Analisi del ciclo di vita della filiera italiana del riciclo di imballaggi in carta e cartone

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1 Dipartimento di Scienze Ambientali SUN Consorzio Nazionale Imballaggi Analisi del ciclo di vita della filiera italiana del riciclo di imballaggi in carta e cartone Prof. Ing. Maria Laura MASTELLONE Prof. Ing. Umberto ARENA Dr. Ing. Floriana PERUGINI Environmental Engineering Group

2 Introduzione L industria cartaria utilizza una grande quantità di fibra vergine e riciclata. In Europa Occidentale si usano circa 30milioni t/anno di fibra riciclata (circa il 45% del totale delle fibre utilizzate per il papermaking). La frazione di fibra riciclata è particolarmente alta nel caso di giornali (49%), carte per uso igienico (67%), carte da copertina e da onda (86%) e cartoni (52%). L utilizzo della carta da macero è particolarmente importante per i Paesi che non producono pasta di carta da fibra vergine. In Italia l impiego della carta da macero ha raggiunto nel 2002 i 5.2 milioni di tonnellate, con un tasso di utilizzo pari al 56%.

3 Utilizzo delle fibre vergini e riciclate nell industria cartaria Fibra vergine Carta recuperata Stabilimento per pasta kraft (integrato o non integrato) Stabilimento per pasta solfito (integrato) Stabilimento per pasta meccanica (integrato o non integrato) Stabilimento integrato con deinchiostraggio Stabilimento integrato senza deinchiostraggio pasta e carta sbiancata pasta e carta non-sbiancata carta sbiancata pasta chemio-termo meccanica (non int.) giornali, carta leggera patinata (int.) giornali, carta (patinata e non) da stampa e scrittura, carta da imballaggio, cartone da imballaggio, carte da copertina e da onda, carta per usi igienici, carta speciale carta da stampa carta per usi igienici... carte da copertina e da onda cartone ondulato medio...

4 Life Cycle Assessment Il Conventional (or Engineering) LCA è una tecnica che permette di valutare i carichi ambientali associati a un prodotto, processo o servizio identificando e quantificando i flussi di materia e di energia utilizzati e i rifiuti rilasciati nell ambiente. Uno dei principali impieghi del LCA è proprio la sua applicazione ad un sistema di gestione di rifiuti, in quanto consente di passare da una generica affermazione sulla validità ambientale di un particolare processo di riciclo o di smaltimento alla quantificazione oggettiva e verificabile del suo (eventuale) vantaggio ambientale.

5 Scopo dello studio Valutare le prestazioni ambientali della filiera italiana del riciclo degli imballaggi in carta e cartone provenienti dalla raccolta differenziata, da suolo pubblico e privato. Confrontare le prestazioni ambientali di tre differenti scenari di gestione dei rifiuti da imballaggio cellulosico: 1. Conferimento a discarica 2. Riciclo 3. Termovalorizzazione

6 L oggetto dello studio è la gestione dei rifiuti a base cellulosica per la produzione di carte per imballaggi sul territorio nazionale. In particolare, sono stati quantificati i consumi di materia e di energia nonché gli impatti sull ambiente dell intera filiera del riciclo (raccolta + selezione + riprocessazione) mirata al downcycling. L unità funzionale è la gestione di una fissata quantità di rifiuto cartaceo, sufficiente a produrre 1t di carta da imballaggio.

7 Confini del sistema Input dal Background System combustibili (metano, gasolio) Confini del Foreground System Rifiuti di carta e cartone da imballaggio Raccolta da suolo pubblico Raccolta da suolo privato Emissioni in aria Acqua Scarti Selezione Emissioni in aria Materie ausiliarie (additivi per la produzione di fibra riciclata) Energia elettrica dalla rete italiana Scarto di pulper Ceneri Discarica Combustione Riprocessazione Emissioni in aria e in acqua Emissioni in aria e in acqua Emissioni in aria e in acqua Trasporti Emissioni in aria Energia Elettrica Carta Riciclata

8 Metodo di espansione del sistema DISCARICA RICICLO COMBUSTIONE 1.17t di rifiuto di carta e cartone da imballaggio 1.17t di rifiuto di carta e cartone da imballaggio 1.17t di rifiuto di carta e cartone da imballaggio Combustione Carichi ambientali evitati dovuti a 0.35MJ di energia elettrica dovuti alla combustione di biogas Carichi ambientali evitati dovuti a 0.40MJ di energia elettrica provaniente dagli scarti degli stabilimenti di produzione di fibra riciclata e 0.02MJ di energia elettrica dovuti alla combustione di biogas Carichi ambientali evitati dovuti a 4.29MJ di energia elettrica dovuti dalla combustione di biogas 1t di carta vergine da imballaggio 1t di carta riciclata da imballaggio 1t di carta vergine da imballaggio

9 Qualità dei dati L analisi ha impiegato Dati Specifici rilevati durante le visite tecniche agli impianti (condotte dal luglio 2002 al luglio 2003) o desunti da documenti ufficiali delle Aziende coinvolte nell indagine e Dati Generici ricavati dalla Banca dati della Boustead Ltd. Il confronto fra gli scenari è stato sviluppato facendo riferimento ad una carta per imballaggi con proprietà medie tra i prodotti più commercializzati in Italia. Uno studio specifico è stato condotto per definire i carichi ambientali di tale prodotto medio.

10 Localizzazione degli scenari di gestione dei rifiuti Per ogni scenario analizzato i sistemi di gestione dei rifiuti cartacei (discarica, riciclo, termovalorizzazione) sono stati localizzati in Italia. La produzione di fibra vergine è stata localizzata in Svezia, da cui proviene la massima parte della polpa lavorata in Italia. Sono inclusi i carichi relativi al trasporto della fibra vergine da Stoccolma a Rotterdam, in nave, e da Rotterdam all Italia centrale, in treno.

11 Scenario A di gestione dei rifiuti - Discarica Si è scelto di riferirsi a discariche controllate dotate di presidi tecnologici (sottofondo e pareti impermeabili) per le quali: il biogas viene captato con una efficienza del 55% (il 60% è bruciato in motori a gas, con efficienza del 35%, e il restante 40% in torcia a basse emissioni di NO x ); il percolato prodotto (120m 3 N per tonnellata di carta) è trattato in un impianto di depurazione ad osmosi inversa.

12 Scenario B di gestione dei rifiuti - Riciclo Il processo produttivo di carta riciclata varia a seconda del grado del macero utilizzato e del prodotto ( grado di carta ) che si vuole ottenere. I processi che utilizzano fibra recuperata vengono generalmente distinti in due categorie: Processi con lavaggio meccanico e deinchiostrazione, per prodotti up-recycled quali giornali, riviste, carta da stampa, carta patinata cartoncini Processi con solo lavaggio meccanico, per prodotti down-recycled quali carta da copertina, cartone ondulato Tutti i processi mirano a separare le fibre di carta da impurità e contaminanti attraverso la defibrazione e la depastigliatura e ad operare la rimozione finale di tali impurità.

13 Diagramma di flusso del processo di produzione di carta riciclata analizzato nello studio

14 Carichi ambientali diretti in un impianto integrato che usa carta da macero

15 Selezione delle aziende di riferimento Sono state prese a riferimento due cartiere italiane appartenenti ad una multinazionale leader nel settore, sulla base delle seguenti considerazioni: Producono carte da imballaggio, con una varietà rappresentativa del mercato italiano Operano con una tecnologia moderna e rappresentativa del settore Appartengono ad una realtà internazionale più ampia

16 Inventario dei carichi diretti L inventario dei carichi diretti, per le carte da imballaggio maggiormente commercializzate, è stato ottenuto procedendo a ritroso e collegando i dati di input dello stadio cartiera con quelli di output degli altri stadi della filiera di riciclo direttamente connessi ad essa. Una volta ricavati i carichi per ciadcun prodotto è stato ricavato un prodotto medio, considerato rappresentativo delle carte per imballaggi down-cycled, utilizzando medie pesate sui prodotti presi a riferimento.

17 Confini del sistema e inventario dei carichi diretti associati alla produzione di 1t di testliner 1

18 Confini del sistema e inventario dei carichi diretti associati alla produzione di 1t di fluting

19 Impatti ambientali - LCA dei prodotti Categoria di impatto Testliner 1 Testliner 3 Whitetestliner b Whitetestliner c Testliner 4 Wellenstoff Medium Fluting Consumo di energia, MJ/t Consumo di petrolio, kg/t Consumo di gas/condensato, kg/t Consumo di carbone, kg/t Consumo di acqua, m 3 /t CO 2 -equivalente, kg/t Emissioni in aria di composti organici, kg/t Emissioni in aria di polveri, kg/t COD, kg/t BOD, kg/t

20 Impatti ambientali - LCA dei prodotti Raccolta differenziata di carta da suolo pubblico e/o privato Riprocessazione Trasporto Selezione Trattamento dei rifiuti Totale Consumo di energia (MJ/tprodotto) Testliner 1 Testliner 3 Whitetestliner b Whitetestliner c Testliner 4 Wellenstoff Medium Fluting

21 Impatti ambientali - LCA dei prodotti Raccolta differenziata di carta da suolo pubblico e/o privato Riprocessazione Trasporto Selezione Trattamento dei rifiuti Totale CO2 equivalente-100 anni (kg/tprodotto) Testliner 1 Testliner 3 Whitetestliner b Whitetestliner c Testliner 4 Wellenstoff Medium Fluting

22 Inventario dei carichi diretti relativi alla produzione di 1t di un prodotto medio ottenuto dalla filiera di riciclo RACCOLTA Raccolta differenziata da suolo pubblico [t] Raccolta differenziata da suolo privato [t] Trasporto - da suolo pubblico [km] - da suolo privato [km] SELEZIONE Macero in ingresso [t] Energia ausiliaria Gasolio [MJ] Energia elettrica [kwh] Residui Scarti [t] TRASPORTO dalla selezione alla cartiera [km] CARTIERA Macero selezionato in ingresso [t] Materie ausiliarie Acqua [m 3 ] 5.81 Chemicals [kg] - cloruro di alluminio - carbonato di calcio - amido Energia ausiliaria Gasolio [MJ] 27 Energia elettrica [kwh] Vapore [t] 0.99 Emissioni Emissioni in aria [g] - polveri - CO - NO x Emissioni in acqua [g] - COD - BOD Residui Scarti [t] (50% a discarica- 50% a termovalorizzazione) Prodotti Carte da imballaggio [t] 1 Energia elettrica da combustione di biogas [kwh] 11.75

23 Confronto tra i dati misurati e quelli EIPPC Fluting Cartiera #1 Cartiera #2 Dati BREF-EIPPC CONSUMI Macero 1156 kg/t 1223 kg/t 1100 kg/t Energia E. acquistata 1.46 GJ/t 1.51 GJ/t 1.45 GJ/t Energia E. autoprodotta GJ/t Energia termica 3.9 GJ/t 4.2 GJ/t 8 GJ/t Acqua 8.9 m 3 /t 6.1 m 3 /t 1-13 m 3 /t Chemicals: - antischiuma - ritentivi - amido 0.2 kg/t 0.6 kg/t 4.16 kg/t 0.3 kg/t 0.6 kg/t 3.5 kg/t kg/t kg/t kg/t EMISSIONI Rifiuti solidi 84 kg/t 117 kg/t kg/t Scarico d acqua 7.66 m 3 /t 5.47 m 3 /t 3 11 m 3 /t Emissioni in acqua: - BOD 5 - COD - TSS Emissioni in aria: - CO 2 rigenerativo - - CO 2 fossile mg/l 50.2 mg/l 8 mg/l 33 mg/l mg/l 49.3 mg/l - 11 kg/t 3 28 mg/l mg/l mg/l kg/t 0 15 kg/t

24 Scenario C di gestione dei rifiuti -Termovalorizzazione Lo scenario include la combustione, in impianti dedicati, di 1.17t di rifiuto cartaceo raccolto (PCI di 13MJ/t) e la produzione di 1t di fibra vergine in Svezia. La combustione avviene in un forno a griglia mobile, la sezione di recupero ha un efficienza del 28%, la sezione di depurazione dei fumi è costituita da uno scrubber per il trattamento dei gas acidi, un filtro a manica e un sistema a riduzione catalitica per l abbattimento degli NO x. I valori finali delle emissioni sono stati definiti sulla base delle prestazioni degli impianti esistenti e dei limiti di legge.

25 Impatti Ambientali- LCA degli scenari di gestione Il confronto ambientale tra diversi scenari di gestione del rifiuto cartaceo raccolto è fortemente condizionato dal consumo di energia e dall effetto serra. Sono quindi cruciali le differenze tra le fonti primarie per produrre energia elettrica utilizzate in Italia e in Svezia. Elettricità in Svezia Altre fonti 3% Carbone 7% Olio 6% Gas 1% Idroelettrico 9% Nucleare 10% Elettricità in Italia Altre fonti 2% Carbone 11% Idroelettrico 21% Nucleare 62% Gas 22% Olio 46% Mix energetici

26 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione Consumo di energia (MJ/t) Raccolta Produzione di carta vergine o riciclata Discarica Recupero di energia Trasporto Totale Discarica Riciclo Combustione

27 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione Consumo di energia: fonti primarie (MJ/t) Carbone Olio Gas Idroelettrica Nucleare Altro Totale Discarica Riciclo Combustione

28 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione Consumo di acqua (kg/t) Acqua di processo Acqua di raffreddamento Totale Discarica Riciclo Combustione

29 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione 1200 CO2-equivalente (kg/t) Discarica Riciclo Combustione 620 Raccolta Produzione di carta vergine o riciclata Discarica Recupero di energia Trasporto Totale -1160

30 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione SO2-equivalente (g/t) Raccolta Produzione di carta vergine o riciclata Discarica Recupero di energia Trasporto Totale Discarica Riciclo Combustione

31 Emissioni in aria (g/t) COVNM Polveri Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione Discarica Riciclo Combustione Emissioni in acqua (g/t) COD BOD Solidi Sospesi Cl Discarica Riciclo Combustione

32 Impatti ambientali- LCA degli scenari di gestione Produzione di rifiuti solidi (kg/t) Rifiuti cartacei raccolti Scarti dai processi di riciclo Scarti dai processi di produzione di carta vergine Ceneri da incenerimento Rifiuti dai processi collegati Totale 0 Discarica Riciclo Combustione

33 Impatti ambientali- Risultati globali Categoria di impatto Discarica Riciclo Combustione Consumo di energia, MJ/t Consumo di petrolio, kg/t Consumo di acqua, kg/t CO 2 -equivalente, kg/t Emissioni in aria di composti organici, g/t Emissioni in aria di polveri, g/t SO 2 -equivalente, g/t Emissioni in acqua di solidi sospesi, g/t Rifiuti solidi, kg/t

34 Conclusioni Il recupero di energia dai rifiuti in carta e cartone è certamente preferibile rispetto alla soluzione smaltimento in discarica e, spesso, anche rispetto a quella del riciclo; Lo scenario recupero energetico è sempre preferibile in termini di consumo di risorse non rinnovabili e di emissione di gas serra;

35 Conclusioni Lo studio effettuato tiene esplicitamente in conto le differenze tra il background energetico del Paese dove le fibre vergini di cellulosa sono prodotte (la Svezia) e quello del Paese dove la carta è utilizzata e il relativo rifiuto è prodotto (l Italia). I vantaggi ambientali dello scenario recupero energetico sono consistenti perché il produttore primario ha un settore energetico dominato da sorgenti a basso consumo di carbonio, mentre il rifiuto si produce in un Paese, l Italia, con settore energetico dominato da fonti carbonio-intensive.

36 Conclusioni L analisi presentata quantifica i vantaggi di convertire il legno in carta in un economia a basso consumo di carbonio, e poi di utilizzare la carta da rifiuti post-consumo come sorgente energetica in un economia carbonio intensiva. La relativa trascurabilità delle emissioni da trasporto conferma che il commercio internazionale di bio-materiali, grezzi o processati (come la carta), può tradursi in vantaggi ambientali consistenti.

37 Analisi di sensitività L analisi di sensitività è stata utilizzata per: verificare il peso dell ipotesi più importante dello studio relativa allo localizzazione dei processi di riciclo in (Italia) e di quelli di produzione della fibra vergine (in Svezia). In particolare, è stato trasformato il mix energetico italiano fino a farlo coincidere con quello svedese; valutare il miglioramento delle prestazioni ambientali dello scenario di riciclo in seguito ad un possibile cambio gestionale della filiera che prevede la combustione della totalità degli scarti prodotti in cartiera (anziché del solo 50%) e in seguito al ricorso, da parte della cartiera, ad un ciclo chiuso dell acqua.

38 Analisi di sensitività- effetto del mix energetico nazionale Consumo di energia (MJ/t) Raccolta Produzione di carta o riprocessazione Discarica Processo di recupero di energia Trasporto Totale Discarica Riciclo Recupero energetico Consumo di energiafonti primarie Consumo di energia: fonti primarie (MJ/t) Consumo di energia Carbone Olio Gas Idroelettrica Nucleare Altro Totale Discarica Riciclo Recupero energetico

39 Analisi di sensitività- effetto del mix energetico nazionale CO2-equivalente (kg/t) Mix Italiano Mix Svedese Discarica Riciclo Recupero energetico

40 Analisi di sensitività- effetto della destinazione dei rifiuti in cartiera Riciclo Scenario Scenario modificato Cartiera Scarti a discarica t 0 Scarti a recupero di energia t 0.13 t Indicatore ambientale Scenario Scenario modificato Variazione (%) Consumo di energia 9667 MJ 8950 MJ 7 Consumo di risorse Emissioni in aria Olio grezzo 77 kg 66 kg 14 Gas/condensato 56 kg 52 kg 7 Carbone 39 kg 35 kg 10 CO 2 -equivalente (100 anni) 620 kg 577 kg 7 SO 2 -equivalente 6.92 kg 5.95 kg 14 Polveri 0.64 kg 0.62 kg 3 Rifiuti solidi 140 kg 81 kg 42

41 Analisi di sensitività- effetto dell applicazione del ciclo chiuso delle acque alla fase di rilavorazione Riciclo Scenario Scenario modificato Cartiera Utilizzo di acqua 5.81 t t Indicatore ambientale Scenario Scenario modificato Variazione (%) Scarico di acqua 4.9 kg 0.49 kg 90 Emissioni in acqua COD 0.7 kg 0.09 kg 87 BOD 0.2 kg 0.07 kg 65 Cl kg 1.2 kg 67 Solidi sospesi 1.5 kg 1.3 kg 13