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AMBIENTE L’Analisi del Ciclo di Vita (LCA) e la sua applicazione all’edilizia, alla gestione dei rifiuti, ai trasporti, ai prodotti (agro- alimentari e.

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1 AMBIENTE L’Analisi del Ciclo di Vita (LCA) e la sua applicazione all’edilizia, alla gestione dei rifiuti, ai trasporti, ai prodotti (agro- alimentari e industriali), alle risorse e ai servizi Paolo Neri

2 116 analisi del ciclo di vita di prodotti, processi e servizi: 28 gestione rifiuti 36 prodotti (24 agroalimentari +12 industriali) 31 ecodesign (30 edifici+1 urbanistica) 11 servizi (ospedali (4), scuole (1), biblioteche (1), mense (1), traffico (3), Comune (1)) 1 ecosistema (fiume calabrese) + 5 risorse +2 Paese povero +1 turismo Collaborazione con 150 Aziende pubbliche e private, 5 Comuni e 30 Università Formazione Anni ENEA Laboratorio tesi e tirocini Creazione di una banca dati italiana e studio per un metodo di valutazione italiano del danno Analisi ambientale come servizio al Paese 116 documenti ENEA 22 Convegni + organizzazione di 5 Convegni 1 sito (http://digilander.libero.it/giabon) Metodo LCA Codice SimaPro 97 tesi di laurea di 8 facoltà 12 tirocini post-laurea 7 richieste di Aziende 1 Progetto SPINNER 1 Progetto SPINTA LCA LAB Linee guida per l’uso dell’LCA nella certificazione ambientale di prodotti e servizi e nella progettazione ecosostenibile degli edifici Paolo Neri

3 ISO VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO Metodi ECO-INDICATOR 99, EPS 2000, EDIP 97, IMPACT 2002 NORMALIZZAZIONECARATTERIZZAZIONE VALUTAZIONE DEL DANNO CLASSIFICAZIONE OBIETTIVO UNITA’ FUNZIONALE FUNZIONE DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA ISO INVENTARIO ISO EMISSIONI E RISORSE Competenze: INGEGNERIA, FISICA, SC. AMBIENTALI, SC. NATURALI, BIOLOGIA, ARCHITETTURA, CHIMICA, MEDICINA, STORIA, ECONOMIA MATERIALI PROCESSI ENERGIE ANALISI DI SENSIBILITA ’ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO La Metodologia LCA Paolo Neri

4 La soluzione del problema ambientale: i protagonisti Il danno ambientale esiste? Nessun limite falso vero Analisi LCA Enti di ricerca Università Agenzia Ambiente Stato Regioni Province Comuni cittadino Cause Effetti Rimedi Costi esterni Limiti per un nuovo modello di sviluppo Gestione dei rifiuti Progettazione edifici Prodotti Servizi Programmazione di uno sviluppo sostenibile Enti di certificazione Studi professionali Paolo Neri

5 La soluzione del problema ambientale: i finanziamenti Analisi del ciclo di vita Autocertificazione Certificazione EPD e EMAS Prodotti ServiziProcessi Enti di ricerca Agenzia ambiente Università Banche dati Metodi di valutazione Studi professionali Pubblica Amministrazione Riduzione del danno ambientale e dei costi esterni Aziende Etica di impresa Costi limitati Paolo Neri

6 LCA STRUMENTO NECESSARIO per la scelta tra componenti con la stessa funzione 1TJ con una caldaia a gas 1TJ con un pannello solare Danno minimo di una fonte energetica Danno minimo di un edificio LCA componentiLCA uso LCA fine vita Danno minimo Piano Provinciale Gestione Rifiuti 1TJ con biomasse Raccolta differenziata Raccolta indifferenziata Trasporti Danno minimo di un prodotto agro-alimentare Coltivazione convenzionale Coltivazione biologica Paolo Neri

7 una sua migliore conoscenza dei danni ambientali dovuti alle attività umane una sua migliore conoscenza dei danni ambientali dovuti alle attività umane una scelta cosciente del prodotto e del servizio una scelta cosciente del prodotto e del servizio una sua richiesta cosciente alla Pubblica Amministrazione di una legislazione volta alla difesa dell’ambiente una sua richiesta cosciente alla Pubblica Amministrazione di una legislazione volta alla difesa dell’ambiente la riduzione delle spese dovute ai costi ambientali la riduzione delle spese dovute ai costi ambientali la difesa della vita, sua e delle generazioni future la difesa della vita, sua e delle generazioni future Applicazioni LCA Strumento di informazione rivolto al Cittadino per Paolo Neri

8 la definizione della legislazione in campo ambientale la definizione della legislazione in campo ambientale la scelta della gestione dei rifiuti con minor impatto ambientale la scelta della gestione dei rifiuti con minor impatto ambientale La scelta delle fonti energetiche a minor impatto ambientale La scelta delle fonti energetiche a minor impatto ambientale La progettazione ecosostenibile degli edifici La progettazione ecosostenibile degli edifici la sensibilizzazione dei cittadini e delle aziende: tale compito deve essere svolto dagli Enti di ricerca e dalle Università la sensibilizzazione dei cittadini e delle aziende: tale compito deve essere svolto dagli Enti di ricerca e dalle Università la riduzione delle spese sanitarie conseguenti ai danni subiti dall’uomo a causa delle emissioni inquinanti la riduzione delle spese sanitarie conseguenti ai danni subiti dall’uomo a causa delle emissioni inquinanti la riduzione dei danni prodotti dai servizi pubblici la riduzione dei danni prodotti dai servizi pubblici la riduzione delle spese per i combustibili fossili sostenute dall’Italia per il consumo di energia prodotta la riduzione delle spese per i combustibili fossili sostenute dall’Italia per il consumo di energia prodotta Applicazioni LCA Strumento a supporto della Pubblica Amministrazione per Paolo Neri

9 La nascita di un’etica d’impresa che tenga conto sia dei costi economici che di quelli ambientali del prodotto o del servizio La nascita di un’etica d’impresa che tenga conto sia dei costi economici che di quelli ambientali del prodotto o del servizio una riduzione dell’impatto ambientale a beneficio dei lavoratori dell’Azienda una riduzione dell’impatto ambientale a beneficio dei lavoratori dell’Azienda un miglioramento della qualità del prodotto o del servizio un miglioramento della qualità del prodotto o del servizio una riduzione del costo di produzione conseguente alla riduzione del consumo di energia e di materiali una riduzione del costo di produzione conseguente alla riduzione del consumo di energia e di materiali la definizione della prima e più importante fase per la certificazione ambientale dei prodotti e dei servizi la definizione della prima e più importante fase per la certificazione ambientale dei prodotti e dei servizi un aumento della loro competitività un aumento della loro competitività un rapporto di fiducia con il cittadino utente e consumatore un rapporto di fiducia con il cittadino utente e consumatore uso del LCA come qualifica del prodotto e del servizio uso del LCA come qualifica del prodotto e del servizio Applicazioni LCA Strumento a supporto delle Aziende e degli Studi professionali per Paolo Neri

10 Il Metodo LCA Condizioni necessarie per la validità dei risultati trasparenza e modificabilità delle Banche-Dati trasparenza e modificabilità delle Banche-Dati rappresentatività da parte delle Banche-Dati della realtà che si vuole studiare rappresentatività da parte delle Banche-Dati della realtà che si vuole studiare trasparenza e modificabilità dei Metodi per la valutazione del danno trasparenza e modificabilità dei Metodi per la valutazione del danno adeguatezza dei Metodi ai problemi che devono essere studiati adeguatezza dei Metodi ai problemi che devono essere studiati stretta correlazione tra Metodi e Banche-Dati stretta correlazione tra Metodi e Banche-Dati trasparenza del risultato numerico dello studio trasparenza del risultato numerico dello studio Paolo Neri

11 costruzione di una Banca-Dati italiana che rappresenti la gestione dei rifiuti, la progettazione degli edifici (ecodesign), la produzione agro-alimentare, i trasporti, i servizi sanitari costruzione di una Banca-Dati italiana che rappresenti la gestione dei rifiuti, la progettazione degli edifici (ecodesign), la produzione agro-alimentare, i trasporti, i servizi sanitari definizione di un Metodo italiano per la valutazione del danno definizione di un Metodo italiano per la valutazione del danno scelta di un Metodo straniero col quale confrontare i risultati scelta di un Metodo straniero col quale confrontare i risultati costruzione di un Codice italiano che utilizzi la Banca-Dati e il Metodo italiano costruzione di un Codice italiano che utilizzi la Banca-Dati e il Metodo italiano scelta per la Certificazione ambientale delle procedure che fanno uso dell’LCA come primo passo per la valutazione del danno scelta per la Certificazione ambientale delle procedure che fanno uso dell’LCA come primo passo per la valutazione del danno scelta di un LCA dettagliato, trasparente e basato su indicatori scientifici. scelta di un LCA dettagliato, trasparente e basato su indicatori scientifici. Il Metodo LCA Proposte per una maggiore affidabilità dei risultati Paolo Neri

12 Metodi di calcolo e dati per un LCA dettagliato Codice di calcolo: SimaPro5, SimaPro6, SimaPro7 Codice di calcolo: SimaPro5, SimaPro6, SimaPro7 Banche-Dati: ETH, Idemat, Buwal, Archive, Industry, IVAM, Eco- Invent Banche-Dati: ETH, Idemat, Buwal, Archive, Industry, IVAM, Eco- Invent Metodi di valutazione: Eco-Indicator99, EPS 2000, EDIP 97, IMPACT 2002 Metodi di valutazione: Eco-Indicator99, EPS 2000, EDIP 97, IMPACT 2002 Dati raccolti in tutta Italia Dati raccolti in tutta Italia Sono stati apportati modifiche in tutti i metodi Sono stati apportati modifiche in tutti i metodi Sono stati considerati i costi interni Sono stati considerati i costi interni Sono stati calcolati i costi esterni per le 3 categorie di danno del Metodo Eco-Indicator 99 e messi a confronto con quelli calcolati da EPS Sono stati calcolati i costi esterni per le 3 categorie di danno del Metodo Eco-Indicator 99 e messi a confronto con quelli calcolati da EPS E’ stata considerata e caratterizzata l’utilità della funzione E’ stata considerata e caratterizzata l’utilità della funzione Paolo Neri

13 Il Metodo di Valutazione Eco-Indicator 99 0,00452 Pt/kg 64,7 DALY -1 (salute umana) 333 Pt ( salute umana) 1 kg di SOSTANZA PRODOTTA fattori di NORMALIZZAZIONE Inverso del danno subito dal cittadino medio europeo in 1 anno a causa delle attività umane in Europa fattori DI VALU T AZIONE Importanza relativa delle categorie di danno fattori di CARATTERIZZAZIONE Ø sostanze cancerogene Ø malattie respiratorie (sost. organiche) Ø malattie respiratorie (sost. Inorganiche) Ø cambiamenti climatici Ø impoverimento dello strato di ozono Ø radiazioni ionizzanti SALUTE UMANA: (DALY:Disability AdjustedLifeYears) Ø acidificazione/eutrofizzazione Ø ecotossicita’ Ø uso del territorio QUALITA’ : dell’ECOSISTEMA (PDF*m2*anno:Potentially Disappeared Fraction ) Ø minerali Ø combustibili fossili IMPOVERIMENTO delle RISORSE : (MJ Surplus) X 2, 1E -7 DALY 1 kgCO2 X X

14 Modifiche al metodo Eco-Indicator 99 Consumo di acqua: si considera l’acqua come una risorsa e si calcola l’aumento di energia necessaria per estrarre 1 l di acqua quando il suo consumo sarà 5 volte quello del ’90 Si è inserita la sostanza Water nella categoria di impatto Minerals Consumo di acqua: si considera l’acqua come una risorsa e si calcola l’aumento di energia necessaria per estrarre 1 l di acqua quando il suo consumo sarà 5 volte quello del ’90 Si è inserita la sostanza Water nella categoria di impatto Minerals Uranium e Silver in Minerals Uranium e Silver in Minerals Iron in air in Carcinogens e in Eutrophication Iron in air in Carcinogens e in Eutrophication P tot e N tot nella categoria Eutrophication P tot e N tot nella categoria Eutrophication Utilità della funzione: si considera la reale utilità della funzione (o prodotto) per la vita dell’uomo. E’ stata creata la categoria di danno Funzione Utilità della funzione: si considera la reale utilità della funzione (o prodotto) per la vita dell’uomo. E’ stata creata la categoria di danno Funzione Energia: si considera separatamente il fabbisogno energetico del processo. E’ stata creata la categoria di danno Energia Energia: si considera separatamente il fabbisogno energetico del processo. E’ stata creata la categoria di danno Energia Costi: si considerano come categorie di danno anche gli aspetti economici del processo (costi interni e costi esterni) Costi: si considerano come categorie di danno anche gli aspetti economici del processo (costi interni e costi esterni) Paolo Neri

15 Il codice di calcolo SimaPro: LCA come processo Material Metodi di Calcolo Transport Energy Processing INPUT OUTPUT DISPOSAL Air emission Water emission Soil emission Solid emission Non material emission Caratterizzazione, normalizzazione, valutazione Resources Waste Treatment Solid emission LCA Paolo Neri

16 LCA DI UN PRODOTTO OTTENUTO DA UNA COLTIVAZIONE Coltivazione Allestimento Operazioni agricole Fertilizzanti Pesticidi Energia LCA di un prodotto ottenuto da una coltivazione Emissioni in aria, acqua e suolo Trasformazione Conservazione Trasporto Imballaggio Paolo Neri

17 Una banca dati italiana per LCA dei prodotti agro-alimentari Processi per la trasformazione -olio d’oliva -vino -marmellata -pasta -zucchero -succo di mela Processi per la coltivazione -avena -erba medica -insilato di mais -albicocche -olive -uva -riso -caffé -kiwi -barbabietola da zucchero -mela -pioppo Processi di trasformazioni di prodotti di allevamento -latte -formaggio grana -prosciutto Processi di allevamento -suini -bovini Paolo Neri

18 LCA DI UNA BIOMASSA Coltivazione Allestimento Operazioni agricole Fertilizzanti Pesticidi Energia non rinn. consumata LCA di una biomassa Emissioni in aria, acqua e suolo Produzione del combustibile Gassificazione degli scarti Trasporto Energia prodotta Paolo Neri < LCA di un’altra fonte energetica <

19 Condizioni per la validità dell’uso di una biomassa per la produzione di una fonte energetica 1.Energia non rinnovabile consumata per la produzione della fonte energetica ottenuta dalla biomassa < Energia disponibile dalla fonte energetica ottenuta dalla biomassa 2. LCA (fonte energetica ottenuta dalla biomassa) < LCA (fonte energetica da combustilbili fossili)

20 Produzione di Etanolo da barbabietole e recupero energetico dagli scarti AUTORI Marco Cervino (CNR-ISAC) Paolo Neri (ENEA-PROT-INN) Giovanni Stoppiello (ENEA-Laboratorio Energia ERG) Paolo Neri Studio semplificato a partire dall’LCA dello zucchero

21 Analisi del ciclo di vita di 100 kg di barbabietole da zucchero PROCESSO PER OTTENERE LO ZUCCHERO – LE ENERGIE RELATIVE ALLE FASI DALLA DEFECAZIONE ALLA PRODUZIONE DELLO ZUCCHERO + PROCESSI PER LA PRODUZIONE DELL’ETANOLO + I PROCESSI PER LA GASSIFICAZIONE DEI FANGHI Unità Funzionale: 100 kg di barbabietole Sistema studiato: caso teorico Confini del sistema: dalla coltivazione della barbabietola alla produzione dell’etanolo e del syngas (compresa la combustione dell’etanolo e del syngas per il bilancio della CO 2 ) Banca dati: IVAMLCA3 di SimaPro5 Metodo di valutazione: Eco-Indicator99 E/E modificato per calcolare l’Energia Da 100 kg di barbabietole si producono: -11 litri di etanolo peso etanolo: 11l*0.79kg/l=8.69kg potere calorifico etanolo: 26.9MJ/kg et. energia totale disponibile dalla combustione dell’etanolo: 26.9MJ/kg*8.69kg= MJ energia per l di etanolo: MJ/11l=21.251MJ/l et. energia per kg di barbabietola: MJ/100kg barb.=2.338MJ/kg barb Nm3 di gas con un potere calorifico di 4MJ/Nm3 potere calorifico syngas: 4MJ/Nm3=4MJ/1.2kg=3.333MJ/kg gas energia totale disponibile dalla combustione del syngas: 60Nm3*4MJ/Nm3=240MJ; energia per kg di barbabietola: 240MJ/100kg barb.=2.4MJ/kg barb. Energia totale teorica disponibile: =4.738MJ/kg barb. Paolo Neri

22 Il processo di produzione dell’etanolo: 1° parte

23 Il processo di produzione dell’etanolo: 2° parte

24 Il processo per la produzione dell’etanolo: 3° parte

25 La valutazione Pt/kg di barbabietola

26 Bilancio ambientale ed energetico per kg di barbabietola Bilancio ambientale Danno totale: Pt Human Health: Pt (32.23%) Ecosystem Quality: Pt (40.5%) Resources: Pt (27.27%) Bilancio energetico Energia teorica disponibile: 4.74 MJ- Energia non rinnovabile usata: 2.45 MJ= Energia reale disponibile: 2.29 MJ Rapporto output/input: 4.74/2.45=1.93 Paolo Neri

27 Produzione di syngas da cippato di pioppo AUTORI Elsa Arras (EUTEC) Paolo Neri (ENEA-PROT-INN) Giovanni Stoppiello (ENEA-Laboratorio Energetico ERG) Paolo Neri Studio in fase di attuazione Paolo Neri

28 Analisi del ciclo di vita della produzione di Syngas da cippato di pioppo Obiettivo dello studio è la valutazione del danno ambientale e del costo economico dovuti alla produzione di 1 m3 di gas sintetico attraverso le biomasse. Il Sistema che deve essere studiato è la produzione di 1 m3 di syngas da gassificatori che bruciano ibridi di pioppo selezionati. I processi all’interno dei confini del sistema sono: - il vivaio per le produzione delle talee - la coltivazione del pioppeto come materia prima per il sistema - la produzione del gas attraverso la tecnologia di un gassificatore. Nella fase attuale si assume come ipotesi di studio il gassificatore della Fraunhofer - la combustione del syngas per il bilancio della CO2 L’Unità funzionale è il volume di gas prodotto da 1 ha di pioppeto in 13 anni di vita. Per lo studio viene utilizzato il codice SimaPro7. Per rappresentare i processi relativi ai trasporti, all’energia elettrica, all’energia termica, si usano i processi presenti nella banca dati del codice SimaPro7. Per quanto riguarda i materiali, verranno usati dati saranno raccolti sul campo. Verranno considerati tutti i macchinari e gli impianti. Come metodo di valutazione si usa Eco-Indicator99 E/E modificato Paolo Neri

29 Coltura in Vivaio Preparazione del terreno Messa a dimora talee Trattamenti coltura Taglio Astoni Produzione talee Stoccaggio talee Piantagione Preparazione del terreno Messa a dimora delle talee Trattamenti coltura Taglio astoni Cippatura Trasporto Stoccaggio Processo di gassificazione Essiccazione naturale (20%) SYNGAS RESIDUI SOLIDI Caricamento biomassa Gassificazione Paolo Neri Essiccazione biomassa VAPORE

30 Schema del Gassificatore Fraunhofer Paolo Neri Ipotesi: allo stato attuale come impianto di gassificazione è stato assunta una fornace a gas della stessa potenza

31 Flussi energertici del Gassificatore Paolo Neri

32 Il Processo finale : 1° parte Paolo Neri

33 Il Processo finale studiato: 2° parte Paolo Neri

34 Il Processo finale studiato: 3° parte Paolo Neri

35 DATI SPECIFICI Unità funzionale: è la produzione di gas dalla biomassa prodotta da 1ha di pioppeto in 13 anni di vita cioè di =480t di legno verde, considerando che la produzione di 1 ciclo di taglio abbia come produzione circa 80t di biomassa verde. è la produzione di gas dalla biomassa prodotta da 1ha di pioppeto in 13 anni di vita cioè di =480t di legno verde, considerando che la produzione di 1 ciclo di taglio abbia come produzione circa 80t di biomassa verde. Potere calorifico del legno di pioppo secco MJ MJ Resa del gas 6714Nm3/h per 3000kg/h di legno secco al 20% di umidità 6714Nm3/h per 3000kg/h di legno secco al 20% di umidità 6714Nm3/3000kg=2,238Nm3/kg 6714Nm3/3000kg=2,238Nm3/kg in 13 anni si producono kg di legno verde che corrispondono a *600/1000=288000kg di legno secco *600/1000=288000kg di legno secco Quantità di gas prodotto : 2,238Nm3/kg*288000kg=644544Nm3 Quantità di gas prodotto : 2,238Nm3/kg*288000kg=644544Nm3 P.C.I. del gas 0.16* (CO)+0.02* (H2)+0.14*2578.3(CH4)= kcal/Nm3 Potere calorifico del syngas: Kcal/Nm3*4.187kJ/kcal=4.249MJ/Nm3 Energia totale disponibile: 4.249MJ/Nm3*644544Nm3= MJ Paolo Neri

36 ANALISI DELLA CARATTERIZZAZIONE Human Health: E-8 DALY per il 101.1% a Nitrogen oxides (Fertilizer (N)) Ecosystem Quality: PDF*m 2 yr per il 59.72% a Occupation, forest, intensive Resources: MJ Surplus per il 40.11% a Energy, from gas, natural ( Fertilizer (N)) ( Fertilizer (N)) Energia: MJ per il 95.74% in Energy, from biomass gassification Paolo Neri

37 La valutazione del danno ambientale Paolo Neri

38 Il bilancio ambientale ed energetico per m 3 di Syngas Bilancio ambientale Danno totale: 0, Pt Human Health: Pt (6.25%) Ecosystem Quality: Pt (61.85%) Resources: Pt (31.9%) Bilancio energetico Energia teorica disponibile: MJ- Energia non rinnovabile usata: MJ= Energia reale disponibile: MJ Rapporto output/input: 5.037/ 0.599=8.41 Paolo Neri

39 Conclusioni Entrambi gli studi dimostrano che l’energia prodotta dalla fonte energetica ottenuta dalla biomassa è maggiore dell’energia non rinnovabile consumata per la produzione della fonte energetica Entrambi gli studi dimostrano che l’energia prodotta dalla fonte energetica ottenuta dalla biomassa è maggiore dell’energia non rinnovabile consumata per la produzione della fonte energetica La parte maggiore del danno è in Ecosystem Quality e, in particolare in land use: necessità di limitare la produzione di energia La parte maggiore del danno è in Ecosystem Quality e, in particolare in land use: necessità di limitare la produzione di energia In entrambi i casi il gassificatore è stato supposto vicino ai campi dove avviene la coltivazione della biomassa: necessità di usare la fonte da biomassa in prossimità della produzione In entrambi i casi il gassificatore è stato supposto vicino ai campi dove avviene la coltivazione della biomassa: necessità di usare la fonte da biomassa in prossimità della produzione Paolo Neri

40 Un parere Il problema energetico non si risolve con le biomasse Il problema energetico non si risolve con le biomasse o con le fonti alternative ma con la riduzione dei consumi o con le fonti alternative ma con la riduzione dei consumi energetici energetici La riduzione dei consumi energetici si ottiene con un nuovo La riduzione dei consumi energetici si ottiene con un nuovo modello di sviluppo che tenga conto delle esigenze modello di sviluppo che tenga conto delle esigenze di tutti i cittadini del mondo di tutti i cittadini del mondo La terra rimane la fonte primaria per soddisfare i bisogni La terra rimane la fonte primaria per soddisfare i bisogni alimentari del mondo alimentari del mondo


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