Valutazione del ciclo di vita LCA. Piercarlo Romagnoni Università IUAV di Venezia Dorsoduro 2206

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1 Valutazione del ciclo di vita LCA Piercarlo Romagnoni Università IUAV di Venezia Dorsoduro 2206

2 Life Cycle Analysis UNI EN ISO : LCA è un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici e ambientali relativi ad un processo o ad un attività effettuato attraverso l identificazione dell energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati in ambiente. La valutazione include l intero ciclo di vita del processo o attività, comprendendo l estrazione e il trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l uso, il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale. Definizione degli obiettivi e dei limiti della valutazione Analisi di inventario (identificazione e misure dei processi di impatto) Valutazione di impatto: utilizzando i risultati della precedente analisi, si valuta il rilievo dei potenziali di impatto ambientale Interpretazione e migliorie: miglioramento delle prestazioni delle diverse attività

3 Confini temporali I confini temporali individuano l intervallo temporale nel quale i potenziali impatti del prodotto oppure del servizio sono valutati. Inoltre, alcuni parametri del sistema possono evolvere nel tempo e pertanto diviene necessario mediarli in un intervallo temporale definito. Ad esempio, il sistema discarica coinvolge processi chimicofisici, biologici che variano nel tempo e pertanto gli impatti che ne derivano dipendono dalla scala temporale. Per affrontare questa situazione si potrebbe indagare le emissioni in tre orizzonti temporali: 20 anni (decomposizione attiva), 100 anni (periodo intermedio in cui ricade la responsabilità di una generazione), 500 anni (emissioni di lungo periodo).

4 Prima Fase: definizione degli scopi Una LCA deve essere preceduta da una esplicita dichiarazione degli obiettivi e delle finalità dello studio Scelta ipotesi di lavoro Ipotesi di ampiezza del ciclo di vita Alternative Integrazione con aspetti non ambientali Qualità dei dati Finalità ricerca & sviluppo; green marketing; eco design (progettazione eco-compatibile)

5 Prima Fase: definizione degli scopi Definizione del sistema Sistema è un qualsiasi insieme di dispositivi che realizzano una o più precise operazioni industriali aventi una determinata funzione. E delimitato da appropriati confini fisici rispetto al sistma ambiente e con questo scambia una serie di input ed output. INPUT OUTPUT Combustibili Energia Materie prime sistema Calore disperso Emissioni in aria Emissioni in acqua Rifiuti solidi Non esistono prodotti utili ma solamente sostanze reflue

6 Prima Fase: definizione degli scopi Definizione dell unità funzionale. E l unità di misura di riferimento; costituisce una misura della prestazione del flusso in uscita del sistema prodotto. La compatibilità dei risultati è particolarmente critica quando si valutano sistemi differenti: ci si deve assicurare che il confronto avvenga su una base analoga. La scelta è arbitraria e dipende dallo scopo per cui sottosistemi e sistema globale sono progettati. Esempio: Funzione di un processo è la produzione di un imballaggio L unità di misura cui riferire le prestazioni è la quantità di imballaggio necessaria per contenere un certo volume di prodotto UNI EN ISO definisce il reference flow come la quantità di bene o di servizio necessario per ottenere l unità funzionale scelta

7 Prima Fase: definizione degli scopi I confini del sistema Costruzione del diagramma di flusso del ciclo produttivo I criteri di scelta devono essere giustificati nel campo di applicazione dello studio Esempio: la produzione dell Alluminio. I 2 sistemi hanno confini diversi Allumina S 1 = 75 MJ 1 kg di Allumino Bauxite S 2 = 155 MJ 1 kg di Allumino

8 Prima Fase: definizione degli scopi Il periodo di riferimento: deve essere preventivamente definito e costituisce un vincolo per la scelta dei confini del sistema Qualità dei dati (analisi di inventario): deve essere qualificata la rappresentatività statistica dei dati sia utilizzando banche dati che software di calcolo (esempio

9 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Un sistema prodotto può essere rappresentato in un modello operativo come una sequenza complessa di operazioni unitarie che comunicano tra loro e con l ambiente attraverso input ed output. Nell Analisi di inventario si procede alla costruzione di un modello analogico della realtà in grado di rappresentare nel modo più fedele possibile tutti gli scambi tra le singole operazioni appartenenti alla catena produttiva (e distruttiva) effettiva

10 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Non sono compresi giudizi circa il significato dei diversi input ovvero sugli effetti che gli input provocano sull ambiente Obiettivo: fornire dati oggettivi Il modello operativo deve poter consentire campagne di simulazione con rapido riscontro dei risultati: la fase di interpretazione e miglioramento costituisce il momento in cui i tentativi per migliorare l impatto ambientale del sistema analizzato passano attraverso una fase di simulazione e riscontro dei risultati per evitare effetti collaterali indesiderati.

11 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario L Inventario del Ciclo di vita deve essere affidabile

12 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario La valutazione della qualità dei dati è un importante fase preparatoria E importante valutare che i diversi settori industriali possono fornire informazioni diverse. Obiettivi: determinazione del grado di dettaglio; verifica che il diagramma di flusso corrisponda al processo reale

13 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Problema: corretta approssimazione del sistema produttivo importanza delle diverse componenti significative necessità di escludere alcuni sottosistemi Il diagramma di flusso può essere utilizzato per questionari riservati agli operatori dell impianto con le specifiche richieste di informazioni Dati raccolti sul campo (primary data) Dati di settore o dati derivati (secondary data)

14 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Banche dati: APME (ecoprofili di materiali plastici) APAT ( Offrono dati aggregati comprendenti la fase di uso, di produzione e trasporto del combustibile consumato, la fase di manutenzione del prodotto Esempio: Emissioni auto media cilindrata (fase di uso) a benzina non catalizzata ciclo extra urbano per 1 km di distanza Fonte NO x [g/(km veh)] CO 2 [g/(km veh)] PM [g/(km veh)] Boustead model V.5 41 g/km APAT 55 g/km 1,79 149,19 0,128 2,46 172,11 0,037

15 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Riassumendo: Dati di sistema sono i dati relativi alle industrie produttrici di energia; sono generalmente a disposizione nel software di calcolo Dati di processo: devo essere trattati per evitare errori L integrazione dei due tipi di dati deve avvenire nel modello di calcolo

16 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Allocazione E utile rendere un sistema industriale come l insieme dei processi che realizzano una o più operazioni aventi una determinata funzione. Per esempio posso prendere in considerazione gli aspetti energetici E 1 E 2 E 3 m 1 m 2 m 3 Dette E 1, E 2, E 3 le energie per unità di output di ogni singola operazione unitaria, m 1, m 2 e m 3 le masse interessate come input/ output delle operazioni del processo, l energia complessiva sarà: E = m 1 E 1 + m 2 E 2 + m 3 E 3

17 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario La maggior parte dei sistemi genera sottoprodotti (o co-prodotti) Una delle prime operazioni da compiere è quella di dividere il sistema in oggetto in sottosistemi ognuno dei quali utilizza o produce un singolo prodotto e tali che, una volta riaggregati, portino ad un sistema di uguali caratteristiche di quello di partenza. E necessario associare i carichi energetici e ambientali ai singoli coprodotti Sistema A Materiali m 1 Energia E 1 Materiali m 2 Energia E 2 Materiali m 3 Energia E 3 Sottosistema 1 Sottosistema 2 Sottosistema 3 Prodotto 1 Rifiuto w 1 Prodotto 2 Rifiuto w 2 Prodotto 3 Rifiuto w 3

18 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario I sistemi di trasporto I trasporti costituiscono un elemento vitale per la maggioranza dei processi industriali e spesso la quantità di energia ad essi legata rappresenta una parte significativa dell energia complessiva del processo in esame Esempio: la frazione di energia corrispondente al trasporto di petrolio greggio trasportato da C.S.I. in Europa contribuisce per circa 1/3 al totale dell energia necessaria per produrre petrolio commerciale dal greggio.

19 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario I sistemi di trasporto Classificazione - contenuto energetico dei combustibili consumati direttamente dal mezzo considerato, più la quota di energia indiretta necessaria a produrre il combustibile; è proporzionale alla distanza di trasporto, dalla portata del mezzo, dal tipo di viaggio, dal manutenzione del veicolo, - energia necessaria alla costruzione ed alla manutenzione del mezzo; è la somma dei diversi fattori relativi ai pneumatici, pezzi di ricambio, ; - energia necessaria a realizzare le infrastrutture per permettere il viaggio del mezzo stesso, dalla costruzione di strade e ferrovie al loro mantenimento

20 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Emissioni: vedi classificazione precedente Fonti: sistemi statistici nazionali APAT CORINAIR manuali operativi delle case costruttrici Unità di misura: energia: CO 2 : Joule per tonnellata km g/veicolo km

21 Seconda Fase: introduzione all Analisi di inventario Trasporti su strada Autocarri e autoarticolati: il consumo dipende dalle condizioni del mezzo, condizioni di guida, percorso, qualità del combustibile, condizioni climatiche, Unità di misura MJ/ (t km): Un autoarticolato con portata massima di 20 t ed un consumo energetico medio di 17 MJ/km a pieno carico avrà un consumo di 0,85 MJ/(t km). Se trasporta solo 10 t, il consumo specifico diviene 1,7 MJ/(t km). L efficienza energetica si persegue cercando di far viaggiare i mezzi a pieno carico In realtà è necessario far variare il valore con un indice che aumenti le prestazioni del veicolo a carico ridotto

22 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario

23 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario Nell analisi della gestione dei materiali a fine vita va fatta un importante distinzione se ci si occupa di scarti di processo o del prodotto oggetto dello studio. Nel caso dei produttori di sfere di acciaio per cuscinetti chi produce le sfere non ha il controllo del prodotto finale Unità di riferimento: è l unità di produzione Benefici: permette di avviare il recupero dei materiali o di produrre flussi di energia

24 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario Quando un bene è giunto al termine della su avita utile, dopo la raccolta, si presentano 3 strade: - recupero di materia; - recupero di energia; - smaltimento in discarica Analisi attenta degli aspetti ambientali e dei benefici Recupero Riciclo = è il processo che permette di riutilizzare del materiale giunto a fine vita per realizzare, dopo opportuno trattamento, il medesimo o un altro prodotto Riuso = è il processo che prevede di riutilizzare lo stesso prodotto dopo un eventuale trattamento di ricondizionamento

25 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario Gestione di fine vita integrata nel sistema di ciclo di vita

26 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario Raccolta e trasporto dei materiali Recupero dei materiali Recupero di energia Termovalorizzazione: combustione del materiale in un impianto che permette il recupero dell energia termica. Occorre prestare attenzione alle componenti inerti

27 Seconda Fase: la gestione di fine vita nell Analisi di inventario Aspetti metodologici Impatti evitati (emissioni di CO 2 ) Emissioni da fonte biologica: la CO2 generata da fonte biologica sarebbe generata comunque, ma occorre osservare la cinetica con cui avvengono i processi: -v 1, assorbimento da parte di biomassa in crescita; -v 2, fossilizzazione della biomassa morta; -v 3, rilascio del carbonio in fase di combustione dei fossili; -v 2, passaggio diretto del carbonio dalla biomassa all atmosfera La piena compatibilità si ottiene se: velocità di crescita = velocità di trasformazione = velocità di consumo In genere: v 3 > (v 1 + v 2 ) v 3, v 2 > v 1 > v 2

28 Seconda Fase: i risultati dell Analisi di inventario I risultati di un inventario di ciclo di vita sono normalmente presentati in sei principali categorie di parametri. - materie prime; - combustibili primari; - feedstock; - rifiuti solidi; - emissioni in acqua; - emissioni in aria

29 Seconda Fase: i risultati dell Analisi di inventario Produzione di 1 kg di LDPE in granulo Energia cumulata

30 Terza Fase: l Analisi degli impatti Le informazioni ottenute dall Analisi di Inventario costituiscono la base di partenza per valutazioni ambientali cui è dedicata la fase della LCA definita Life Cycle Impact Assessment LCIA (ISO 14042)

31 Terza Fase: l Analisi degli impatti Aspetti generali Valutazione appropriata dell inquinamento: - emanazione di sostanze nocive; - diffusione e trasformazione che le sostanze subiscono; - concentrazione o deposizione di inquinanti nel luogo Principali effetti: Effetto serra; Assottigliamento della fascia di ozono; Acidificazione; Eutrofizzazione; Formazione di smog fotochimico; Tossicità per l uomo; consumo di risorse non rinnovabili

32 Terza Fase: l Analisi degli impatti La struttura generale di una LCIA è composta da alcuni elementi obbligatori che convertono i risultati di inventario in opportuni indicatori che possono essere utilizzati direttamente o come base di successive valutazioni Elementi obbligatori: definizione delle categorie di impatto; definizione dei risultati LCI (classificazione); calcolo degli indicatori di categoria Elementi opzionali confronto con un valore di riferimento; raggruppamento; pesatura

33 Terza Fase: l Analisi degli impatti Scelta categorie di impatto Le ipotesi fatte influenzano il calcolo degli indicatori mentre il ricorso a fattori di caratterizzazione di provata valenza scientifica permette di definire un indice oggettivo. La significatività dei risultati diminuisce mano a mano che si passa da scala globale a scala locale Effetti ambientali: GWP a 100 anni, acidificazione potenziale AP, la riduzione dell ozono ODP,

34 Terza Fase: l Analisi degli impatti Classificazione: consiste nell organizzare i dati dell inventario. Una sostanza può dare luogo a più fenomeni di impatto Caratterizzazione (calcolo) Il GWP è misurato dal rapporto che tra il contributo che all assorbimento della radiazione fornisce il rilascio istantaneo di 1 kg di tale sostanza e quello fornito dall emissione di 1 kg di CO 2, valutai entrambi i contributi in T anni di permanenza in atmosfera. Esempio: l emissione di x kg di CO GWP CO = 2 kg CO 2 equivalenti Il risultato complessivo è: GWP = Σ i GWP i Σ j m j

35 Quarta Fase: interpretazione e miglioramento Il miglioramento della produzione richiede un grosso sforzo in fase progettuale e organizzativo. Massimizzazione dell efficienza energetico ambientale Strumento: ISO In questa fase è fondamentale l esperienza del progettista. L approccio è di tipo iterativo: ogni passo sviluppato durante questa fase deve essere riesaminato in un ottica LCA. Lo spettro delle possibili soluzioni viene valutato e classificato a seconda dei rendimenti energetici ed ambientali del ciclo di vita e correlato a indicatori economici e prestazionali

36 Alcune regole 1. Progettare in termini di ciclo di vita: progettare il materiale, l energia per produrlo e la sua tossicità 2. Non sempre i materiali naturali sono i migliori 3. Stimare l energia: 1 kg di plastica necessita da 1,5 a 2,5 kg di petrolio 4. Aumentare il tempo di vita dell oggetto 5. Ottimizzare l uso del materiale 6. Utilizzare materiale riciclato 7. Rendere il prodotto riciclabile

37 Combustione Agente energetico Unità CO 2 g / Unità Olio E-L 1 l 2653,000 Olio M-L 1 kg 3171,576 Coke da petrolio 1 kg 3290,000 Carbon Fossile 1 kg 2641,400 Lignite 1 kg 2090,400 Benzina 1 l 2338,276 Diesel 1 l 2611,416 Gas naturale 1 kwh 198,000 Gas naturale 1 m ,000 Elettricità 1 kwh 0,000

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40 Life Cycle Analysis Produzione di 1 kwh di energia elettrica Elettricità dal gas naturale Emissione Russia Limiti legge Ciclo Combinato* CO 2 742,0 g/kwh 635,0 g/kwh 427,0 g/kwh SO 2 0,35 g/kwh 0,33 g/kwh 0,22 g/kwh NO x 1,24 g/kwh 0,96 g/kwh 0,61 g/kwh CH 4 4,07 g/kwh 3,87 g/kwh 2,60 g/kwh *seguendo prescrizioni di legge

41 Analisi del ciclo di vita del gas naturale CH 4 Tre fasi: produzione trasmissione distribuzione e uso finale Global Warming Potential kg CO 2 eq Acidification Potential kg SO 2eq Ref. 1 kg CO kg SO kg CH 4 = 21 kg CO 2 eq 1 kg NO x = 0,7 kg SO 2

42 Nella produzione di energia elettrica, la fase di generazione di potenza è la più significativa Dai dati dell industria del gas si deduce: Emissioni Ciclo combinato* gas Russia gas Italia [g/kwh] [g/kwh] [g/kwh] NO x 0,61 0,39 0,34 SO 2 0,22 0,04 0,007 CO 2 427,00 383,00 356,00 CH 4 2,60 1,39 0,17

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44 Studio giapponese per rimpiazzare con energie rinnovabili (free CO 2 ) la produzione di energia con combustibili fossili N = n di nuove sorgenti

45 Ambiente & Sicurezza STUDIO CICLO DI VITA

46 Eco-sostenibilità

47 Eco-sostenibilità

48 Eco-sostenibilità Progettare e costruire sostenibile Torino, 3 Febbraio 2011

49 Alcuni possibili argomenti a) il personal computer; b) il telefono cellulare; c) le materie plastiche (es PET); d) Materiale per le costruzioni: il legno; e) Materiale per arredo (mobili); f) Elettrodomestici (es. lavatrice); g) Materiali di consumo (es. penne, matite) h)..