LIFE CYCLE RISK ASSESSMENT (LCRA) Prof. Mariachiara Zanetti Politecnico di Torino Torino, 19 settembre 2018 DIATI Politecnico di Torino RemTech Expo 2018 (19, 20, 21 Settembre) FerraraFiere www.remtechexpo.com Ferrara Fiere Congressi, Ferrara
LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) L analisi del ciclo di vita LCA è una analisi oggettiva per quantificare l impatto ambientale di prodotti e servizi durante le diverse fasi del ciclo di vita, dall estrazione delle materie prime allo smaltimento finale dei rifiuti: DALLA CULLA ALLA TOMBA. ISO 14040/44: Environmental Management - Life Cycle Assessment - Principles and Framework / Requirements and Guidelines, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2006 European Platform on Life Cycle Assessment - European Commission, Joint Research Centre (JRC) - http://lct.jrc.ec.europa.eu 2
LIFE CYCLE IMPACT ASSESSMENT (LCIA) The ReCiPe main report is not clear about Toxicity The mathematical model is not explained very well LIFE CYCLE IMPACT ASSESSMENT ILCD 2011 MIDPOINT METHOD MATHEMATICAL MODEL FOR TOXICITY HUMAN TOXICITY CARCINOGENIC EFFECTS NON-CARCINOGENIC EFFECTS ILCD recommendations were considered in the analysis of environmental sustainability WITH THE MAIN INTENTION OF PROMOTING THE CURRENT BEST PRACTICE, THE INTEGRATED APPROACH WAS ASSESSED BY MEANS OF THE ILCD 2011 MIDPOINT METHOD
LIFE CYCLE IMPACT ASSESSMENT (LCIA) Il punteggio relativo alla tossicità per l essere umano IS è calcolato sommando il contributo dovuto alle sostanze che possono avere un effetto sull aria urbana, aria extraurbana, acqua superficiale etc. che possono essere inalate o ingerite, espresso con il prodotto di fattori di caratterizzazione (CF x,i ) e la massa di una emissione (M x,i ) di una generica sostanza Human toxicity impact score Characterisation factor Exposure factor Effect factor Dose in lifetime [CTU] Comparative toxic unit [kg -1 ] [days -1 ] [kg -1 ] [kg] MATHEMATICAL MODEL FOR TOXICITY FF è il tempo residenziale di una sostanza chimica nel mezzo considerato XF inh è l esposizione attraverso l inalazione di aria XF i.,r è l esposizione tramite ingestione di una sostanza specifica EF è il fattore che riflette il cambiamento di probabilità di contrarre una certa malattia a causa della diversa dose
LIFE CYCLE RISK ASSESSMENT (LCRA) Molti studi hanno considerato e paragonato vantaggi e svantaggi che derivano dall utilizzo combinato di LCA e RA (Analisi di rischio): Olsen et al., 2001 Flemström et al., 2004 Carpenter et al., 2007 Barberio et al., 2010 Mazzi et al., 2013 L obiettivo di questo approccio combinato è quello di ottenere una valutazione ambientale complessiva Diverse ipotesi per integrare LCA e RA APPROCCIO SINERGICO: LCA RA RA SOTTOINSIEME DI LCA La soluzione scelta per il nostro caso studio
LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) APPLICATA ALLE PAVIMENTAZIONI STRADALI M.C. Zanetti, G.A. Blengini, E. Santagata, A. Farina, B. Ruffino, S.Fiore LIFE CYCLE INVENTORY Raw materials Quarried agg. Crumb rubber Bitumen Hot mix asphalt Transport EXTRACTION RETRIEVAL HMA PLANT Air emissions Soil emissions Recycled materials: Aggregates: Bitumen: Hot Mix Asphalt: Contractors Regional studies Eurobitume, 2011 Contractors Energy Laying of materials by construction equipment CONSTRUCTION MAINTENANCE Milling of the old surface layer Transport Reconstruction System Boundaries Water emissions Solid waste Database Software: Impatti ambientali analizzati: Ecoinvent 2.2 GER - Gross Energy Requirement [MJ/m] GWP Global Warming Potential [kg C0 2 eq/m] ILCD 2011 Midpoint method UNITA FUNZIONALE: 1 m di pavimentazione (spessore e ampiezza in base al progetto).
LIFE CYCLE RISK ASSESSMENT (LCRA) Il punteggio IS relativo all impatto tossicologico sull essere umano è calcolato sommando i contributi dovuti alle sostanze che possono avere un effetto sull aria urbana, extra urbana, acqua superficiale e che possono essere inalate o ingerite, espressi come i prodotti di fattori di caratterizzazione (CF x,i ) e la massa di emissione (M x,i ) di ogni sostanza. Human toxicity impact score Characterisation factor Exposure factor Effect factor Dose in lifetime [CTU] Comparative toxic unit [kg -1 ] [days -1 ] [kg -1 ] [kg] [kg] [years] [days years -1 ] [m 3 days -1 ] [urban scale] Le concentrazioni nelle emissioni sono ottenute da analisi di laboratorio effettuate su campioni di campo
LIFE CYCLE RISK ASSESSMENT (LCRA) Durante la costruzione delle stese pilota, le emissioni gassose sono campionate in corrispondenza del guidatore della finitrice e del banco per la successive analisi degli IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (PAH) E SOSTANZE ORGANICHE VOLATILI (VOC) Driver s seat Screed
LIFE CYCLE RISK ASSESSMENT (LCRA) Analisi VOC emissioni gassose (µg/m 3 ) (D: finitrice; S: banco) EXAMPLES Analisi PAH emissioni gassose (µg/m 3 ) (D: finitrice; S: banco)
GER [MJ/m] GER [MJ/m] GWP [kg CO 2 eq/m] GWP [kg CO 2 eq/m] LCA RISULTATI - ESEMPIO GER and GWP associated to wearing course construction and maintenance operations Scenario Sbd Scenario Wg Scenario Ssg Scenario W d GER GWP GER GWP GER GWP GER GWP [MJ/m] [kg CO 2 eq/m] [MJ/m] [kg CO 2 eq/m] [MJ/m] [kg CO 2 eq/m] [MJ/m] [kg CO 2 eq/m] Construction 4,016 82.2 2,763 56.64 3,686 71.0 2,390 55.19 Maintenance 16,800 377 7,980 175 15,200 310 6,890 168 Total 20,816 459 10,743 232 9,280 223.2 18,886 381 (-48.4%) (-49.6%) (-50.9%) (-41.4%) GER and GWP associated to raw materials sourcing and construction GER [MJ/m] 4500 4000 4500 4000 90 GWP [kg CO 2 eq/m] 80 90 80 3500 3500 70 70 3000 3000 60 60 2500 2500 50 50 2000 2000 40 40 1500 1500 30 30 1000 1000 20 20 500 500 10 10 0 Scenario S 0 Scenario Wg Scenario S Scenario Scenario S WgScenario Wd Scenario S Scenario Wd 0 Scenario S 0 Scenario Wg Scenario S Scenario Scenario S WgScenario Wd Scenario S Scenario Wd Aggregates Aggregates 43 24 43 40.1 24 29.7 40.1 Aggregates 29.7 Aggregates 2.77 1.59 2.77 2.62 1.59 1.94 2.62 1.94 Bitumen/Asphalt Rubber Bitumen/Asphalt 2,860 Rubber 2,060 2,860 2,710 2,060 1,630 2,710 Bitumen/Asphalt 1,630 Rubber Bitumen/Asphalt 14.20 Rubber 12.00 14.20 13.50 12.00 10.70 13.50 10.70 Bituminous mixtures plant Bituminous 631 mixtures plant373 631 597 373 444 597 Bituminous 444 mixtures plant Bituminous 36 mixtures plant21.30 36 34.20 21.30 25.40 34.20 25.40 Transport Transport 464 288 464 321 288 268 321 Transport 268 Transport 28 20.55 28 19.46 20.55 15.95 19.46 15.95 Work equipment Work 18 equipment 18 18 18 18 18 18 Work equipment 18 Work 1.20 equipment 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20
LCRA RISULTATI - ESEMPIO Impact category Unit Scenario S Scenario Wg Scenario S Scenario Wd Ozone depletion kg CFC-11 eq 6,2E-02 3,1E-02 5,0E-02 3,0E-02 Human toxicity, cancer effects CTU 6,9E-01 3,9E-01 6,5E-01 3,1E-01 Human toxicity, non-cancer effects CTU 2,0E-02 3,1E-02 1,6E-02 2,6E-02 Human toxicity_workers, cancer effects CTU 4,4E-05 1,5E-06 4,4E-05 3,7E-07 Human toxicity_workers, non-cancer effects CTU 2,4E-05 2,8E-06 2,4E-05 4,1E-06 Particulate matter kg PM2.5 eq 1,4E+02 8,3E+01 1,1E+02 7,5E+01 Photochemical ozone formation kg NMVOC eq 2,5E+03 1,4E+03 1,9E+03 1,2E+03 Acidification molc H+ eq 2,3E+03 1,3E+03 1,8E+03 1,1E+03 Terrestrial eutrophication molc N eq 8,5E+03 4,9E+03 6,4E+03 4,2E+03 Freshwater eutrophication kg P eq 3,0E+01 1,2E+01 2,4E+01 1,1E+01 Marine eutrophication kg N eq 7,8E+02 4,5E+02 5,9E+02 3,9E+02 Freshwater ecotoxicity CTUe 6,9E+06 3,9E+06 6,5E+06 3,1E+06 Land use kg C deficit 4,6E+06 2,4E+06 4,3E+06 2,0E+06 Water resource depletion m3 water eq 1,4E+02 6,0E+01 1,0E+02 5,3E+01 Mineral, fossil & ren resource depletion kg Sb eq 7,2E-05 3,6E-05 5,2E-05 3,2E-05 ILCD 2011 midpoint method
CONCLUSIONI LCRA: l analisi di rischio (RA) è inclusa nei risultati del metodo ILCD midpoint come parte della categoria della tossicità per l essere umano. RA è riferita all utilizzo del prodotto. Questo approccio può essere utilizzato per le vie di esposizione non sito-specifiche: ingestione e contatto dermico (FT =1) o per le emission gassose se è disponibile un valido data base. In questo caso l approccio urbano della LCA è preferibile a quello continentale.
REFERENCES Barberio G., Buttol P., Righi S., Andretta M. (2010). Combined approach of Risk Assessment and Life Cycle Assessment for the environmental evaluations: an overview. Proceedings Ecomondo. 14th Fiera internazionale del Recupero di Materia ed Energia e dello Sviluppo Sostenibile. 3-6 Novembre 2010, Rimini Fiera. Maggioli Editore. Flemström, K., Carlson, R., Erixon, M., (2004). Relationships between Life Cycle Assessment and Risk Assessment, Potentials and Obstacles. Industrial Environmental Informatics (IMI), Chalmers University of Technology, Report 5379. Huijbregts,M., Hauschild, M., Jolliet, O., Margni, M., McKone, T., Rosenbaum, R., van de Meent, D. (2010). USEtox - User manual. Mazzi A, Niero M, Fedele A, Surace L, Pinat S, Scipioni A (2013). Life Cycle Assessment and Human Health Risk Assessment: proposal of an integration methodology and application to a MSW incineration line. Proceedings VII Convegno della Rete Italiana LCA. ISBN 978-88- 8286-292-3 Olsen S.I., Christensen F.M., Hauschild M., Pedersen F., Larsen F.L., Torslov J. (2001). Life cycle impact assessment and risk assessment of chemicals a methodological comparison. Environmental Impact Assessment Review 21, 385-404. Vermeire T., Pieters M., Rennen M., Bos P. (2001). Probabilistic Assessment Factors for Human Health Assessment. RIVM Report 601516 005, TNO Report V3489.
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