UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN. Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio L’analisi del ciclo di vita (LCA) della produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia Relatore: Ch.mo prof. Raffaele Cavalli Correlatore: Ing. Paolo Neri Laureando: Federico Alessandri In collaborazione con Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente

Obiettivo dello studio Valutazione impatto ambientale convenienza energetica costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia con il metodo LCA - Life Cycle Assessment (norma europea UNI EN ISO 14040)

Il metodo LCA “ Processo che permette di valutare gli impatti ambientali associati ad un prodotto, processo o attività, attraverso l’identificazione e la quantificazione dei consumi di materia, energia ed emissioni nell’ambiente.” (SETAC, 1991)

Il metodo LCA CICLO DI VITA: “From cradle to grave” Materie prime Fase di produzione: Realizzazione Uso Fase d’uso: Dismissione Fase di fine vita: Riutilizzo, riciclo, smaltimento…

Il metodo LCA 1 - Fase preliminare 2 - Inventario 3 - Elaborazione dati

Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto Elaborazione dati Alle sostanze catalogate nell’inventario vengono assegnate una o più categorie di impatto Classificazione Caratterizzazione Sostanza x Fattore di Caratterizzazione Il risultato della caratterizzazione viene rapportato ad un valore di riferimento Normalizzazione Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto Valutazione

Applicazione del metodo al sistema oggetto di studio LCA al sistema oggetto di studio

Obiettivo dello studio 1 - Fase preliminare Obiettivo dello studio Valutazione impatto ambientale convenienza energetica costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia

Sistema oggetto di studio 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio Coltivazione soia presso Azienda Piva di S.Stino di Livenza Produzione Biodiesel presso Cereal Docks S.p.a di Camisano Vicentino Combustione Biodiesel rapporto EPA

Sistema oggetto di studio 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio Tipo agricoltura: convenzionale Coltivazione Resa: 4,5 t/ha

Sistema oggetto di studio 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio Soia lavorata: 900 t/d Fasi considerate: -essiccazione -estrazione (c.p: farina) -raffinazione(c.p: lecitina) -esterificazione(c.p: glicerina) Produzione biodiesel

Sistema oggetto di studio Combustione biodiesel 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio Fonti: Banca dati -Rapporto EPA:“A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions” Combustione biodiesel

1 - Fase preliminare Unità funzionale: 1 MJ produzione soia (4,5t/ha) produzione energia (1 MJ) Confini del sistema: Azienda Piva - Ceral Docks –Rapporto EPA - Letteratura Dati: banca dati di SimaPro7 software SimaPro 7.0 Strumento elaborazione dati:

2 - Inventario Glicerina Lecitina Farine d’estrazione

Inventario Soy beans, at farm (S.Stino di Livenza) Unità funzionale: 4500 kg Processo Risorse: -Occupation, arable, non-irrigated; -Fertilizzanti; Pestidici; Lavorazioni; Emissioni / Assorbimenti: -acqua; -aria; -suolo Prodotti evitati: -N,K,P

Produzione biodiesel Essiccazione Unità funzionale: 1 t soia Sottoprocessi: -Impianto essiccazione Silos Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S Electricity LV use in I + imports 2005 Transport, lorry 28t/CH S

Produzione biodiesel Estrazione Unità funzionale: 0,18915 t olio Coprodotto: 0.8185 farine di estrazione Sottoprocessi: -Impianto estrazione -Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S Electricity LV use in I + imports 2005 AF+_Essiccazione : 1.031 t soia AF_Correzione allocazione CO2: -357,74 Sostanze -Hexane (technical):1kg

Produzione biodiesel Raffinazione Unità funzionale: 0,9453 t olio raffinato Coprodotto: 0,0547 t lecitina Sottoprocessi: -Impianto Raffinazione -Steam, for chemical processes, at plant/RER S Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S Electricity LV use in I + imports 2005 AF+_Estrazione olio con coprodotto farina: 1 t

Produzione biodiesel Esterificazione Unità funzionale: 1,0045 t biodiesel Coprodotto: 0,103 t glicerina Sottoprocessi: -Impianto esterificazione Steam, for chemical processes, at plant/RER S Electricity LV use in I + imports 2005 AF+_Raffinazione con coprodotto lecitina : 1 t olio raffinato Materiali: -metanolo:103 kg -sodio metilato:10 kg

Combustione Unità funzionale: 1kWh Emissioni in aria: Monossido di carbonio Ossidi di azoto Particolato > 10 Particolato compreso tra 2,5m e 10 m Particolato < di 2.5 m Calcolate su stime di variazioni del diesel

Calcolate attraverso formule empiriche Acetaldeide Acroleina Benzene Butadiene Esano Etil-benzene Formaldeide Naftalene Stirene Toluene Xilene Idrocarburi Calcolate attraverso formule empiriche Esempio: Toxic (g/bhp-hr) = {a×(% biodiesel)+b} × {1+1×{exp[-0.011195×(vol% biodiesel)]-1}} Anidride carbonica : 280 g* 0,77 *3.66 = 790,53 g di CO2

Bilancio CO2 CO2 EMESSA: 1 kg * 0,77 * 44/12 = 2,772 kgCO2/kgbiod CO2 ASSORBITA: 1,42 kg di CO2/kg soia (banca dati) Possibili cause: -allocazione fatta sulla massa e non sul contenuto in carbonio; -sottostima del valore 1,42 kgCO2/kg granella; -contributo del carbonio del metanolo;

3- Elaborazione dati: Il metodo Eco-indicator 99 Categorie di impatto Categorie di danno

Analisi dei risultati

Eco-indicator 99 0,017884 Pt Impatto totale: Land Use Carcinogens 43,53% Human Health 40,96% Ecosystem Quality 15,51% Resources Land Use Carcinogens Respiratory inorganics

Efficienza energetica: 1MJ = 0.64609 MJ non rinnovabile Eco-indicator 99 Efficienza energetica: 1MJ = 0.64609 MJ non rinnovabile Energeticamente conveniente

EPS 2000 0,0622881 Pt Impatto totale: 55,9% Abiotic Stock Resource 40,24% Human Health 3,39% Ecosystem Production Capacity 0,48% Biodiversity Energia 1MJ= 0,670993 MJ non rinnovabile

IMPACT 2002+ 0,017884 Pt Impatto totale: 74,55% Human Health 10,22% Ecosystem Quality 8,06% Climate Change 7,15% Resources

EDIP/UMIP 97 Impatto totale: 0,0014752 Pt + 0,001905201 Pt (Resources) 31,32% Ecotoxicity soil chronic 25,63% Human toxicity soil 11.69% Ecotoxicity water chronic 11,67% Ecotoxicity water acute 2.31% Global warming 0.05% Ozone depletion layer 22,57% Resources

Analisi di sensibilità

Confronti Allocazione di massa Confronto biodiesel-diesel con unità kWh Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI Allocazione energetica Confronto tra allocazioni per kWh Confronto tra allocazioni con unità PCI Confronto tra diesel e biodiesel con allocazione energetica

Confronto biodiesel - diesel con unità kWh Ecoindicator-99 Vantaggio ambientale: 30,35% Consumo non rinnovabili: 0.644MJ

Confronto biodiesel - diesel con unità kWh EPS Vantaggio ambientale: 42.52%

Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI Vantaggio ambientale: 26,05% Consumo non rinnovabili: 0,2233MJ VANTAGGIO ENERGETICO

Confronto tra allocazioni per kWh Allocazione di massa inferiore 96,46% Allocazione energetica Consumo non rinnovabili: 1,08021 MJ SVANTAGGIO ENERGETICO

Confronto tra allocazioni con unità PCI Allocazione di massa inferiore 96,46% Allocazione energetica Consumo non rinnovabili: 0,373344 MJ VANTAGGIO ENERGETICO

Svantaggio sul Diesel: Confronto diesel e biodiesel con allocazione energetica PCI Svantaggio sul Diesel: 45,28% VANTAGGIO ENERGETICO

Analisi dei costi esterni

Analisi dei costi esterni   Metodo: EPS Human Health [€] Abiotic stock resource [€] Biodiversity [€] Ecosystem Prod. Capacity [€] Combustione biodiesel 0,0250639 0,0348168 0,000297609 0,00210988 Metodo: Eco-indicator99 Human Health[€] Resources[€] Ecosystem Quality[€] (costo su base europea) 0,0112429 0,00103043 0,000371921 Combustione bidiesel (costo su base mondiale) (0,0112429/380 E6) * 6.3E9 =0,186395 (0,00103043/380E6)*6.3E9 = 0,017083 (0,000371921/380E6)*6,3E9 = 0,006166

CONCLUSIONI Analisi con i 4 metodi: Human Health: ox azoto e particolato 2,5 micron dalla combustione; Ecosystem Quality: land use; Resources: metanolo e trasporto;

Analisi di sensibilità Biodiesel / Diesel (kWh): -Eco-indicator: 30% -EPS 42,52% Vantaggio sulle risorse evitate; Biodiesel / B20/Diesel (PCI): -Eco-indicator: : 26,05%

Allocazione energetica All.massa / All. energetica (kWh): - Sconvenienza energetica All.massa / All. energetica (PCI): Convenienza energetica Diesel/ All. energetica (PCI): - Maggior danno ambientale