Analisi del ciclo di vita (LCA) Esempio 2

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1 Analisi del ciclo di vita (LCA) Esempio 2 Perché questo studio è stato scelto come esempio? Realizzare un indagine LCA (Life Cycle Analysis analisi del ciclo di vita) è un progetto complesso, che occupa molto tempo. Una presentazione dettagliata del metodo (sia in termini strutturali, che di progettazione) non è, quindi, realizzabile all interno del progetto NOP. Per rimediare a questo problema, di seguito viene presentato un esempio pratico, il cui obiettivo è quello di mettere in pratica le regole indicate nella normativa DIN/ISO Entrando nello specifico, si è deciso di presentare il progetto Confronto tra imballaggi derivanti da amido e da polistirene tramite LCA (Comparing the LCA for loose-fill-packaging from amylum or polystyrene), promosso dalla Federazione Ambientale Tedesca (German Environmental Federation DBU - Würdinger et al., 2002). Insieme all approccio generale al problema, vengono presentati anche i risultati dello studio in esame, che sono particolarmente interessanti, in quanto dimostrano come l utilizzo di materiale grezzo rinnovabile non sia automaticamente una scelta vantaggiosa sotto il profilo ambientale. Introduzione allo studio I materiali biodegradabili, basati su materie prime rinnovabili, sono stati per lungo tempo proposti, sviluppati e incentivati come soluzione a diversi problemi ambientali: nonostante questo, ad oggi non è ancora stata raggiunta una grande diffusione a livello commerciale. Le cause di questa scarsa popolarità sono spesso attribuite ad una mancanza di chiarezza circa la valutazione ecologica della sostanza stessa; queste incertezze hanno, a loro volta, un peso notevole sul comportamento del consumatore, sullo sviluppo del prodotto e sullo smaltimento dei rifiuti. Finora, i risultati che consentono una valutazione affidabile dei benefici ambientali di tali materiali sono stati pubblicati solo raramente (Würdinger et al., 2002). Questo studio è dettato dalla volontà di capire se le plastiche basate su materie prime rinnovabili debbano essere promosse maggiormente da qui in avanti. Come esempi al centro dell indagine, sono stati scelti due diversi tipi di imballaggio: uno di essi è basato sull amido naturale, mentre il secondo su polistirene espanso (EPS), che viene prodotto a partire da materie prime fossili. Figura 1: Materiale per imballaggio 1

2 Definizione di ambito ed obiettivo dello studio Obiettivo L analisi di un esempio di notevole interesse pratico è un ottimo metodo per stabilire se l utilizzo di plastiche (derivanti da materiale fossile) sia vantaggioso dal punto di vista ecologico, rispetto all impiego di materie prime rinnovabili. Come oggetto della ricerca sono stati scelti i seguenti sistemi di imballaggio: 1- Imballaggio basato su polistirene espanso (EPS); 2- Imballaggio basato su amido espanso (materiale grezzo rinnovabile); 3- Imballaggio basato su materiale riciclato (polistirene). La terza alternativa (sistema di imballaggio basato su materiale riciclato) non verrà discussa in questo articolo, così da garantire una maggiore chiarezza dell esempio e limitare l ambito di questa indagine. La funzione scelta e l unità funzionale Per quanto riguarda la funzione, si è deciso di indagare l impiego dei materiali descritti come riempimento per pacchi destinati al trasporto. Durante l analisi, si è partiti dal presupposto che i diversi sistemi dei prodotti non differissero tra loro sotto il profilo delle caratteristiche tecniche. Il volume di imballaggio è stato scelto come unità funzionale del bilancio: tutti i dati riportati sono stati riferiti ad un valore complessivo pari a 100 m³ di imballaggio. I confini del sistema I confini del sistema dividono tutto ciò che è oggetto dell indagine dall ambiente esterno. Tali limiti sono stati scelti dalla culla fino alla tomba : con questa espressione si intende che tutti i flussi di materiale ed energia sono stati considerati a partire dall esplorazione delle materie grezze, dal loro approvvigionamento e trasporto, passando tramite i processi preliminari e quello di produzione vero e proprio, per poi concludere con l utilizzo del prodotto e con lo smaltimento dei rifiuti. Come area di riferimento per lo studio sono stati considerati i territori dentro i confini politici della Germania; per tutte le sostanze (ad esempio: petrolio) provenienti da nazioni diverse da quella in esame, è stato scelto il territorio di provenienza come area di riferimento. Il materiale è stato quindi valutato secondo la particolare situazione commerciale presente in Germania. Come anno di riferimento è stato scelto il

3 Criteri di taglio (Limiti del dettaglio) Nel presente studio si è deciso di tagliare tutti i flussi di materiale ed energia (relativi ad un determinato processo) che non superassero la soglia dell 1% rispetto alla massa dell output desiderato; si è tuttavia scelto di porre un limite massimo per la somma di tutti i tagli: in particolare, questo valore è stato fissato al 5% della massa totale. Le uniche eccezioni alla regola appena presentata hanno riguardato i flussi di materiale particolarmente importanti nell ambito della valutazione degli aspetti energetici e tossici: in situazioni di questo genere, infatti, si è deciso di non effettuare alcun taglio. Come è stata costruita l analisi dell inventario? Scenari calcolati Per raggiungere gli scopi fissati dello studio (ad esempio: per valutare l opportunità o meno di utilizzare materie prime rinnovabili), sono state predisposte e calcolate alcune situazioni differenti tra loro. Tali scenari sono molto importanti, in quanto permettono di considerare l effetto di diversi fattori sul sistema in questione. A proposito dello studio in esame sugli imballaggi, sono stati valutati 20 scenari diversi: in Tabella 1 se ne trova una selezione. Produzione Amido di mais Amido di patate II (filtrato dallo scarto totale) Amido di frumento (prodotto convenzionalmente) Amido di mais Amido di frumento (prodotto estensivamente) Utilizzo Utilizzo singolo Utilizzo singolo Utilizzo singolo Riciclo interno (4 utilizzi) Riciclo interno (2 utilizzi) rimanenti e rimanenti e rimanenti e rimanenti e biologici e Smaltimento raccogliere raccogliere raccogliere come raccogliere destinare a come rifiuti come rifiuti rifiuti misti come rifiuti compostaggio misti misti misti Tabella 1: Selezione degli scenari esaminati imballaggi da amido espanso Processi parziali all interno di uno scenario Così come fatto per gli imballaggi ricavati da materie rinnovabili, sono stati analizzati alcuni scenari anche nell ambito degli imballaggi ottenuti da polistirene espanso, i quali differivano 3

4 tra loro in alcune delle aree prese in considerazione. Come esempio di questa tipologia di scenari, di seguito (Figura 2) viene riportato lo schema relativo alla produzione di imballaggi da polistirene vergine (EPS): nella trattazione di questa situazione, si è deciso di considerare un singolo utilizzo dell imballaggio, un successivo smaltimento e un riciclo per il recupero del materiale. Per delineare con esattezza i confini del sistema, la produzione di polistirene vergine è presentata in dettaglio in Figura 3. Approvvigionamento materie prime Produzione della gomma stirene-butadiene (SBR) Produzione di polistirene vergine (GPPS) Produzione di pentano / butano Produzione di imballaggi di polistirene Distribuzione / vendita Utilizzo (singolo) Imballatrice Contenitore Smaltimento Raccolta secondo il tipo Riciclo, ri-granulazione Deduzione dall output Produzione GPPS (matrice) GPPS Figura 2: Processi parziali in uno scenario EPS Come procedere con la raccolta dati? I flussi più importanti di materiale ed energia dei processi parziali (necessari per la descrizione del prodotto finale) sono stati raccolti con lo scopo di costruire quello che può essere considerato il cuore del metodo LCA, ovvero l analisi dell inventario. I dati relativi ad input ed output dei vari processi sono stati derivati ed elaborati, quindi si è passati al calcolo e alla registrazione dei risultati. Le linee-guida, i tagli e le limitazioni (fissati nella fase di definizione di ambito ed obiettivo dello studio) sono stati seguiti rigorosamente, oppure modificati, così da rispettare le condizioni poste dal set di dati iniziali. 4

5 Successivamente, è stata realizzata la valutazione dell impatto ambientale sulla base dei risultati ricavati dall analisi dell inventario. Approvvigionamento di gas naturale Sorgente idrocarburica Approvvigionamento di benzina grezza Lavorazione del gas naturale Nafta Distillazione a nafta Produzione di etilene Etilene Benzene Reforming a benzene Produzione di benzene Benzene Produzione di etilbenzene Produzione di stirene Polimerizzazione dello stirene Polistirene vergine Figura 3: Diagramma di flusso produzione di polistirene vergine Valutazione Come descritto nella normativa ISO 14042, la stima dell impatto ambientale del metodo LCA è composta da tre parti: - Selezione delle categorie d impatto da considerare; - Assegnazione dei risultati dell analisi dell inventario alle categorie d impatto (classificazione); - Calcolo dei risultati degli indicatori d impatto (caratterizzazione); Nello studio qui presentato, sono state considerate le seguenti categorie: 5

6 Categorie d impatto scelte Riscaldamento globale Riduzione dell ozono presente nella stratosfera Formazione fotochimica dell ozono nella troposfera Eutrofizzazione Acidificazione Tossicità per l uomo Eco-tossicità Riduzione delle risorse abiotiche Utilizzo del territorio Tabella 2: Categorie d impatto considerate Dopo aver scelto le categorie d impatto, si è passati all assegnazione dei parametri determinati nell analisi dell inventario (ad esempio: emissioni di anidride carbonica o di metano) ai rispettivi effetti ambientali. Classificazione Nel corso della classificazione, i parametri risultanti dall analisi dell inventario assegnati ad una certa categoria d impatto sono stati rapportati ad un unità di misura comune (NB: un solo parametro dell analisi dell inventario può essere assegnato a svariate categorie d impatto). Riscaldamento globale CO 2, CH 4, N 2 O Riduzione dell ozono N 2 O Formazione dell ozono Eutrofizzazione fotochimica Benzene, CH 4, NO x, Formaldeide, NMVOC, VOC, pentano, butano NO X, NH 3, P-totale, CSB, N-totale, NH 4 +, Nitrato Acidificazione H 2 S, HCl, HF, NH 3, NO X, SO 2 Tossicità per l uomo As, BaP, benzene, Cd, Cr, PCDD/F, Ni, Pb, SO 2, particelle diesel, biocidi Eco-tossicità AOX, cloruro, NH 4 +, H 2 S, HF, NH 3, NO x, SO 2 Riduzione delle risorse abiotiche Utilizzo del territorio Benzina grezza, gas naturale, carbone Area Tabella 3: Classificazione 6

7 Caratterizzazione Uno degli obiettivi della caratterizzazione è quello di uniformare i parametri relativi ai bilanci di materiale ed energia, precedentemente assegnati ad una determinata categoria d impatto, fino ad ottenere delle unità di misura comuni; questo passaggio è molto importante, in quanto i contributi dei diversi materiali ad un certo effetto ambientale differiscono notevolmente gli uni dagli altri. Il metano, ad esempio, possiede un potenziale ai fini del riscaldamento globale 25 volte più alto rispetto a quello dell anidride carbonica, mentre il dato relativo al gas esilarante N 2 O ha un potere 320 volte maggiore (sempre rispetto alla CO 2 ). Nel passaggio successivo, sono stati quindi ricavati i risultati degli indicatori a partire dai valori modificati dell analisi dell inventario; per finire, si è passati all analisi dei risultati. I risultati dello studio Sulla base degli scenari scelti per il metodo LCA, non è stato possibile evidenziare alcun vantaggio ecologico per i diversi prodotti analizzati. Di seguito, viene presentata parte dei risultati ottenuti dallo studio (come esempio). L importanza dello smaltimento dei rifiuti Il confronto tra gli scenari relativi all amido e all EPS mostra chiaramente che l applicazione dell espressione CO 2 -neutral, che viene comunemente usata come sinonimo della neutralità di un certo processo rispetto al riscaldamento globale, non si adatta alla produzione di imballaggi a partire da materie prime rinnovabili, anche se in futuro questo obiettivo potrebbe essere raggiunto: tutto ciò sarà, tuttavia, possibile, solo a patto di rispettare delle richieste ben precise. Innanzitutto, è necessario che gli imballaggi ricavati da amido, una volta usati, vengano impiegati per scopi energetici oppure come fonte di materia prima; viceversa, un riutilizzo del materiale (tal e quale) non sembra praticabile. Qualora non si seguissero queste alternative, sarebbe necessario smaltire il tutto attraverso un processo che comporterebbe l emissione di un certo quantitativo del gas serra metano. Si è, inoltre, visto che, rinunciando all aggiunta di additivi basati su materie prime fossili, si conseguirebbero degli effetti positivi. Riunendo insieme tutti questi aspetti, sarebbe possibile ridurre leggermente il pericolo potenziale per il riscaldamento globale. Un maggiore ricorso a fonti energetiche rinnovabili, inoltre, potrebbe migliorare ulteriormente i risultati. 7

8 Il riciclo dell imballaggio riduce drasticamente l impatto ambientale Indipendentemente dalla sostanza, il riciclo dei materiali di imballaggio è una misura molto efficiente per ridurre gli effetti negativi per l ambiente connessi con il loro utilizzo. Da un lato, infatti, le fasi di vendita e utilizzo forniscono un contributo limitato alla stima dell impatto ambientale. Al contrario, i risparmi in termini di consumo di materiale e le spese ridotte dovute al riciclo a livello di produzione, contribuiscono notevolmente ai risultati; lo stesso vale per la riduzione delle quantità di rifiuti, che è sostanziale praticamente in tutti i casi. Dall altro lato, gli effetti benefici del riciclo degli imballaggi devono essere attribuiti (anche) al fatto che questo genere di materiale può essere ri-utilizzato senza bisogno di particolare pulizia e trasportato con costi relativamente bassi (a volte addirittura nulli) a differenza di quello che succede con i cartoni delle bevande, ad esempio. Per finire, si è visto che riciclando due volte il materiale, si riesce a dimezzare i risultati dell indagine, mentre riciclando quattro volte, tali valori si riducono ad un quarto. Confronto tra scenari: EPS vs Amido Ci sono differenze molto nette tra i diversi scenari degli imballaggi in merito ai loro effetti ambientali. Un aspetto molto importante da sottolineare consiste nel fatto che non emergono particolari vantaggi dall utilizzo di imballaggi ricavati da amido, piuttosto che da polistirene. Le modalità concrete di produzione del materiale, così come lo smaltimento dei rifiuti sono aspetti estremamente importanti sotto il profilo dell impatto ecologico: per quanto riguarda la fase di smaltimento, un fattore decisivo è quello che riguarda (ad esempio) l energia recuperabile tramite l utilizzo termico dell imballaggio usato. Di conseguenza, non è l origine delle materie prime a rivestire il ruolo principale sotto il profilo ambientale all interno dei vari scenari, bensì la tipologia dei processi a cui gli imballaggi vanno incontro lungo l intero arco della loro vita. Esistono, ovviamente, scenari molto buoni sia per gli imballaggi ricavati da mais che per gli analoghi basati sull impiego di polistirene, così come è possibile prevedere degli scenari altrettanto sfavorevoli da ambo le parti. Le variazioni che intercorrono tra scenari basati sulla stessa tipologia di materia prima, sono analoghe a quelle che intercorrono tra la totalità degli scenari presi in considerazione. Indipendentemente dal materiale di partenza, quindi, esistono notevoli potenziali di ottimizzazione: gli scenari legati all amido potrebbero funzionare bene quanto i migliori tra quelli basati sull EPS, a patto che l imballaggio venga riciclato termicamente. 8

9 La bio-degradabilità è un vantaggio? La bio-degradabilità degli imballaggi basati sull amido non è una proprietà del materiale necessaria affinché il prodotto possa svolgere la propria funzione: al contrario, questo aspetto deve essere valutato nell area relativa allo smaltimento dei rifiuti. Questa proprietà, infatti, ha un effetto positivo, solo nel caso in cui l imballaggio venga fermentato (microbiologicamente) fino ad ottenere bio-gas, il quale può essere successivamente destinato alla produzione di energia con alta efficienza. Una valida alternativa è quella del compostaggio, la quale dipende a sua volta dalla bio-degradabilità: ad un esame attento, tuttavia, questa scelta si rivela sfavorevole rispetto all utilizzo termico. I risultati indicano chiaramente che la biodegradabilità di per sé non è un criterio sufficiente per poter affermare che un materiale o un prodotto siano sostenibili o compatibili sotto il profilo ambientale. Al contrario, risultano cruciali le modalità concrete di smaltimento del prodotto dopo l uso, nonché gli effetti che la bio-degradabilità possiede nei confronti della sostenibilità ecologica del prodotto stesso. Queste conclusioni, tuttavia, potrebbero rivelarsi completamente errate, qualora la biodegradabilità dovesse essere una proprietà essenziale del prodotto. Alla luce di questi risultati, gli autori si interrogano sulla convenienza o meno di sviluppare plastiche a partire da materiali grezzi rinnovabili, che non siano bio-degradabili, bensì a lunga durata: questo genere di plastiche potrebbe essere ri-utilizzato diverse volte e, solo alla fine, riciclato per produrre energia. Würdinger, E., Roth, U., Wegener, A., Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen: Vergleichende Ökobilanz für Loose-fill-Packmittel aus Stärke bzw. Polystyrol. DBU-Az