzionale quanto riguarda le tecnologie Facilita confronto tra differenti fasi del emergenti (NT) mancanza di standard attuali per la ciclo di vita Consente la valutazione comparativa di valutazione dell'impatto trattamento della variabilità e più percorsi produttivi dell'incertezza incoerente o assente 148

149 In Summary La valutazione del rischio (RA) e la LCA sono due differenti metodologie che hanno a che fare con l'incertezza relativa agli effetti dei ENMs sulla salute e l'ambiente. La strategia della valutazione del rischio degli ENMs dovrebbe prendere in considerazione concetti relativi al ciclo di vita e viceversa al fine di mitigare le lacune conoscitive sui potenziali rischi derivanti da ENMs. E 'estremamente importante che entrambi i metodi utilizzino la stessa terminologia, dati e flusso di informazioni (ad esempio considerare il numero di particelle, invece dei pesi delle sostanze). Vi è la necessità di trovare il modo di integrare i due approcci per un reciproco vantaggio nel fornire un approccio olistico alla valutare l'impatto ENMs. 149

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152 Environmentally Sustainable Use of Manufactured Nanomaterials SG9-obiettivi Identificare gli impatti positivi e negativi sull ambiente e salute per tutto il ciclo di vita selezionati da nano-applicazioni abilitate per supportare il processo decisionale Per identificare i contesti necessari per l'effettivo processo decisionale a diversi stadi di sviluppo e da diverse parti interessate Studi di casi pratici sulla base di iniziative in corso e programmati Facilitare la collaborazione sui casi studio 152

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154 GRAZIE! 154

155 MASTER UNIVERSITARIO DI II LIVELLO Sicurezza nella Gestione dei Chemicals e Implementazione dei Regolamenti REACH e CLP Life Cycle Assessment nell'implementazione del REACH Nuovi materiali e nanotecnologie Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale Settore sostanze pericolose Università di Camerino Marzo 2012 Dania Esposito 1 1

156 Life Cycle Assessment: (LCA) principi e quadro di riferimento attraverso le Norme ISO: Origini e sviluppo, la struttura di una LCA Ruolo della LCA nelle nanotecnologie I nanomateriali e il regolamento REACH. La valutazione del Rischio per i nanomateriali LCA e Risk Assessment: approcci combinati per lo sviluppo sostenibile dei nuovi materiali Dania Esposito 2 2

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159 5 Dania Esposito 5

160 Attività ISPRA Decreto Ministeriale 22 novembre 2007 Supporto all AC per la partecipazione agli organismi comunitari Comitati dell ECHA: SEAC, RAC, MSC e Forum Sottogruppo delle AC sui nanomateriali Valutazione delle sostanze Valutazione delle sostanze da candidare ai processi di autorizzazione, di restrizione e di classificazione armonizzata Formazione e informazione Formazione rivolta agli organismi pubblici sulla valutazione della sicurezza Formazione a livello territoriale in collaborazione con le ARPA Ispezione e vigilanza Istituzione di una rete nazionale di ispezione e vigilanza per la corretta applicazione del REACH Accordo Stato - Regioni per l adeguamento della normativa Ricognizione delle strutture regionali e periferiche impegnate nelle attività di vigilanza Ricerca e sviluppo Promozione dei centri di saggio che operano secondo le buone pratiche di laboratorio Censimento dei laboratori pubblici e privati Promozione della ricerca e dello sviluppo Sostituzione delle sostanze estremamente preoccupanti Sviluppo di test alternativi che utilizzano cellule in vitro 6 Sviluppo di test di tossicità acuta che utilizzano specie di pesce autoctone. Dania Esposito Una puntuale assegnazione di compiti, con un indicazione di programma temporale è contenuta nel Decreto Ministeriale 22 novembre 2007 punto 1.6 dell allegato I. L ISPRA è coinvolta in varie attività che riguardano la partecipazione ai lavori degli organismi comunitari, la valutazione delle sostanze per gli aspetti di rischio ambientale, le iniziative di formazione e d informazione, la promozione della ricerca e sviluppo, come di seguito elencate. ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale) è organismo tecnico di supporto al Ministero della salute (AC) per l attuazione nazionale del regolamento REACH e del regolamento CLP valuta i rischi per l ambiente delle sostanze chimiche e collabora con l ISS (Centro Sostanze Chimiche) nella valutazione dell esposizione dell uomo attraverso l ambiente supporta l AC e le altre amministrazioni (vigilanza, sviluppo laboratori saggio, metodi alternativi, ricerca, formazione e informazione, help-desk) partecipa e supporta le altre amministrazioni negli organismi comunitari 6

161 Dania Esposito 7 7

162 LCA ORIGINI E SVILUPPO Origini dell approccio tipo ciclo di vita a problemi ambientali (Environmental Life Cycle Thinking) risale alla fine degli anni from cradle to grave ( dalla culla alla tomba )...quando i ricercatori capirono che l unica strada efficace per studiare in maniera completa i sistemi produttivi da un punto di vista ambientale era quello di esaminare le prestazioni seguendo passo per passo il cammino percorso dalle materie prime, a partire dalla loro estrazione, attraverso tutti i processi di trasformazione e di trasporto, fino al loro ritorno alla terra sottoforma di rifiuti. 8 Dania Esposito Alcuni ricercatori, che iniziavano a occuparsi con approccio scientifico del problema del consumo delle risorse e della generazione dei reflui nei processi industriali, si resero conto che l unica strada efficace per studiare in maniera completa i sistemi produttivi da un punto di vista ambientale era quello di esaminare le prestazioni seguendo passo per passo il cammino percorso dalle materie prime, a partire dalla loro estrazione, attraverso tutti i processi di trasformazione e di trasporto, fino al loro ritorno alla terra sottoforma di rifiuti. Ed è lo slogan from cradle to grave cioè dalla culla alla tomba a prendere piede per illustrare sinteticamente i contenuti della metodologia che a poco a poco prende forma: quella dell analisi del ciclo di vita. Prima di assumere la denominazione di LCA, la metodologia era conosciuta con altra terminologia, ad esempio, life cycle analysis, cradle to grave analysis, resource and environmental profile analysis ecc. 8

163 Assoluta novità per quel tempo dato che nello studio inteso a migliorare le prestazioni energetiche ed ambientali di un sistema industriale ora veniva presa in considerazione: l intera filiera produttiva Fino ad allora, non ci si preoccupava del fatto che una singola operazione si poteva rendere efficiente, o più pulita, a spese di altre trasferendo l inquinamento nel tempo e nello spazio, non ottenendo quindi nessun reale miglioramento o addirittura peggiorando il bilancio complessivo 9 Dania Esposito 9

164 LCA ORIGINI E SVILUPPO Marchi Ambientali di prodotto Resource and Environmental Profile Analysis (REPA) Marchi specifici Concetto di sviluppo sostenibile Alcune LCA in Italia REPA di Coca Cola Company e Mobil Chemical Company ISO Crisi petrolifere ISO Analisi energetica (EA) 1970 Dania Esposito ISO International Journal of Life cycle assessment BANCA DATI ILCA Il termine LCA viene coniato solo durante il congresso SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry del 1990 per meglio caratterizzare l obiettivo delle analisi fino ad allora svolte sotto altri nomi). A partire dagli anno 70 troviamo i primi esempi di applicazione della teoria del Life Cycle Thinking, utilizzata come supporto alle decisioni soprattutto da parte di alcune grandi aziende statunitensi. Nel caso delle ricerche nordamericane, si trattava di studi svolti sotto il nome di REPA (Resource and Environmental Profile Analysis) con l obiettivo della caratterizzazione del ciclo di alcuni MATERIALI, impiegati in importanti produzioni industriali. La metodologia REPA introduceva la valutazione dell energia intesa come appartenente alla categoria delle risorse naturali e quindi stimolava l attenzione verso i concetto di limitatezza delle risorse naturali nel loro complesso. 10

165 LCA ORIGINI E SVILUPPO Lo scopo era quello di: confrontare da un punto di vista ambientale funzioni equivalenti con l utilizzo di soluzioni e materiali diversi Dania Esposito 11

166 LCA ORIGINI E SVILUPPO INVENTARIO INTERPRETAZIONE MIGLIORAMENTO Organizzazione originaria di una LCA secondo lo schema proposto dal SETAC (The Society of Environmental Toxicology and Chemistry) nel 1990 per meglio caratterizzare l obiettivo delle analisi le tre fasi principali di cui si compone la LCA come proposto dal SETAC devono essere ripetute ogni volta che nuove informazioni o cambiamenti modificano il modello analogico iniziale del sistema produttivo oggetto di studio. Oggi questo approccio è stato integrato nelle norme ISO

167 LCA ORIGINI E SVILUPPO Ai nostri giorni LCA si sta affermando come strumento di calcolo del carico ambientale dei sistemi produttivi consentendo di aumentare il grado di diffusione dei temi relativi alla LCA La Commissione Europea considera l approccio LCA l unico in grado di fornire una base scientifica per comprendere il carico ambientale di prodotti e di processi in un ottica complessiva A livello industriale associazioni di categoria divulgano e sviluppano banche dati utili per la LCA Dania Esposito 13

168 LCA ORIGINI E SVILUPPO UNI EN ISO GESTIONE AMBIENTALE Valutazione del ciclo di vita Principi e quadro di riferiemnto Ottobre 2006 UNI EN ISO GESTIONE AMBIENTALE Valutazione del ciclo di vita Requisiti e linee guida Ottobre 2006 Il diffondersi dell utilizzo e delle applicazioni della LCA è anche frutto del lavoro del comitato ISO per la standardizzazione della metodologia Rappresentano un ulteriore perfezionamento delle prime linee guida proposte dalla SETAC e sono un riferimento condiviso per la LCA Dania Esposito 14

169 Life cycle Thinking nell approccio Integrated product Policy (IPP) Il concetto di Politica integrata di prodotto si basa sull approccio di ciclo di vita e trova nella LCA il suo principale strumento analitico E un modus operandi volto ad analizzare e raccordare fra loro politiche esistenti e azioni operate attraverso gli strumenti abituali. L obiettivo è di valutare l efficacia tenendo conto di tutto il ciclo di vita del prodotto etichettatura ecologica gestione integrata dei rifiuti LCA Politiche integrate di prodotto LCA ecoincentivi LCA LCA LIFE CYCLE THINKING LCA LCA green public recruitement LCA SGA Dania Esposito LCA best available techniques (BAT) progettazzione ecocompatibile

170 LA STRUTTURA DI UN LCA LCA è un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici e ambientali relativi a un processo o un attività, effettuato attraverso l identificazione dell energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell ambiente Dania Esposito 16

171 LA STRUTTURA DI UN LCA L approccio LCA viene definito dalle norme ISO-serie come una compilazione e valutazione attraverso tutto il ciclo di vita dei flussi in entrata e in uscita nonché i potenziali impatti ambientali di un sistema di prodotto. Fondamentale è la definizione di sistema industriale che la norma qualifica come sistema di prodotti SISTEMA AMBIENTE input SISTEMA INDUSTRIALE output SISTEMA INDUSTRIALE E un insieme di procedure, la cui funzione principale è produzione di beni utili. E separato dal sistema ambiente da confini fisici ben definiti ed è a esso collegato grazie allo scambio di input e di output. INPUT parametri che riguardano le risorse OUTPUT parametri che riguardano l inquinamento Dania Esposito Un insieme di procedure, la cui funzione principale è produzione di beni utili, esso è separato dal sistema ambiente da confini fisici ben definiti ed è a esso collegato grazie allo scambio di input e di output. In quest ottica l ambiente non è quindi quello naturale definito dall ecologia, ma è tutto ciò che sta all esterno del sistema industriale considerato. 17

172 SISTEMA INDUSTRIALE / SISTEMA DI PRODOTTI ANALISI DI PROCESSO / ANALISI DI PRODOTTO SISTEMA DI PRODOTTI: Le norme ISO lo identificano come l insieme elementare di unità di processo connesse tra loro per quanto riguarda materia ed energia, che perseguono una o più funzioni definite. Importante non confondere: PROCESSO l analisi del ciclo di vita del PRODOTTO più che descrivere il PRODOTTO, una LCA descrive il sistema che lo genera ovvero la funzione del sistema stesso, sottolineando l importanza dei prodotti all interno di un qualunque sistema di processi o di servizi Dania Esposito SISTEMA DI PRODOTTI: Le norme ISO lo identificano come l insieme elementare di unità di processo connesse tra loro per quanto riguarda materia ed energia, che perseguono una o più funzioni definite. Importante non confondere: l analisi del ciclo di vita del processo con il prodotto più che descrivere il PRODOTTO, una LCA descrive il sistema che lo genera ovvero la funzione del sistema stesso, sottolineando l importanza dei prodotti all interno di un qualunque sistema di processi o di servizi 18

173 Goal and scope definition: Definiti le finalità, l unità funzionale, i confini del sistema ISO Obiettivo e campo di applicazione Life Cycle Inventory analysis (LCI) redazione di un inventario del ciclo di vita costruendo il modello analogico del sistema reale da studiare ISO Analisi dell inventario Life cycle impact assessement (LCIA): studio dell impatto ambientale del processo con lo scopo di evidenziare l entità delle modificazioni generate a seguito dei rilasci nell ambiente e dei consumi di risorse ISO Interpretazione LA STRUTTURA DI UN LCA Analisi degli impatti Trarre le conclusioni e valutare gli impatti in maniera iterativa per ridurli ISO Dania Esposito Prima di illustrare nel dettaglio le varie fasi elencate, occorre ripetere che l approccio metodologico è per sua natura di tipo dinamico e iterativo e la parte fondamentale è quella della DISPONIBILITA DEI DATI E DELLE INFORMAZIONI necessarie allo sviluppo dei calcoli. Via via che si approfondisce l analisi, nuovi dati potranno poi sostituire o aggiornare i vecchi, richiedendo la revisione dei calcoli stessi. 19

174 L approccio è dinamico e iterativo e la parte fondamentale è quella della disponibilità dai dati e delle informazioni necessarie allo sviluppo dei calcoli Via via che si approfondisce l analisi, nuovi dati potranno poi sostituire o aggiornare i vecchi, richiedendo la revisione dei calcoli stessi LCA semplificata: proposta per velocizzare gli studi attraverso dei tagli sul sistema analizzato. Utilizzo iniziale delle informazioni immediatamente disponibili e di una successiva revisione quando saranno disponibili le informazioni mancanti Dania Esposito 20

175 Fasi del ciclo di vita Estrazione Materie Prime Confini del sistema di prodotto Lavorazione Materiale Produzione Uso e manutenzione End-of-Life Confini dello studio Dania Esposito Life Cycle Stages Raw Material Acquisition Material Processing Production Use and Maintenance End-of-Life 21 21

176 Dania Esposito

177 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Obiettivo dello studio Unità funzionale Confini del sistema Categorie dei dati Criteri per l inclusione di input e output Requisiti di qualità dei dati Obiettivo e campo di applicazione Analisi dell inventario Interpretazione Analisi degli impatti Dania Esposito Una LCA deve essere necessariamente preceduta da un esplicita dichiarazione degli obiettivi e delle finalità dello studio 23

178 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione In generale è possibile ricondurre il campo di applicazione di uno studio LCA alle seguenti finalità: Ricerca & Sviluppo Green market (etichettatura ecologica, comunicazione ambientale ecc.) Supporto nei sistemi di gestione ambientale (per appoggiare azioni di miglioramento della filiera ) Ecodesign (progettazione ecocompatibile) Dania Esposito 24

179 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione del sistema SISTEMA: un qualsiasi insieme di dispositivi che realizzano una o più precise operazioni industriali aventi una determinata funzione; è delimitato da appropriati confini fisici rispetto all esterno e con questo ha rapporti di scambio caratterizzati da una serie di input e output OUTPUT calore disperso INPUT combustibili energia materie prime SISTEMA emissioni in aria emissioni in acqua rifiuti solidi Dania Esposito Si dovrebbe cominciare dal caso più generale possibile di un sistema industriale di tipo globale, intendendo con questo un sistema i cui INPUT consistono tutti in materie prime e in energia primaria (energia solare compresa) e i cui output in reflui che ritornano al sistema ambiente (o biosfera). Si tratta di un sistema al cui interno sono presenti tutti i protagonisti dei processi di trasformazione intesi in senso lato: dai produttori agli utenti, attraverso i prodotti finali. E questo il caso in cui si è soliti parlare di sistema reale di ciclo di vita poiché tra gli output non esistono prodotti utili ma solo sostanze reflue. 25

180 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione del sistema Ogni sistema è in realtà un insieme di operazioni unitarie collegate tra loro che ricevono ciascuna un input dalla operazione unitaria a monte e i suoi output serviranno a quelle seguenti secondo l effettivo schema di produzione come uno schema di network più che lineare Produzione carbone Trasporto Generazione E.E. Produzione acciaio Produzione coke Distribuzione E.E Es.: tipico network che coinvolge operazioni unitarie appartenenti a sistemi industriali diversi Dania Esposito Il comportamento di un operazione unitaria è indipendente sia dalle operazioni che a monte la precedono e le forniscono gli input, sia da quelle a valle che ne ricevono gli output Quindi tale comportamento (ECOBILANCIO) può essere analizzato singolarmente Spesso infatti è opportuno limitare l analisi a parti del sistema, cioè a sottoinsiemi produttivi in base al tempo e ai dati a disposizione LCA si può intendere come un insieme di ecobilanci collegati opportunamente tra loro.

181 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale UNITA FUNZIONALE: unità di misura di riferimento. E importante definirla fin dall inizio dello studio Scopo: fornire un riferimento a cui legare gli elementi in ingresso e in uscita, necessario per consentire la comparabilità dei risultati, per trattare ed esporre i dati e le informazioni di una LCA La comparabilità dei risultati della LCA è particolarmente critica quando si valutano sistemi differenti, per assicurarsi che le comparazioni siano fatte su una base comune Dania Esposito Funzione, unità funzionale e flussi di riferimento Un sistema può avere un gran numero di funzioni possibili e la/e funzione/i scelta/e per lo studio dipende dall'obiettivo e dal campo di applicazione dell'lca. L'unità funzionale definisce la quantificazione delle funzioni identificate (caratteristiche di prestazione) del prodotto. Lo scopo principale dell'unità funzionale è di fornire un riferimento a cui legare gli elementi in ingresso e in uscita. Questo riferimento è necessario per consentire la comparabilità dei risultati dell'lca. La comparabilità dei risultati dell'lca è particolarmente critica quando si valutano sistemi differenti, per assicurarsi che le comparazioni siano fatte su una base comune. È importante determinare il flusso di riferimento in ogni sistema di prodotto, al fine di soddisfare la funzione prevista, ovvero la quantità di prodotti necessaria a soddisfare la funzione. 27

182 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale Un sistema può avere diverse funzioni possibili e la funzione scelta dipende dall obiettivo e dal campo di applicazione La corrispondente unità funzionale deve essere DEFINITA E MISURABILE Dania Esposito

183 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Definizione dell unità funzionale Esempi Funzione di processo: produzione di imballaggi Unità funzionale (di misura): quantità di imballaggio necessaria per contenere un certo volume di prodotto (non il kg di vetro o cartone) Funzione: verniciatura Unità funzionale: m2 di superficie protetta dalla pittura (non i kg di vernice) Dania Esposito

184 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Confini del sistema La ISO afferma che i criteri adottati nello stabilire i confini del sistema devono essere identificati e giustificati nel campo di applicazione dello studio Fase che richiede grande cura ed attenzione Ogni LCA contiene semplificazioni e limitazioni per renderla gestibile rispetto ad una LCA completa del sistema industriale globale, che per ovvie ragioni non sarà mai riproducibile per intero Dania Esposito 30

185 Studi Cradle-to-Gate (dalla culla all uscita dello stabilimento) Escludono attività a valle oltre alla fabbricazione del prodotto ma le conclusioni devono riguardare solo ciò che è stato studiato Tali studi, spesso sono definiti ecoprofile Dania Esposito Confini dello studio 31 31

186 1 FASE: definizione degli obiettivi e ambito di applicazione Confini del sistema In altri casi c è l esigenza specifica di analisi dall uscita dello stabilimento alla tomba : (gate-to-cramble) Anche il periodo di riferimento deve essere ben definito In ogni caso la scelta del confine deve essere adeguatamente motivata e sempre segnalata nella redazione dello studio Dania Esposito

187 In summary Tutte le suddette informazioni costituiscono le fondamenta preliminari su cui impostare le analisi che diventano : Il campo di applicazione dello studio: quasi una carta d identità contenente Requisiti Limiti Ipotesi iniziali Con cui l analista dichiara di voler affrontare la ricerca Dania Esposito

188 Obiettivo e campo di applicazione Diagramma di flusso Raccolta dati Procedure di allocazione Altre Altre procedure Analisi dell inventario Analisi degli impatti Interpretazione e miglioramento 2 Fase: analisi dell inventario Dania Esposito Tali dati possono essere impiegati per: Esecuzione di LCA comparativi per l individuazione di materiali e tecnologie più rispettosi dell ambiente, individuazione di indicatori di performance che permettano di monitorare nel tempo l evoluzione delle prestazioni ambientali dei diversi comparti produttivi, supporto alla diffusione di valutazioni sulle prestazioni ambientali dei prodotti (es. Dichiarazioni Ambientali di Prodotto). Esecuzione di valutazioni per la predisposizione di Piani territoriali per la gestione del fine vita dei prodotti, supporto a studi ambientali di varia tipologia. 34

189 2 Fase: analisi dell inventario L obiettivo è quello di fornire dati oggettivi, che solo successivamente potranno essere elaborati e commentati con lo scopo di trarre valutazioni e indicazioni utili a livello decisionale Un inventario di ciclo di vita deve essere affidabile, quindi seguire un codice ben definito Solo così i risultati di diversi inventari sono tra loro confrontabili Dania Esposito

190 2 Fase: analisi dell inventario Obiettivi dello studio Raccolta dati Affidabilità dei dati Indicatori di affidabilità Risultati dell inventario e dell analisi degli impatti Raccolta aggiuntiva di dati Processo iterativo per la valutazione dell affidabilità dei dati Dania Esposito Per rendere lo studio il più possibile affidabile, per prima cosa è importante costruire un diagramma di flusso dettagliato con le operazioni che concorrono a formare il sistema considerato Obiettivi principali da porsi: determinare il grado di dettaglio a cui arriva la struttura di misurazione dell impianto Verificare che il diagramma di flusso predisposto corrisponda al processo reale Esempio: Analisi di impianto di produzione bottiglie di plastica Scopo: calcolare i consumi di energia elettrica In questo caso è inutile dividere il processo in singole operazioni se nell impianto c è un unico contatore di energia elettrica 36

191 2 Fase: analisi dell inventario I dati raccolti possono essere distinti in tre categorie: Dati primari (provenienti da rilevamenti diretti) Dati secondari (ricavati dalla letteratura) Dati terziari (provenienti da stime e valori medi) Periodo di riferimento informazioni: 12 mesi Dania Esposito più opportuno delle Per i processi produttivi più comuni la maggior parte delle informazioni di dettaglio è disponibile in letteratura tecnica, sufficiente per raggiungere lo scopo iniziale di acquisire confidenza con le operazioni fondamentali da discutere successivamente I dati da utilizzare nella fase di inventario principale dovrebbero essere raccolti direttamente sul campo (primary data) Oppure se non è possibile è necessario servirsi di dati derivati (secondary data) ricavabili da letteratura o da banche dati, In questo caso è importante citare la fonte per la trasparenza 37

192 2 Fase: analisi dell inventario Banche Dati Vantaggio: Semplificano la ricerca di informazioni Fonte dei dati Svantaggio: Problema dell attendibilità della fonte e interpretazione corretta NOx CO2 PM [g/km*veh] [g/km*veh] [g/km*veh] Boustaed model v.5 1,79 149,19 0,128 Banca dati APAT 2,46 172,11 0,037 Esempio:Confronto tra banche dati riguardanti le emissioni derivanti dalla fase d uso di un automobile di media cilindrata, alimentata a benzina, non catalizzata, per la distanza di 1 km e in ambiente extraurbano Dania Esposito E evidente che le emissioni dipendono essenzialmente dal consumi di carburante: La Banca dati Buostaed è 41g di benzina al Km, per la BD APAT è di 55 g/km. Perciò prima di confrontare tra loro informazioni provenienti da fonti diverse è bene cercare di identificare nella maniera più precisa possibile quali siano le caratteristiche del dato e ogni altra informazione in grado di rintracciare la fonte di riferimento nella maniera migliore possibile. 38

193 Banche Dati Il Joint Reserach Center con sede a Ispra (VA) sviluppa una banca dati controllata e aggiornata periodicamente Dania Esposito

194 Banche Dati 40 40

195 LCA ORIGINI E SVILUPPO A livello nazionale l'agenzia Nazionale per la Protezione dell'ambiente (ANPA), ora ISPRA nel 2000 ha pubblicato una banca dati italiana I-LCA rivolta alle imprese E stata realizzata con una gestione centralizzata dei dati e pensata per essere ampliata, integrata e aggiornata. E organizzata attraverso una struttura ad albero suddivisa in settori, categorie, sottocategorie e moduli. I settori presi in considerazione comprendono i materiali e i processi, l'energia, i trasporti e il fine vita Si tratta di una banca dati italiana a supporto della valutazione del ciclo di vita. La banca dati contiene attualmente i dati di inventario di oltre quattrocento processi produttivi e di servizio, strutturati in quattro settori. I settori di I-LCA sono quattro: materiali e processi, energia, trasporti, fine vita. Per i seguenti settori contiene: Materiali e processi: dati di inventario più importanti materiali di base impiegati nell'industria (carte, plastiche, metalli, prodotti chimici). Energia: processi produttivi di energia elettrica e termica, secondo la tipologia e l'origine delle fonti energetiche impiegate in Italia. Trasporti: modelli dei diversi mezzi di trasporto di merci e passeggeri. Fine vita: principali processi e tecnologie di trattamento rifiuti esistenti oggi in Italia, come raccolta, selezione, trattamenti termici, discariche. L'APAT ha avviato lo sviluppo della presente versione della banca dati I'LCA, avvalendosi della collaborazione di Ambiente Italia, Boustead Consuting ed Ecobilan, per la parte metodologica e di raccolta ed elaborazione dati. Obiettivo della banca dati I-LCA è fornire dati di inventario a supporto della valutazione del ciclo di vita che siano rappresentativi dei processi produttivi e di servizio effettuati nel sistema Paese Italia. 41

196 2 Fase: analisi dell inventario i risultati dell inventory I risultati di un inventario sono normalmente presentati in 6 principali categorie di parametri raggruppate in: Dania Esposito 42

197 2 Fase: analisi dell inventario i risultati dell inventory Esempio: Sintesi dei valori dell energy reporting (MJ) per il sistema di produzione di LDPE (polietilene a bassa densità) Vettore energetico Energia indiretta Energia diretta Energia dei trasporti Energia feedstock Totale Energia elettrica Olio combustibile Altri combustibili Totali Dania Esposito 43

198 Obiettivo e campo di applicazione Analisi dell inventario Analisi degli impatti classificazione caratterizzazione normalizzazione valutazione Interpretazione e miglioramento 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) Dania Esposito 44

199 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) Ha lo scopo di evidenziare l entità delle modificazioni ambientali che si generano a seguito dei rilasci nell ambiente (emissioni o refllui) e del consumo di risorse associati a un attività produttiva. IMMISSIONE IMMISSIONE EMISSIONE TRASMISSIONE Dania Esposito Senza voler entrare nel dettaglio dei fenomeni che regolano la dinamica degli inquinanti e la conseguente ricaduta sull ambiente di sostanze chimiche potenzialmente dannose, è comunque opportuno richiamare brevemente alcuni concetti al fine di precisare il significato dei termini che saranno usati. Per valutare in maniera appropriata l inquinamento ambientale su diverse scale, devono essere tenuti in conto 3 diversi fattori essenziali, quali l emanazione di sostanze nocive (EMISSIONE), la diffusione e l eventuale trasformazione che le sostanze subiscono una volta introdotte nell ambiente (trasmissione), la concentrazione o la deposizione di inquinanti nel luogo d azione (IMMISSIONE). Come esempio si può citare il caso delle emissioni in atmosfera. Fatta questa premessa risulta più chiaro il significato di quello che normalmente viene definito:impatto AMBIENTALE per intenderne correttamente i rapporti con gli EFFETTI AMBIENTALI. 45

200 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) IMPATTO: qualsiasi modificazione causata da un dato aspetto ambientale, ossia da qualsiasi elemento che può interagire con l ambiente (ISO 14001) ad es. la CO2 emessa durante la combustione di un certo quantitativo di carbone provoca un impatto che contribuisce all effetto serra Dato che non è possibile correlare uno specifico impatto ai suoi effetti ambientali, ci si deve limitare ad affermare che l impatto è ciò che prelude a un effetto, senza pretendere di poter quantificare rigorosamente il secondo sulla base del primo. possiamo ottenere il valore numerico degli impatti dai risultati della fase di analisi dell inventario, i corrispondenti effetti ambientali potranno solo essere stimati sulla base di ipotesi e convenzioni da stabilire Dania Esposito 46

201 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) effetti ambientali si suddividono in base alla scala d azione, in effetti GLOBALI, REGIONALI, LOCALE Effetto serra G Eutrofizzazione R Dania Esposito Buco dell ozono G G Globale Ossidanti fotochimici R Regionale RL L Locale Acidificazione R Consumo risorse G E necessario precisare due aspetti legati alla trasmissione degli inquinanti in atmosfera. Prima considerazione: gli EFFETTI dovuti alle sostanze rilasciate nell ambiente possono verificarsi nelle immediate vicinanze del punto di emissione oppure possono avere una ricaduta su tutto il pianeta. In pratica gli EFFETTI AMBIENTALI si suddividono in base alla scala di azione in effetti GLOBALI, REGIONALI, O LOCALI. Questo aspetto dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche dell emissione che genera l effetto e dalle condizioni ambientali. Prendiamo nuovamente ad esempio le emissioni di CO2 responsabili dell effetto serra: analizzandone il comportamento in atmosfera è possibile classificare l effetto serra come uno a scala globale in quanto è stato appurato che l emissione di gas serra in un punto contribuisce all effetto su tutto il pianeta. Ad esempio per le emissioni di rumore, invece. È chiaro che sono considerate a scala locale solamente, in quanto il rumore generato in una miniera di bauxite in Australia né disturba le popolazioni europee, né può essere fisicamente sommato al rumore generato dalla fabbrica che produce Alluminio primario in Francia. Conseguenza dell impostazione metodologica adottata è che un eventuale giudizio di valore sul significato ambientale degli impatti può riguardare soltanto gli effetti globali, quelli che si manifestano su scala planetaria o regionale, sia per la natura cumulativa dei risultati delle elaborazioni effettuate sia per la mancanza di un unico preciso istante a cui riferire i rilasci 47

202 3 Fase: analisi degli impatti (LCIA) Caratteristica di questa fase della LCA è la GLOBALITA DELL ANALISI I RISULATI DI UN ANALISI di inventario possono essere in generale utilizzati per la valutazione di effetti a scala globale Il risultato finale di questa fase sarà quindi un profilo ambientale del sistema in studio che può essere utilizzato per confrontare il comportamento di diversi processi produttivi. L obiettivo potrà anche essere quello di scoprire nell ambito del sistema in esame, dove e come intervenire per ottenere una minimizzazione dell impatto dovuto ai processi Dania Esposito L opportunità di comprendere i fenomeni di interazione dell attività antropica con l ambiente a scala regionale e globale è un obiettivo importante non solo per i ricercatori impegnati nelle tecniche di analisi degli impatti, ma anche per promuovere in ambito industriale quella più volte citata nuova cultura della produzione basata sul concetto di SVILUPPO SOSTENIBILE. Il risultato finale di questa fase sarà quindi un profilo ambientale del sistema in studio che può essere utilizzato per confrontare il comportamento di diversi processi produttivi. L obiettivo potrà anche essere quello di scoprire nell ambito del sistema in esame, dove e come intervenire per ottenere una minimizzazione dell impatto dovuto ai processi. 48

203 3 Fase: principali effetti ambientali EFFETTO SCALA Effetto serra globale Assottigliamento fascia di ozono globale Consumo risorse non rinnovabili globale Acidificazione regionale Eutrofizzazione regionale Formazione smog fotochimico regionale Tossicità cronica Regionale/locale Tossicità acuta locale Degradazione dell area locale Disturbi di tipo fisico locale Dania Esposito In generale gli EFFETTI sono definiti non solo a seconda delle potenziali ricadute sulla salute umana e sull ambiente, ma anche in base al loro raggio di influenza (Scala) 49

204 Elementi obbligatori dell'lcia Definizione delle categorie di impatto, degli indicatori di categoria e dei modelli di caratterizzazione classificazione: assegnazione dei risultati LCI alle categorie di impatto selezionate (categorie di impatto ambientale) caratterizzazione: calcolo dell indicatore di categoria effettivo dei risultati Formula semplificata: Indicatore d impatto = dati dell inventario x fattore di caratterizzazione Normalizzazione e ponderazione (opzionali): normalizzare i risultati dell indicatore per le diverse categorie di impatto rispetto ad un comune riferimento e assegnare distinti pesi quantitativi a tutte le categorie di impatto esprimendo la loro importanza Dania Esposito 2.caratterizzazione: calcolo effettivo dei risultati dell indicatore di categoria e riguarda l'analisi e stima delle entità degli impatti potenziali sull ambiente, la salute umana o l'esaurimento delle risorse per ciascuna delle categorie di impatto. Formula semplificata: Indicatore d impatto = dati dell inventario x fattore di caratterizzazione 50

205 LCIA alcune definizioni categoria di impatto: Classe che rappresenta i problemi ambientali di interesse ai quali possono essere assegnati i risultati dell'analisi dell'inventario del ciclo di vita. (ES:Cambiamento climatico) indicatore di categoria (di impatto): rappresentazione quantificabile di una categoria di impatto. (ES:Kg CO2-equivalenti per unità funzionale, in base alla potenza di irradiazione degli infrarossi (W/m2)) fattore di caratterizzazione: Fattore derivato da un modello di caratterizzazione che è applicato per convertire un risultato dell'analisi dell'inventario del ciclo di vita assegnato all'unità comune dell'indicatore di categoria. ES:Potenziale di riscaldamento globale (GWP100) per ogni gas a effetto serra (kg CO2-equivalenti/kg gas) Dania Esposito 51

206 Selezione delle categorie di impatto (effetti ambientali) la scelta degli effetti ambientali da inserire nell analisi è fatta tenendo conto che la significatività dei risultati diminuisce man mano che dagli effetti globali si passa agli effetti su scala locale. Gli effetti ambientali più frequentemente riportati sono: l effetto serra a 100 anni (GWP100) l acidificazione potenziale (AP), la formazione di smog fotochimico (POCP), la riduzione dell ozono stratosferico (ODP) e l eutrofizzazione potenziale (EP) Dania Esposito La prima operazione da effettuare nella LCIA è la scelta degli effetti ambientali (o categorie di impatto) sui quali si baserà l analisi. Come in tutte le applicazioni in cui si utilizza un modello di calcolo per elaborare dati, anche nella LCA il calcolo degli indicatori finali risente in modo sensibile delle condizioni al contorno, delle ipotesi fatte, della qualità dei dati utilizzati e del grado di conoscenza scientifica dei fenomeni di trasmissione degli inquinanti e dei relativi impatti. Le maggiori incertezze risiedono nei fattori di caratterizzazione dei diversi reflui immessi nell ambiente: impiegando fattori riconosciuti a livello internazionale, si limita sensibilmente la componente di soggettività. Il ricorso a fattori di caratterizzazione, la cui valenza scientifica è accertata, permette di definire un indice oggettivo. Questa scientificità è insita nella buona conoscenza della dinamica degli inquinanti all origine dei fenomeni quali EFFETTO SERRA ed EFFETTI SULL OZONO STRATOSFERICO. Per quanto riguarda altri fenomeni come EUTROFIZZAZIONE ACIDIFICAZIONE ecc. deve essere considerato un ulteriore grado di incertezza per il fatto che gli effetti associati si manifestano prevalentemente su scale regionale e locale. L indice d impatto di ACIDIFICAZIONE ad es. dovrebbe considerare anche i fattori meteorologici, quali il livello delle precipitazioni, o l andamento delle correnti. Per lo smog fotochimico le variabili locali assumono un importanza ancor più rilevante in funzione della maggiore complessità del fenomeno dal punti di vista chimico-. Per l eutrofizzazione le maggiori incertezze sono sulla difficoltà di creare il modello della condizione locale dei flussi d acqua a cui questo tipo di fenomeno è fortemente legato: a parità di emissione è infatti ben diverso lo scenario che si presenta nel caso gli inquinanti siano rilasciati in un torrente di montagna oppure in un oceano. 52

207 Assegnazione dei risultati dell'lci alle categorie di impatto selezionate (classificazione) organizzazione dei dati dell inventario: ciò significa distribuire i valori di tutte le emissioni gassose, liquide e solide provocate direttamente e indirettamente dalle operazioni considerate nelle varie categorie d impatto Riscaldamento globale Assottigliamento fascia d ozono Formazione ossidanti fotochimici Tossicità umana ecotossicità HCFC22 X X CH4 X X Toluene X X X X PCB X X SO2 X NOx X X una stessa sostanza costituente un emissione può contribuire a più fenomeni di impatto, provocando effetti a catena che sono spesso di difficile interpretazione Dania Esposito Dopo aver individuato le categorie d impatto che si intende prendere in considerazione, si passa alla fase di classificazione che dal punto di vista operativo consiste nell organizzare i dati dell inventario: ciò significa distribuire i valori di tutte le emissioni gassose, liquide e solide provocate direttamente e indirettamente dalle operazioni considerate nelle varie categorie d impatto. Il problema è che una stessa sostanza costituente un emissione può contribuire a più fenomeni di impatto, provocando effetti a catena che sono spesso di difficile interpretazione. Anche se tali categorie di impatto si riferiscono ad effetti ambientali conosciuti, questi devono essere considerati per ora solo come effetti potenziali, per l incertezza della correlazione ma anche perché non c è pretesa, a questo livello, di analisi di effettuare una determinazione puntuale degli effetti ambientali nel sito specifico in esame nel momento preciso dell indagine. 53

208 Assegnazione dei risultati dell'lci alle categorie di impatto selezionate (classificazione) SEMPLIFICAZIONE: tutti i tipi di emissione sono rilevanti sulla base del loro grado intrinseco di rischio, indipendentemente dal livello risultante di concentrazione dell emissione stessa Questa fase non ha l obiettivo di dare giudizi di valore assoluto sugli effetti ambientali degli impatti, ma consente giudizi relativi, come può essere quello di: determinare quale, fra 2 o + processi produttivi porti a un minor impatto conseguente ai rilasci nell ambiente Dania Esposito L approccio dell analisi degli impatti è stato fin dall inizio e in diversi casi lo è tuttora, quello del meno è meglio (less is better), il che equivale ad assumere che tutti i tipi di emissione sono rilevanti sulla base del loro grado intrinseco di rischio, indipendentemente dal livello risultante di concentrazione dell emissione stessa: non importa cioè che questa si trovi al di sopra o al di sotto della concentrazione limite max che non produce ancora effetti osservabili. È quindi una semplificazione anche grossolana, perché è solo il primo passo della fase di valutazione che non ha l obiettivo di dare giudizi di valore assoluto sugli effetti ambientali degli impatti, ma consente giudizi relativi, come può essere quello di determinare quale, fra i due o più processi produttivi, porti a un minor impatto conseguente ai rilasci nell ambiente. 54

209 Calcolo dei risultati di indicatore di categoria (caratterizzazione) Prevede la conversione dei risultati dell'lci in unità comuni e l'aggregazione dei risultati convertiti all'interno della medesima categoria di impatto. Questa conversione utilizza i fattori di caratterizzazione. L'esito del calcolo è il valore numerico dell'indicatori di categoria che in precedenza sono stati definiti per ogni singolo effetto considerato L impatto risulta rappresentato dai valori numerici ottenuti elaborando i risultati della LCI con operazioni di raggruppamento, e classificazione: il suo collegamento con l effetto consiste nel fatto che l impatto ne è una causa potenziale Dania Esposito La caratterizzazione prevede la conversione dei risultati dell'lci in unità comuni e l'aggregazione dei risultati convertiti all'interno della medesima categoria di impatto. Questa conversione utilizza i fattori di caratterizzazione. L'esito del calcolo è un risultato dell'indicatore numerico. In definitiva l impatto risulta rappresentato dai valori numerici ottenuti elaborando i risultati della LCI con operazioni di raggruppamento, e classificazione: il suo collegamento con l effetto consiste nel fatto che esso ne è una causa potenziale. In questa accezione, il termine impatto non deve essere sopravvalutato confondendolo con l effetto che può provocare. L accordo scientifico tra gli operatori della metodologia, in merito alla fase LCIA si arresta a questi risultati. Le fasi successive sono caratterizzate da uno scarso accordo e da una scarsa chiarezza scientifica che ne fatto la fase + critica. 55

210 Analisi degli indicatori per alcuni effetti ambientali Es.: effetto serra (GWP100) Messo a punto un sistema di standardizzazione per poter quantificare con un unica unità di misura i contributi che all effetto forniscono i diversi gas ritenuti responsabili Misurato dal rapporto tra il contributo che all assorbimento della radiazione calda fornisce il rilascio di 1 Kg di tale sostanza e quello fornito dall emissione di 1 Kg di CO2 essendo entrambi i contributi valutati per un periodo di tempo di T anni di permanenza dei gas nell atmosfera Si impiegano i fattori di conversione che trasformano i quantitativi di gas prodotti durante il processo in esame in Kg di CO2 equivalente (indicatore di categoria). GWP= Σ GWPi x mi GWPi :potenziale riferito alla sostanza i-esima mi: massa della sostanza stessa in kg Dania Esposito I quantitativi di gas serra vengono normalmente espressi in Kg di CO2 equivalenti attraverso un sistema di standardizzazione messo a punto per poter quantificare con un unica unità di misura i contributi che all effetto forniscono i diversi gas che ne sono ritenuti responsabili. La standardizzazione si basa sul Global warming potential (GWP): potenziali di riscaldamento globale e viene effettuata impiegando i fattori di conversione che trasformano i quantitativi di gas prodotti durante il processo in esame in Kg di CO2 equivalente (indicatore di categoria). Questi potenziali, adottati dall IPCC, sono calcolati per ciascun gas serra tenendo conto delle sue capacità di assorbimento delle radiazioni e del tempo della sua permanenza nell atmosfera. Il potenziale di riscaldamento globale GWP viene misurato dal rapporto tra il contributo che all assorbimento della radiazione calda fornisce il rilascio istantaneo di 1Kg di tale sostanza e quello fornito dall emissione di 1 Kg di CO2 essendo entrambi i contributi valutati per un periodo di tempo di T anni di permanenza dei gas nell atmosfera. In altre parole il GWP è la misura, basata sulla concentrazione e sul periodo di esposizione, del potenziale contributo che una sostanza arreca all effetto serra, rispetto a quello provocato dallo stesso peso di CO2. La relazione che lega il GWP complessivo a quelli delle singole sostanze è GWP = ΣGWPi x mi dove GWPi è il potenziale di riscaldamento globale riferito alla sostanza i-esima e mi il la massa della sostanza stessa. 56

211 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto serra Risultato dell inventario fattore di caratterizzazione* fattore di caratterizzazione** fattore di caratterizzazione*** CO2 Anidride carbonica (indicatore di categoria) CH4 Metano ,5+7,5 N2O Protossido di azoto CFC11 CFCl CO Monossido di carbonio HC Idrocarburi CHCl Cloroformio SF6 Esafluoruro di zolfo CH2Cl2 diclorometano *IPCC Climate change 2001 Dania Esposito **IPPC (1996) ***WMO World Meteorological organisation (1994) L indicatore di categoria l anidride carbonica (CO2); i fattori di caratterizzazione si intendono in grammi di CO2 equivalente per gr della relativa sostanza. Il potenziale di effetto serra calcolato si riferisce a un periodo di 100 anni (GWP100). Le diverse fonti riportate rappresentano i progressivi aggiornamenti dei fattori di caratterizzazione utilizzati per il calcolo de GWP100 dal

212 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto di acidificazione (AP) Tabella con l elenco delle singole sostanze e dei rispettivi coefficienti di standardizzazione Risultato dell inventario FATTORE DI CARATTERIZZAZIONE SO2 Anidride solforosa (Indicatore di categoria) 1,00 SO3 Anidride solforica 1,20 NO2 Biossido d azoto 0,50 NOx Ossidi d azoto 0,50 NH3 ammoniaca 1,60 Fonte: CML. 1999; Huijbregts,1999, average Europe total, A &B Dania Esposito L indicatore di categoria è il biossido di zolfo (SO2); i fattori di caratterizzazione si intendono in gr di SO2 equivalente per gr della relativa sostanza. L operazione preliminare di questa standardizzazione consiste nell aggregare le emissioni potenzialmente acide (SO2, NOx) in base alla loro tendenza a formare ioni H+ 58

213 Alcuni fattori di caratterizzazione per l effetto di riduzione dell ozono (ODP) Risultato dell inventario FATTORE DI CARATTERIZZAZIONE CCL3F CFC-11 (triclorofluorometano) (indicatore di categoria) CH3Br Bromuro di metile 2,30 C2F3Cl3 CFC-113 0,59 CClF2Br HALON CF3Br HALON ,50 C2F4Br2 HALON CHCl2CF3 HCFC-123 0,08 CHFClCF3 HCFC-124 0,08 CH3CFCl2 HCFC-141b 0,33 CH3CF2Cl HCFC-142b 0,14 CHF2Cl HCFC-22 0,14 C3HCl2F5 HCFC-225ca 0,10 C3HCl2F5 HCFC-225cb 0,11 CCl4 tetraclorometano 1,23 triclorometano 0,45 CH3CCl L indicatore di categoria è CFC-11; i fattori di caratterizzazione si intendono in gr di CFC-11 equivalente per gr della relativa sostanza. Il potenziale di assottigliamento della fascia di ozono calcolato si riferisce a un periodo di 20 anni 59

214 Esempi di tipici risultati della fase di classificazione e caratterizzazione effettuata su alcuni processi INDICATORI DI CATEGORIA GWP 100 (g CO2) RAFFINAZIONE Produzione di 1 kg di Produzione di 1 kg Utilizzo di 1 MJ di di 1 kg di alluminio primario di bottiglie da i l in energia elettrica petrolio PET (200 bottiglie) in Italia Acidificazione (g SO2) Fotosmog (g C2H4) Eutrofizzazione (gno3 ) I valori sono medi e dalla BD del Boustead Model Dania Esposito 60

215 4 fase: interpretazione e miglioramento INVENTARIO E VALUTAZIONE IMPATTI RIPROGETTAZIONE: ECODESIGN MIGLIORAMENTO DEL SISTEMA ECOEFFICIENZA Dania Esposito 61

216 Obiettivo e campo di applicazione INTERPRETAZIONE Identificazione fattori significativi Analisi dell inventario Valutazione mediante: controllo di completezza, sensibilità, coerenza,altro Conclusioni, limitazioni, raccomandazioni Valutazione d impatto Applicazioni dirette: sviluppo e miglioramento del prodotto, pianificazione strategica, impostazione della politica, strategia commerciale,etc Dania Esposito Riassunto del Processo completo 62