Applicazione. dell LCA allo smaltimento dei. rifiuti nella realtà ligure. Adriana Del Borghi. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Genova

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1 Applicazione DICheP - Università di Genova dell LCA allo smaltimento dei Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Genova rifiuti nella realtà ligure Adriana Del Borghi LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) E PROGETTAZIONE ECOSOSTENIBILE Centro Congressi Magazzini del Cotone Genova, Italy 7 Luglio 2004 Evento Collaterale alla Settimana della Cultura Ambientale Dipartimento di Ingegneria Chimica e di Processo G.B. Bonino

2 Applicazione dell LCA alla gestione dei rifiuti Nel caso di LCA applicata ad un sistema produttivo si considerano tutte le fasi del ciclo di vita: dall estrazione di materie prime al fine vita, mediante un approccio verticale. Unità funzionale: unità di output (kg, m 2, ) Estrazione materie prime Produzione Distribuzione Uso LCA di un prodotto Confini del sistema Fine vita LCA di un sistema di gestione dei rifiuti Estrazione Materie prime Produzione Distribuzione Uso Fine vita A B C D Prodotto L LCA applicato ad un sistema di gestione rifiuti consente di comparare due o più scenari alternativi non tenendo conto di tutto ciò che è a monte del rifiuto. Tale approccio èquindi orizzontale. Unità funzionale: trattamento di 1 t di rifiuti

3 Confini a monte e a valle del sistema Un aspetto chiave dell LCA è la necessità di modellizzare il sistema in modo tale che sia gli input che gli output siano flussi presi dall ambiente o scaricati in esso senza successive trasformazioni. Nell LCA dei sistemi di trattamento dei rifiuti questo non avviene quasi mai. Gli input infatti sono spesso rifiuti solidi tal quali provenienti da attività domestiche e gli output, intesi come prodotti riutilizzati (ad esempio compost) o come energia prodotta da termovalorizzatori o da biogas di discarica, rientrano in nuovi sistemi produttivi. Nel caso di confini a monte del sistema, questo è comunque ancora coerente con la definizione di LCA se i flussi in ingresso sono gli stessi in tutti i sistemi che si confrontano. Quelle parti del sistema che compaiono allo stesso modo in tutti i sistemi possono infatti essere in questo modo escluse dall analisi. Una situazione simile può verificarsi relativamente ai confini a valle del sistema quando i materiali o l energia prodotti sono riutilizzati in nuove produzioni. Nell LCA di sistemi trattamento rifiuti, i prodotti provenienti dal riciclo non sono normalmente seguiti fino alla tomba e neppure fino ai prodotti sostituiti dai prodotti riciclati. Possono comunque essere considerati gli impatti evitati dalla produzione di prodotti utili come seconda funzione (ampliamento dei confini del sistema)

4 Ampliamento dei confini del sistema a. Esempio di un problema di allocazione. b. Un possibile modo per evitare l allocazione espandendo i confini del sistema. c. Un modo alternativo di presentare i confini espansi del sistema descritto in Figura b. (Finnveden and Ekvall, 1998) I sistemi devono essere confrontati sulla base della medesima funzione, utilizzando la stessa unità funzionale

5 Multi Input Allocation Poiché è impossibile basare su misurazioni empiriche la relazione che lega la composizione chimica alle emissioni da smaltimento per ogni tipo di materiale e per ciascun processo di trattamento dei rifiuti, viene impiegato un modello teorico di correlazione, basato sui bilanci di massa relativi a ciascun elemento chimico. waste waste treatment process ia = m i air m i waste iw = m i water κ κ κ m i waste m i waste ir = m i residue m i waste m i air m i water m i residue air water residue Ogni elemento chimico i è ripartito in tre flussi in uscita, aria, acqua e residui solidi (ad esempio ceneri o fanghi) secondo il rapporto massico, esplicitato mediante i fattori di ripartizione k, condizionati anche dalle specifiche tecnologie adottate.

6 Intervallo Temporale Un importante differenza tra la discarica e molti altri processi in ottica di LCA è l intervallo temporale (time frame). Le emissioni dalle discariche possono sussistere per molto tempo, spesso per più di mille anni. Le loro potenziali emissioni devono essere considerate per un certo periodo dopo la chiusura ed è importante quindi determinare quale periodo interessa. Attualmente non esiste un accordo internazionale al riguardo (Finnveden and Huppes,1995). La scelta del periodo di tempo da considerare è quindi importante ai fini dell analisi di inventario dell LCA ed è anche importante dal punto di vista etico, per quanto riguarda gli impatti sulle generazioni future (Finnveden 1997). La scelta fatta dal gruppo di lavoro della SETAC-Europe su Life cycle impact Assessment in un primo momento era di considerare un periodo infinito, poi un periodo di tempo di 100 anni ed infine, a seconda dei casi, altri intervalli di tempo (Udo de Haes et al. 1999a, Udo de Haes et al. 1999b). Il PSR 2003:3 indica, in accordo con le recenti disposizioni comunitarie (Dir. 1999/31/CE (Art.10)), un periodo di tempo di 30 anni dalla chiusura dalla discarica in cui devono essere calcolati i potenziali impatti ambientali per la redazione di una EPD di tale servizio.

7 Risultati Energetici a. Energia direttamente consumata ( fuel use ): è la quota di energia ricevuta dall'operatore finale. È indipendente dalla nazione (e cioè dal mix energetico di riferimento) ed è direttamente correlata al tipo di tecnologia utilizzata nei vari processi produttivi. b. Energia feedstock: rappresenta il contenuto energetico dei materiali usati come tali e non come combustibili dal processo produttivo in analisi. c. Energia dei trasporti ( transport ): raggruppa i consumi di energia associati alle operazioni di trasporto coinvolte nel sistema indagato. d. Energia di produzione ( fuel production ): rappresenta infine l'energia che viene utilizzata dalle industrie produttrici dei combustibili per l'estrazione dei combustibili primari dalla terra, il loro trattamento e il loro recapito presso il consumatore nonché per la produzione dell'energia feedstock. Dipende dal mix energetico della nazione considerata. Effettuando un bilancio energetico associato al sistema discarica è necessario prendere in considerazione anche l energia feedstock associata ai rifiuti smaltiti. Con feedstock si intende di solito il potenziale calorifico dei materiali input del sistema, facendo convenzionalmente riferimento al loro potere calorifico superiore. Partendo quindi dalla composizione chimica dei materiali e dalle caratteristiche merceologiche dei rifiuti (% in peso tal quale) smaltiti in discarica, è quindi possibile valutare il potere calorifico superiore dei rifiuti che è dell ordine di grandezza di 10 MJ/kg.

8 LCA e Realtà Ligure

9 ACAM SpA: : discarica di Val Bosca L'Azienda Consorzio Acqua Metano (ACAM) nasce nel ACAM S.p.A. è presente con i suoi servizi in 29 Comuni, con un bacino di utenza di abitanti. Il Gruppo ACAM si configura come una Multiutility in grado di operare in diversi settori strategici: ciclo integrale dell'acqua; servizi energetici; produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e non; ciclo integrale dei rifiuti; telecomunicazioni. All interno dei servizi ambientali, ACAM svolge il servizio di raccolta rifiuti solidi urbani e la gestione di discarica controllate tra cui la discarica di Val Bosca (SP). Il servizio interessa circa il 90% dei rifiuti solidi urbani e speciali assimilabili agli urbani (prodotti nella Provincia della Spezia.

10 IDREDIL Srl: : discarica di Collette Ozotto La Società IDROEDIL Srl si inserisce all interno delle attività di smaltimento rifiuti della Provincia di Imperia occupandosi della costruzione e della gestione della discarica di Collette Ozotto (Bussana di Sanremo). La società copre con il proprio servizio circa il 70% della totalità dei rifiuti della Provincia di Imperia ed è presente su un territorio che coinvolge 27 Comuni diversi ed un bacino d utenza di circa abitanti. Oltre ad i servizi di smaltimento rifiuti, IDROEDIL Srl rappresenta un punto di riferimento nella Provincia anche per interventi in campo dell edilizia, della floricoltura ed in opere pubbliche.

11 ECOSAVONA Srl: : discarica del Boscaccio La società ECOSAVONA Srl, opera nel settore dei rifiuti solidi urbani e dei rifiuti speciali assimilabili agli urbani. L area in cui è situata la discarica è di proprietà del Comune di Vado Ligure. Tramite una convenzione stipulata nel 1992 tra il Comune di Vado Ligure e la società Ecosavona S.r.l. la gestione della discarica del Boscaccio è stata affidata a quest ultima. L impianto oltre ad essere asservito ad una parte di Comuni di ambito (19 comuni, tutti della Provincia di Savona, per un bacino totale di utenza di circa abitanti) gestisce i rifiuti assimilabili prodotti da ditte ubicate in prevalenza nella provincia di Savona. Il servizio interessa circa il 25% dei rifiuti prodotti nella Provincia di Savona.

12 Provincia di Savona: Piano di gestione integrata Situazione attuale Provincia di Savona: t annue 95% smaltito in discarica Modelli proposti dal Piano di Gestione integrata dei Rifiuti della Provincia di Savona: MODELLO 1: RACCOLTA DIFFERENZIATA al 35%. Sistema di raccolta differenziata con riciclo e compostaggio, senza ulteriori trattamenti impiantistici del rifiuto residuo che viene destinato a discarica. Incompatibile con le prescrizioni del Dlgs 22/97 (che prevede il pretrattamento del rifiuto a discarica) ed in contrasto con il Piano Regionale. MODELLO 2: TRATTAMENTI A FREDDO (RD al 35%). Sistema di raccolta differenziata con riciclo e compostaggio più il trattamento meccanico e biologico del rifiuto residuo con recupero della frazione organica stabilizzata con smaltimento a discarica della frazione secca. Compatibile con il Dlgs 22/97, ma in contrasto col Piano Regionale (che prevede il trattamento termico). MODELLO 3: SISTEMA INTEGRATO (R.D. al 35%). Sistema di raccolta differenziato, con riciclaggio e compostaggio il trattamento meccanico-biologico del rifiuto residuo con recupero della frazione organica stabilizzata e il recupero energetico della frazione secca. Compatibile con il Dlgs 22/97 e con le previsioni del Piano Regionale. MODELLO 3 bis: INCENERIMENTO DEL TAL QUALE (RD al 35%). Sistema di raccolta differenziata con riciclaggio e compostaggio ma con il trattamento termico dell intera massa di rifiuto residuo. Compatibile con il Dlgs 22/97, ma non col Piano Regionale (che prevede comunque una selezione preliminare del rifiuto residuo).

13 Smaltimento RSU in discarica: Confini del Sistema Confini del Sistema Per tutte le fasi in figura, si valutano le emissioni dirette in aria e in acqua dalla discarica durante l esercizio e la post chiusura per un determinato periodo di tempo. Inoltre si quantificano i consumi di energia, trasporti e materiali per l infrastruttura. Fase Trasporto Fase Discarica Raccolta rifiuti Costruzione discarica Energia, Risorse Trasporto rifiuti (Trasporto) Gestione discarica (Trasporto) (Trasporto) Gestione percolato Gestione biogas Effluenti liquidi Rifiuti Emissioni in aria Energia prodotta Energia persa (torcia, ) Energia, Risorse Post-chiusura Energia, Risorse Fase di Produzione Fase di Fine Vita

14 Stima produzione teorica di biogas: Modello di Andreottola-Cossu 22% 20% Quantità Rifiuti (t) % 2% % 3% % % ORGANICO CARTA/CARTONE PLASTICA TESSILE LEGNO METALLI VETRO SOTTOVAGLIO Stima della produzione teorica di biogas Ripartizione Discarica tra le frazioni di Val Bosca biodegradabili Rifiuti rap. biodegradabili 8,00E+06 8,E+06 7,00E+06 7,E+06 Rifiuti mediam. biodegradabili 6,00E+06 6,E+06 Nmc 5,00E+06 5,E+06 4,00E+06 4,E+06 3,00E+06 3,E+06 Rifiuti lent. biodegradabili Rifiuti non biodegradabili rap. bio. med.bio lent. bio 2,00E+06 2,E+06 1,00E+06 1,E+06 0,00E+00 0,E Tempo Anno (anni)

15 Smaltimento RSU in discarica: Risultati EP POCP AP EP = Eutrofizzazione POCP = Ossidanti fotochimici AP = Acidificazione ODP = Ozono stratosferico GWP = Cambiamenti climatici ODP GWP 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% TRASPORTO GESTIONE PERCOLATO BIOGAS La fase TRASPORTO presenta un impatto in tutte le categorie considerate. La fase BIOGAS è principale responsabile delle categorie GWP, AP ed EP. La fase DISCARICA presenta un impatto in tutte le categorie considerate. La fase PERCOLATO presenta un impatto significativo nella sola categoria EP.

16 Smaltimento RSU in discarica: Risultati Effetto Serra GWP Fase Discarica Macchinari per la compattazione del rifiuto GWP fonte fossile GWP fonte biologica 40 - Pre-trattamento rifiuto attraverso compostaggio aerobico (cumuli ricoperti da teli di carbone attivo) kg CO Macchinari per la compattazione del rifiuto - Consumo elettrico biocelle - Pre-trattamento rifiuto attraverso compostaggio aerobico (biocelle) - Macchinari per la compattazione del rifiuto - No pretrattamento 0 Caso Studio I Caso Studio II Caso Studio III

17 Smaltimento RSU in discarica: Risultati Effetto Serra GWP fonte fossile GWP fonte biologica 80% Biogas in torcia 20% motore generazione elettrica - Consumi elettrici - Emissioni torcia/motore GWP Fase Biogas 100% Biogas in torcia - Consumi elettrici - Emissioni torcia 100% motore generazione elettrica - Consumi elettrici - Emissioni motore kg CO Captazione 92% biogas - Biogas perso in atmosfera Captazione 70% biogas - Biogas perso in atmosfera Captazione 70% biogas - Biogas perso in atmosfera 0 Caso Studio I Caso Studio II Caso Studio III

18 Smaltimento RSU in discarica: Risultati Eutrofizzazione EP Fase Percolato Percolato trattato in situ in un impianto di Osmosi Inversa ed Ultrafiltrazione - Consumi elettrici impianto - Trasporto concentrato - Trattamento concentrato in impianto di depurazione acque Percolato inviato all'esterno - Consumi elettrici pompaggio - Trasporto - Trattamento in impianto di depurazione acque 1,20 1,00 Percolato riciclato sul corpo di discarica - Consumi elettrici pompaggio 0,80 kg O 2 0,60 0,40 0,20 0,00 Caso Studio I Caso Studio II Caso Studio III

19 Trattamento biologico RSU: Confini del Sistema Raccolta RSU FASE DI PRODUZIONE Trasporto RSU Separazione secco/umido Umido Fermentazione umido; Maturazione; Raffinazione Biofiltro Trattamento Acque di scarico Secco Scarti Scarti, Compost perdite grigio FASE D USO Acque Fanghi

20 Termovalorizzazione rifiuto: Confini del Sistema Produzione CDR Costruzione inceneritore Sistemi di abbattimento Fumi GENERAZIONE Trasporto Combustione Trasporto Recupero/ CDR Smaltimento Ceneri, scorie Rilasci Vapore Recupero energetico Trattamento Acque di scarico 1 kwh el prodotto netto Acque Fanghi 1 kwh el distribuito alla rete DISTRIBUZIONE

21 Piano di Gestione dei Rifiuti di SV: Modello 3 Perdite t RSU RSU t t RD totale t Compostaggio Compostaggio t t Riciclo Riciclo t t Scarti t Scarti t Compost Compost t t Recupero Recupero t t FOS FOS t t Stabilizzazione Stabilizzazione Perdite t Umido Scarti 8906 t Residuo RSU t Trattamento Trattamento Mecc-Biol Mecc-Biol t Secco Incenerito t t Scarti t Incenerimento Incenerimento termovalorizzazione termovalorizzazione Stradali t Discarica Discarica t t Scorie e ceneri t

22 Modello 3: Confronto Tecnologie di Trattamento Rifiuti Il Modello 3 risulta essere quello potenzialmente meno impattante. Infatti, pur comprendendo il maggior numero di impianti, esso include sia gli effetti positivi dovuti alla produzione di energia elettrica evitata, che alla produzione di fertilizzante evitata. Si è quindi applicata la metodologia LCA a tale modello per valutare il contributo delle singole tecnologie all interno dello stesso. Dai risultati ottenuti risulta evidente l apporto positivo dei processi di incenerimento e compostaggio per ODP, AP, POCP, EP e per il Consumo di Risorse. Confronto Confronto Discarica Discarica Compostaggio Compostaggio Incenerimento Incenerimento Modello Modello 3 Piano 3 Savona Piano Savona Impatti Impatti Evitati Evitati 100% 90% 80% 80% 70% 60% 60% 50% 40% 40% 30% 20% 20% 10% 0% 0% -10% -20% -20% -30% -40% -40% -50% -60% -60% -70% -80% -80% -90% -100% -100% Altro Consumo Altro Elettr. Separazione Stabilizzazione Consumo Elettrico Sep. Mecc. Riciclo Stabilizzazione Incenerimento Riciclo Compostaggio Incenerimento Discarica Compostaggio Discarica Produzione GWP di Rifiuti Consumo ODP d'acqua Ris. AP Non Rinn. Ris. Non POCP Rinn. con Ris. Rinn. EP con (kg) (kg) senza contenuto contenuto contenuto Energetico (kg) Energetico (MJ) Energetico (MJ)

23 Considerazioni Finali L applicazione dell LCA alla gestione dei rifiuti presenta degli aspetti metodologici specifici che devono essere definiti in funzione dell obiettivo dello studio. Importanti aspetti da considerare sono ad esempio l intervallo di tempo, i confini del sistema ed il tipo di decisioni devono derivare dall LCA. Se lo studio LCA viene effettuato per ottenere una certificazione di terza parte orientata al servizio svolto o al prodotto (ad esempio la Dichiarazione Ambientale di Prodotto, EPD), non possono essere utilizzati i confini ampliati per evitare l allocazione perché si perderebbe l informazione sul prodotto o servizio. In questo caso, se sono presenti materiali soggetti a riciclo non deve essere considerata la loro vita futura. Se lo scopo dello studio LCA è quello di effettuare dei confronti tra sistemi alternativi di smaltimento rifiuti, possono essere utilizzati i confini ampliati ad esempio considerando che impatti che si eviterebbero producendo energia o fertilizzanti attraverso il trattamento dei rifiuti.