LCA dei mattoni in terra cruda

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1 Preparazione di una scheda ambientale per Fornace Brioni Srl Documento interno Leo Breedveld 2B 28 marzo B Consulenza Ambientale di Leo Breedveld Codice fiscale: BRDLLH66L27Z126C Partita IVA: Via della Chiesa Campocroce 4/D Mogliano Veneto - TV Italia Tel: fax: breedveld@to-be.it website:

2 Indice 1. Introduzione... 3 Laterizi Brioni srl: l azienda, il prodotto e lo scopo... 3 Metodologia LCA Definizione degli obiettivi e campo di applicazione... 5 Descrizione delle materie prime e il processo produttivo... 5 Unità funzionale e confini del sistema... 6 Fonti di dati per l inventario... 6 Allocazione e revisione critica... 7 Semplificazioni nella LCA Analisi dell inventario Valutazione dell impatto Caratterizzazione Normalizzazione Interpretazione Bibliografia B Leo Breedveld 2 Fornace Brioni Srl

3 1. Introduzione La ditta Laterizi Brioni srl ha preso l iniziativa di svolgere uno studio di Life Cycle Assessment (LCA) dei mattoni in terra cruda con lo scopo di stimolare il miglioramento ambientale e di preparare e documentare le informazioni necessarie per una scheda ambientale di prodotto. Nello specifico, la LCA è una tappa obbligatoria per la stesura della scheda ambientale di prodotto, che verrà presentata ad un progetto della Regione delle Marche su Strumenti per la promozione della sostenibilità nel campo edilizio: banca dati dei materiali di riferimento per costruzioni ad elevata prestazione ambientale. Prima dell invio della scheda ambientale di prodotto, è prevista una revisione critica della LCA da parte di un ente di ricerca di prestigio a livello nazionale (CNR-ITC). Un eventuale passo successivo potrebbe essere l applicazione di una Dichiarazione Ambientale di Prodotto (DAP, in inglese Environmental Product Declaration - EPD). Attualmente, un sistema EPD adeguato sarebbe il Swedish Environmental Management Council (SEMC). Il SEMC, che gestisce internazionalmente il sistema EPD svedese, ha già pubblicato i PCR (Product Category Rules - Requisiti Specifici di Prodotto) per il gruppo di prodotto dei mattoni: Clay Construction Products [1]. Con la LCA, la scheda ambientale di prodotto ed eventualmente lo strumento EPD, l azienda ha scelto di rendere pubblico il proprio impatto ambientale attraverso una comunicazione trasparente e credibile. Laterizi Brioni srl: l azienda, il prodotto e lo scopo La Laterizi Brioni, ad oggi certificata ISO 14001, è una realtà produttiva che offre soluzioni per pavimentazioni di pregio in cotto tradizionale e pezzi speciali rigorosamente confezionati a mano. In ragione di questa grande attenzione al materiale ed in virtù della profonda conoscenza della terra, ha deciso di avviare una produzione di elementi in terra cruda, da commercializzarsi secondo sistemi e soluzioni costruttive ideate e progettate ad hoc in risposta alle attuali istanze dell edilizia bioecologica: la nuova Linea interra [2]. Il prodotto oggetto di valutazione è il mattone pesante in terra cruda della linea interra. Diverse sono le soluzioni e prestazioni per cui può essere utilizzato: accumulo termico, massa acustica, appesantimento, termo-igroregolazione. Altri prodotti della stessa gamma, i mattoni semipesante e leggero, nonché malta, intonaci, e tavelle in crudo, diversi fra loro per quantità dei componenti, verranno analizzati in uno studio successivo. Lo studio intrapreso, quindi, mira a quantificare gli impatti ambientali associati alle fasi di produzione e d estrazione delle materie prime, attraverso la LCA, nonché la valutazione delle fasi d imballaggio, uso e fine vita del mattone crudo (pesante) della linea interra. L indagine, condotta attraverso una serie d incontri e momenti di confronto tesi alla raccolta dei dati d input, è stata elaborata attraverso il software SimaPro 7 [3]. L obiettivo ultimo è quello di predisporre, attraverso i risultati dello studio di LCA, tutta la documentazione necessaria per la scheda ambientale di prodotto. L obiettivo successivo potrebbe essere l applicazione dell EPD. 2B Leo Breedveld 3 Fornace Brioni Srl

4 Metodologia LCA Lo svolgimento dello studio di LCA dei mattoni in terra cruda segue le norme ISO su life cycle assessment (ISO series 14040/14044) [4-5], le regole metodologiche del progetto della Regione delle Marche e le PCR specifiche [1]. La struttura della LCA è sintetizzabile in quattro fasi principali: 1. Definizione dell obiettivo e campo di applicazione: fase preliminare in cui vengono definiti le finalità dello studio, l unità funzionale, i confini del sistema studiato, il fabbisogno di dati, le assunzioni e le considerazioni sulla revisione critica ( 2); 2. Analisi dell inventario: fase che comprende la quantificazione dei flussi in entrata e in uscita per tutti i processi della LCA, la raccolta dei dati ( 3); 3. Valutazione dell impatto: fase che aggrega i risultati dell inventario con modelli scientifici in un certo numero di potenziali impatti ambientali ( 4); 4. Interpretazione: fase nella quale i risultati della LCA vengono interpretati al fine di ricavare conclusioni e raccomandazioni ( 5). 2B Leo Breedveld 4 Fornace Brioni Srl

5 2. Definizione degli obiettivi e campo di applicazione Obiettivo della LCA dei mattoni in terra cruda presso Brioni è valutare l impatto ambientale del prodotto lungo l intero ciclo di vita, analizzando quindi ogni singola fase del ciclo di vita dei mattoni, dalle materie prime allo smaltimento del prodotto. Oggetto principale della LCA è valutare il carico ambientale della produzione di mattoni in terra cruda e la preparazione della documentazione per la scheda ambientale di prodotto. Descrizione delle materie prime e il processo produttivo Le materie prime sono: argilla, fibra vegetale e acqua, con netta preponderanza del materiale terra (argilla). Quest ultima è approvvigionata da cava di proprietà sita in golena di Po. Tutti i materiali hanno provenienza locale; la fibra è il risultato di uno scarto di lavorazione; l acqua è attinta direttamente dal pozzo, sia quella necessaria all impasto, sia quella impiegata per lavare gli stampi; quest ultima viene recuperata e riutilizzata [6]. La terra, una volta cavata, è trasportata in fornace a mezzo autotreno; qui viene scaricata nell area di stoccaggio da cui è direttamente prelevata, dopo essere rimasta a stagionare in cumoli all aria aperta per circa 1 anno, a mezzo di pala gommata, al momento di preparare l impasto. Al medesimo modo anche la fibra è prelevata dal sito di produzione e trasferita nell area di stoccaggio dello stabilimento a mezzo autotreno da cui, successivamente e coerentemente con le dosi previste dalla miscela specifica, è prelevata, sempre con la pala gommata, e buttata nei cassoni dosatori, grazie ai quali vengono formulati i dosaggi per gli impasti e inviate, grazie a dei nastri trasportatori in gomma o ferro, nell impastatore-mescolatore, dove, manualmente, è aggiunta l acqua, attinta dal pozzo di proprietà attraverso specifica pompa. Dall impastatore di prelavorazione l impasto ormai formato con la giusta umidità di lavorazione è convogliato alla formatura, dove, per stampaggio in pasta molle, i mattoni vengono formati in degli stampi multipli che scorrono su nastri. A formatura conclusa gli stampi vanno al lavaggio, mentre i vassoi su cui si trovano i mattoni sono avviati all essiccatoio. L acqua del lavaggio, (sporca di terra e di un residuo di disarmante) è convogliata ad un silos di raccolta e decantazione, che consente un recupero anche della materia prima (terra liquida) che inevitabilmente si sedimenta a fondo silos, da cui, periodicamente, è prelevata e reimmessa nelle vasche di premiscelazione. Una volta in essiccatoio i pianali vi sostano circa 7-10 gg. prima di uscire e venir imbancalati su pallet di legno e avvolti con il termoretraibile. Lo stoccaggio avviene in zona coperta e interna allo stabilimento. Le movimentazioni sono effettuate in parte manualmente e in parte con muletto elettrico. Lo schema raffigurante il processo produttivo dei mattoni in terra cruda e i flussi principali, è stato schematizzato nella Figura 1. 2B Leo Breedveld 5 Fornace Brioni Srl

6 Fig. 1: Diagramma del processo produttivo presso Brioni. Unità funzionale e confini del sistema L unità funzionale presa in esame è la tonnellata di prodotto, l anno di riferimento il 2007, il range temporale ipotizzato per la raccolta dei dati è il mese lavorativo (22 giorni). La produzione mensile di mattoni in terra cruda è pari a 717 tonnellate. I confini del sistema dovrebbero includere in teoria tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto. Nel caso di una LCA di un mattone in terra cruda, i confini non includono la fase d utilizzo dei mattoni (scelta metodologica in linea con il progetto della Regione delle Marche e le PCR del sistema EPD Svedese). I confini del sistema iniziano dall approvvigionamento delle materie prime e il trasporto allo stabilimento Brioni; proseguono con la fase di produzione ed imballaggio, infine si chiudono con la distribuzione del prodotto ai clienti e il fine vita dei mattoni e dell imballaggio. Escluso dai confini del sistema è l uso del mattone. In particolare i confini del sistema includono: approvvigionamento delle materie prime; trasporto allo stabilimento; stoccaggio e movimentazione dei materiali; prelavorazione dell impasto; formatura dei mattoni; essiccazione dei mattoni; recupero degli sfridi (mattoni, impasto, segatura e acqua); imballaggio; distribuzione ai clienti; fine vita del mattone e dell imballo. Fonti di dati per l inventario Gli impatti associati alla fase di produzione vera e propria del mattone crudo sono stati determinati in base ai dati forniti dall azienda, analizzando tutti gli input e gli output relativi ai diversi step del ciclo di lavorazione: energia relativa ai trasporti verso lo stabilimento, movimentazione interna di materiale e prodotto finito, consumi d energia elettrica per pompe e motori, consumi di combustibile. 2B Leo Breedveld 6 Fornace Brioni Srl

7 Nello studio di LCA vengono utilizzate diverse fonti di dati per l inventario. Per gli aspetti più importanti dello studio sono raccolti ed utilizzati dati primari (foreground data), mentre per gli aspetti meno significativi vengono utilizzati dati secondari (background data). Utilizzo e requisiti di qualità dei dati primari: Per tutti i processi svolti nello stabilimento Brioni, quindi tutti i processi gate to gate, vengono raccolti dati primari. Per gli altri processi a monte o a valle della produzione del mattone, quindi non svolti nello stabilimento Brioni, è possibile utilizzare dati secondari; Per il consumo di elettricità vengono utilizzati dati primari raccolti presso lo stabilimento Brioni; per la descrizione del processo relativo all elettricità vengono utilizzati dati del sistema energetico nazionale, come proposto all interno del progetto della Regione delle Marche. L utilizzo dei dati secondari è stato effettuato per i seguenti processi, utilizzando i database Ecoinvent [7]: trasporti, elettricità, movimentazioni e fibra vegetale. Allocazione e revisione critica L allocazione tra co-prodotti viene generalmente evitata tramite l espansione del sistema oppure viene effettuata sulla base del flusso di massa. Nella LCA del mattone in terra cruda non si sono presentate situazioni che hanno richiesto l allocazione di prodotti. Le norme ISO stabiliscono che la revisione critica sia facoltativa per una LCA interna ed obbligatoria quando si effettua un affermazione comparativa pubblicamente divulgata. Per questo studio la revisione critica è prevista quando viene effettuata la validazione della scheda ambientale di prodotto da parte di CNR-ITC. Semplificazioni nella LCA L analisi LCA è stata semplificata con l esclusione della fase d uso. Tale esclusione è giustificata dal fatto che questa fase è difficilmente influenzabile dal produttore (scelta in linea con le PCR); È stato assunto che i beni capitali dell azienda (ad esempio le macchine dell impianto di formatura e gli edifici di Brioni) non apportino un contributo significativo alla valutazione del ciclo di vita, pertanto non vengono considerati nell analisi del sistema di prodotto (scelta in linea con le PCR); Per i processi nello stabilimento Brioni sono stati raccolti dati primari, mentre per gli altri processi sono stati utilizzati dati secondari presenti nei database ecoinvent; Per facilitare i calcoli della LCA e la presentazione dei risultati è stato utilizzato il software LCA SimaPro 7 [3], che contiene alcuni database LCA tra cui ecoinvent. 2B Leo Breedveld 7 Fornace Brioni Srl

8 3. Analisi dell inventario L analisi dei dati che compongono l inventario dello studio di LCA comprende la raccolta delle informazioni e ne costituisce la fase più laboriosa. Per ogni processo che appartiene al sistema di prodotto (come definito nei confini del sistema) vengono raccolti dati sui flussi in entrata e in uscita, ovvero su tutti i consumi di risorse ed energia e su tutte le emissioni nei comparti ambientali aria, acqua e suolo. Per gli aspetti più importanti della LCA del mattone in terra cruda sono stati raccolti e utilizzati dati primari (foreground data), mentre per gli aspetti meno significativi sono stati utilizzati dati secondari tratti da bibliografia e database (background data). L analisi dell inventario segue una procedura iterativa che prevede di iniziare con dati generici e procedere raccogliendo via via tutti i dati specifici. Come primo passo è stata stabilita la produzione mensile presso Brioni. Il risultato del bilancio di massa è visibile nella tabella 1 (prelavorazione dell impasto), nella tabella 2 (formatura) e nella tabella 3 (essiccazione). Inputs Quantità % Provenienza Distanza Argilla 839,762 ton 77,0 Tabellano (MN) 14 km Acqua di pozzo 236,660 ton 21,7 Gonzaga (MN) 0 km Fibra vegetale 14,178 ton 1,3 Dosolo (MN) 22 km Output Quantità % Impasto 1090,6 ton Tabella 1: Bilancio di massa della fase di prelavorazione dell'impasto presso Brioni. Inputs Quantità % Outputs Quantità % Impasto 1090,6 ton 100 Mattoni + riciclo 1079,7 + 10, Disarmante 0,19 ton 0,02 Rifiuti finali 0,19 ton 0,02 Segatura 1,93 ton 0,18 Riciclo + rifiuti 0,88 + 1,05 0,18 Acqua di pozzo 66 ton 6,05 Riciclo acqua 66 ton 6,05 Tabella 2: Bilancio di massa della fase di formatura del mattone presso Brioni. Inputs Quantità % Outputs Quantità % Mattoni formati 1090,6 ton 100 Mattoni 717,17 ton 65, Emissioni in aria 358,79 ton 32, Riciclo impasto 14,64 ton 1,3 Tabella 3: Bilancio di massa della fase di essiccazione del mattone presso Brioni. 2B Leo Breedveld 8 Fornace Brioni Srl

9 Fig. 2: Albero dei processi del ciclo di vita del mattone in terra cruda (esclusione all 1%). 2B Leo Breedveld 9 Fornace Brioni Srl

10 In una seconda fase sono stati inseriti tutti i processi del sistema di prodotto nel software LCA e sono stati aggiunti i dati di consumo e le emissioni per ogni singolo processo. La LCA del mattone in terra cruda presso Brioni contiene in totale 52 processi. L analisi dei processi di lavorazione svolti all interno dello stabilimento Brioni, necessario per la realizzazione dello studio, è stato possibile mediante tre visite all impianto, una serie di incontri presso Brioni e uno scambio di informazioni con i responsabili tecnici dell impianto. Per i dati secondari è stata inoltre utilizzata la banca dati ecoinvent, disponibile nel software utilizzato per i calcoli di LCA. Nella figura 2 viene visualizzato l albero dei processi del ciclo di vita del mattone in terra cruda. Questa rappresentazione può essere letta come un diagramma di flusso che illustra la sequenza delle operazioni unitarie che costituiscono il ciclo di vita, ad ognuna delle quali è associato il relativo contributo rispetto al processo complessivo. Nella figura 2 sono visibili i 22 processi più significativi sul totale dei 52 processi che costituiscono l intero sistema di prodotto. L intero diagramma ad albero comprendente tutti i processi è visualizzato in Allegato 1. I dati sono stati inseriti sulla base dei valori mensili, mentre l impatto ambientale è stato calcolato sulla base dell unità funzionale stabilita in 1 tonnellata di mattoni in terra cruda. Ultimata la raccolta dei dati relativa ad ogni processo del sistema di prodotto, il software LCA permette di calcolare l ecobilancio dei flussi in entrata e in uscita relativo all unità funzionale. Il risultato dell inventario è una tabella, detta tabella dell inventario, che contiene tutti i consumi di risorse ed energia e tutte le emissioni nei comparti aria, acqua e suolo. La tabella dell inventario del presente studio, disponibile nel software LCA utilizzato, riporta tutti i consumi e le emissioni relative all intero ciclo di vita del mattone in terra cruda (666 in totale). 2B Leo Breedveld 10 Fornace Brioni Srl

11 4. Valutazione dell impatto Nella valutazione dell impatto le informazioni ottenute dall analisi dell inventario vengono valutate e aggregate a seconda degli effetti relativi ai diversi temi ambientali, come per esempio l effetto serra. La fase di valutazione dell impatto, come indicato nello standard ISO [4], include i seguenti elementi principali: Caratterizzazione: quantificazione degli impatti ambientali mediante modelli scientifici e fattori di equivalenza riconosciuti a livello internazionale; Normalizzazione: una tecnica opzionale per quantificare il contributo di ciascuna categoria d impatto al problema ambientale a livello regionale o globale; Pesatura: una tecnica opzionale per confrontare l importanza dei singoli effetti ambientali allo scopo di ottenere un singolo indice (effettuata solo nell interpretazione). Caratterizzazione Nella valutazione dell impatto sono stati calcolati i potenziali impatti ambientali del mattone in terra cruda utilizzando il metodo Eco-indicator 99 [8] e il metodo specificato nel progetto delle Marche, che origina principalmente dal metodo CML 2001 [9]. Nel metodo CML le seguenti categorie d impatto sono state selezionate per esprimere l impatto ambientale del mattone in terra cruda: consumo di energia, effetto serra, assottigliamento dello strato di ozono, formazione di smog fotochimico, acidificazione, eutrofizzazione, tossicità umana. Inoltre, dal metodo Eco-indicator 99 è stata aggiunta la categoria d impatto tossicità dell ecosistema. Nella tabella 4 vengono elencati i risultati della caratterizzazione delle sette categorie d impatto del ciclo di vita del mattone. Categoria d impatto Termine in inglese Totale Unità Effetto serra global warming (GWP100) 202 kg CO 2 eq Assottigliamento dello strato di ozono ozone layer depletion 2,19 x 10-5 kg CFC-11 eq Formazione di smog fotochimico photochemical oxidation 0,0186 kg C 2 H 4 eq Acidificazione Acidification 0,592 kg SO 2 eq Eutrofizzazione eutrophication 0,082 kg PO 3-4 eq Tossicità umana human toxicity 25,7 kg 1,4-DB eq Tossicità dell ecosistema ecotoxicity 17,1 PAF m 2 yr Tabella 4: Risultati della caratterizzazione per unità funzionale (1 ton di mattoni). 2B Leo Breedveld 11 Fornace Brioni Srl

12 Normalizzazione Nella normalizzazione sono stati calcolati i potenziali impatti ambientali del mattone in terra cruda utilizzando il metodo specificato nel progetto delle Marche (Figura 3) e il metodo Eco-indicator (Figura 4). Fig. 3: Risultati della normalizzazione (progetto delle Marche). Nella Figura 3, i risultati delle sette categorie d impatto sono stati normalizzati alla situazione europea. Questa analisi ha permesso di valutare l apporto relativo di ogni categoria d impatto ai problemi ambientali europei. Elencandoli in ordine decrescente, questi sono: effetto serra, acidificazione, eutrofizzazione, tossicità dell ecosistema, tossicità umana, formazione di smog fotochimico e assottigliamento dello strato di ozono. Fig. 4: Risultati della normalizzazione (Eco-indicator 99). 2B Leo Breedveld 12 Fornace Brioni Srl

13 La Figura 4 mostra i risultati della normalizzazione mediante il metodo Ecoindicator 99, che consiste in una serie di categorie d impatto più ampia, 11 in totale, ed è per tale motivo più completo. Le 11 categorie d impatto sono qui state aggregate in 3 categorie di danno: danno alla salute umana, danno alla qualità dell ecosistema e danno alle risorse. Si possono notare alcune differenze tra i due metodi, soprattutto relativamente alla definizione delle categorie d impatto. Per entrambi i metodi, la fase di produzione causa il maggior impatto ambientale. 2B Leo Breedveld 13 Fornace Brioni Srl

14 5. Interpretazione L interpretazione è la fase della LCA nella quale i risultati ottenuti nell analisi vengono interpretati per arrivare a conclusioni e raccomandazioni. Nell interpretazione è stata effettuata un analisi di contributo per evidenziare il conconrso dei diversi processi e delle diverse fasi del ciclo di vita all impatto ambientale del mattone in terra cruda. L analisi di contributo permette quindi di evidenziare i processi più rilevanti del sistema di prodotto. Il risultato di tale analisi è espresso con un indice univoco che mostra l impatto ambientale di ogni singolo processo. La Tabella 5 mette a confronto i risultati dell analisi di contributo relativi al metodo Eco-indicator 99 e al metodo descritto nel progetto delle Marche. Come si può vedere, ci sono delle differenze, ma le indicazioni di massima coincidono. Analisi di contributo Metodo delle Marche Eco-indicator 99 Bruciatore + consumo gas 32,0% 42,8% Consumo di elettricità 29,3% 19,7% Trasporto 24,4% 19,6% Argilla 7,2 9,2% Fibra vegetale 0,7% 0,8% Processi rimanenti 6,4% 7,9% Tabella 5: Analisi di contributo dei processi (metodo delle Marche ed Eco-indicator 99). 2B Leo Breedveld 14 Fornace Brioni Srl

15 Bibliografia [1] PCR, 2004: Draft Product Category Rules (PCR) for preparing an Environmental Product Declaration (EPD) for Clay Construction Products. Draft PCR 2004:9, version 1.0, 20 settembre 2004 ( [2] Brioni, 2008: sito internet della Fornace Brioni Srl ( [3] PRé, 2008: Software LCA SimaPro 7.1. PRé Consultants, Olanda ( [4] ISO 14040, 2006: Environmental management Life cycle assessment Principles and framework. CEN, EN ISO 14040:2006 ( [5] ISO 14044, 2006: Environmental management Life cycle assessment Requirements and guidelines. CEN, EN ISO 14044:2006 ( [6] ASPECT, 2008: Valutazione del ciclo di vita dei matoni crudi interra TM della Fornace Brioni. Progetto realizzato nell ambito dell iniziativa comunitaria ASPECT. Provincia di Mantova, 2B, Fornace Brioni Srl ( [7] Ecoinvent, 2007: Database ecoinvent versione 2. Swiss Centre for Life Cycle Assessment, il fornitore del database ecoinvent ( [8] Goedkoop, M & R Spriensma, 2001: The Ecoindicator 99, a damage oriented method for life cycle impact assessment. PRé Consultants, Amersfoort ( [9] Guinèe J, Gorrèe M & Heijungs R, 2001: Handbook on Life Cycle Assessment. Operational Guide to the ISO Standards. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht ( 2B Leo Breedveld 15 Fornace Brioni Srl