Studente: GIORGIO ROSATI Correlatore: PAOLO NERI Correlatore: MARIA LITIDO Referente: Prof. PLACIDO MUNAFÒ

OBIETTIVI DELLO STUDIO Gli elementi vetrati hanno una vita utile limitata, obiettivo dello studio è ricercare una forma di riutilizzo che sia effettivamente vantaggiosa dal punto di vista dell’impatto ambientale. Mediante prove di laboratorio stabilire l’effettiva possibilità di progettare fine vita diversi da quelli correntemente realizzati. Eseguita un’analisi di mercato delle tipologie di elementi commercializzati si intende realizzare un confronto tra gli stessi in merito all’impatto ambientale prodotto nel corso dell’intero ciclo di vita.

ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO ESECUZIONE DEI TEST IN LABORATORIO Sviluppo di una metodologia operativa di smantellamento dei manufatti ordinari e separazione delle componenti fondamentali Monitoraggio dello stato di degrado del deposito sottoposto a diverse condizioni ambientali (diverse tipologie di ambienti aggressivi). Determinazioni delle prestazioni fisiche dell’elemento deteriorato. Progettazione (qualora si evidenziasse la fattibilità del punto 1) di una metodologia di riutilizzo dell’elemento. Determinazione di un processo di controllo di qualità dell’elemento al termine della vita utile del manufatto vetrocamera.

ESECUZIONE DEI TEST IN LABORATORIO PROVA n. 1 Procedure per separare un vetrocamera nelle sue componenti essenziali. Dovranno però essere speditive, non distruttive e semplici da realizzare. Metodologie adottate: taglio meccanico riscaldamento in acqua e taglio meccanico riscaldamento in acqua con ausilio di ultrasuoni e taglio meccanico acido acetico e taglio meccanico METODOLOGIA 1: taglio meccanico METODOLOGIA 2: riscaldamento in acqua e taglio meccanico

ESECUZIONE DEI TEST IN LABORATORIO PROVA n. 2 GIORNO 4 GIORNO 3 GIORNO 2 GIORNO 1 CARATTERISTICHE RISCONTRATE

ESECUZIONE DEI TEST IN LABORATORIO PROVA n. 3 TEST SPETTROFOTOMETRO UV-VISIBILE TEST SPETTROFOTOMETRO INFRAROSSO Dall’analisi degli spettri di assorbimento si nota come il vetro deteriorato presenti le medesime proprietà nell’UV visibile, diventando invece molto meno riflettente nel lontano infrarosso.

ESECUZIONE DEI TEST IN LABORATORIO PROVA n. 4 Metodologia di riutilizzo dell’elemento: smontaggio dell’elemento con tecnica TAGLIO MANUALE rimozione del profilo distanziatore asportazione dei sali disidratanti effettuazione di un ciclo di riscaldamento per i Sali (5 0re a 300°) raschiatura del vetro nelle zone a contatto con i sigillanti riassemblaggio del manufatto (metodologia tradizionale) PROVA n. 5 Metodologia controllo qualità: Controllo ottico del vetro con deposito e nel caso fossero presenti macchie di grandezza superiore a 0,5 mm sostituire l’elemento.

ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO LCA Analisi dettagliata dei componenti costitutivi degli elementi vetrati Confronto tra gli impatti ambientali prodotti dalle varie soluzioni presenti nel mercato Analisi di sensibilità su un manufatto particolarmente rappresentativo al variare di alcune caratteristiche costitutive

LCA I CAMPIONI DA STUDIARE Campioni derivanti dalla ricerca di mercato, rappresentano una completa sintesi dell’offerta. Ci sono anche elementi che sebbene poco venduti a causa della recente introduzione sul mercato potrebbero essere invece largamente utilizzati in futuro.

LCA IL SERRAMENTO (IL SISTEMA) Per effettuare il calcolo del fabbisogno energetico di un vetro, in base alla norma UNI 10077-1 del 2007, non si può prescindere dalle caratteristiche del telaio, come evidenziato dalla seguente formula: Di conseguenza si è utilizzato il telaio in legno presente nella banca dati EcoInvent per la parte relativa alla tecnologia costruttiva, e per la trasmittanza termica, mentre le informazioni mancanti (permeabilità all’aria) sono state tratte dalle schede tecniche della ditta Cormo soc. Coop telaio S1. Il serramento ha un’area di 1,5 m2, con 1 m2 di superficie vetrata e 0,5 m2 di telaio, è posto ad Ancona ed è rivolto verso Sud, per 30 anni. Il pannello vetrato è il campione 6-A.

ANALISI DI SENSIBILITÀ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044 La Metodologia LCA OBIETTIVO UNITA’ FUNZIONALE FUNZIONE DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA ISO 14040 INVENTARIO ISO 14040 ENERGIE PROCESSI MATERIALI Competenze: INGEGNERIA, ECONOMIA, FISICA, SC. AMBIENTALI, SC. NATURALI, BIOLOGIA, ARCHITETTURA, CHIMICA, MEDICINA, STORIA, EMISSIONI E RISORSE VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044 CLASSIFICAZIONE CARATTERIZZAZIONE DAMAGE ASSESMENT NORMALIZZAZIONE VALUTAZIONEDEL DANNO ANALISI DI SENSIBILITÀ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044

Caratterizzazione, damage assessment, normalizzazione, valutazione LCA IL CODICE DI CALCOLO SIMAPRO LCA COME PROCESSO Resources Processing INPUT Material Energy Transport OUTPUT Emission to air Emission to water Emission to soil Final waste flow Non material emis Social issues Economic issues DISPOSAL Waste Treatment LCA Caratterizzazione, damage assessment, normalizzazione, valutazione Metodi di Calcolo

LCA I METODI DI VALUTAZIONE UTILIZZATI Eco-Indicator 99 Impact 2002+ Sviluppatore: Prè su commissione del Min.Ambiente olandese Uno dei più diffusi a livello europeo Valutazione attraverso un valore sintetico, basato su 3 categorie di danno a loro volta ripartite in categorie di impatto(approccio endpoint)organizza le informazioni semplifica l’interpretazione dei risultati Paesi bassi Sviluppatore: Swiss Federal Institute of Technology Valutazione: Il metodo è l’evoluzione di EcoIndicator 99. Ne differisce soprattutto per la categoria Climate Change (in Kg CO2 eq). Le unità di misura degli indicatori scaturiscono dal confronto con sostanze di riferimento (sostanze equivalenti) Impact 2002+ Svizzera Sviluppatore: Swedish Environmental Research Institute Valutazione del danno in termini di “disponibilità a pagare”. L’unità di misura del danno complessivo è l’ELU (Environmental Load Unit) che restituisce direttamente il valore monetario del danno EPS 2000 Svezia Sviluppatore: governo danese in collaborazione con imprese private Valutazione: approccio midpoint (si basa su categorie di impatto disaggregate, anche se sommabili con unità di misura Pt). Le risorse vengono trattate in un metodo a sé stante (EDIP 97 Only Resources) EDIP 2003 Danimarca Sviluppatore: international panel of climate change (sede in Svizzera) Valutazione: comprende solo fattori di caratterizzazione per il potenziale di riscaldamento globale diretto emessi in aria. IPCC 100A 2007

Obiettivi dello studio LCA IL CASO DI STUDIO Obiettivi dello studio Valutazione del danno ambientale prodotto dal campione 6-A LCA “Cradle to Grave”: dall’estrazione delle materie prime alla produzione del prodotto, all’uso che del prodotto viene fatto, e alla dismissione Confini del sistema Unità funzionale 1,5 m2 di infisso per 30 anni Alcuni dati sono tratti dalla banca dati EcoInvent (dati generici), altri sono dati specifici. Qualità dei dati Metodi Tutti i 5 metodi modificati dal gruppo di studio Processi Alcuni processi sono stati creati, altri sono stati tratti da banca dati

LCA I PARAMETRI La necessità di dover cambiare le caratteristiche fisiche dei serramenti per poter creare i diversi elementi da confrontare ha fatto si che fin dall’inizio si sia fatto largo uso dei parametri.

LCA INVENTARIO Produzione Fase d’uso Fine vita Elemento vetrato Telaio Trasporti Manutenzione Consumo energetico vetro Fase d’uso Consumo energetico telaio Consumo energetico contatto vetro telaio Rigenerazione zeolite Fine vita Smaltimento vetro Smaltimento telaio

Consumo energetico del solo vetro Energia trasmissione Estiva Invernale Estiva Energia Irraggiamento Invernale

Consumo energetico del contatto vetro-telaio Energia trasmissione Estiva Invernale Estiva Energia Permeabilità Invernale

Consumo energetico del telaio Energia climatizzazione Estiva Invernale

LCA RISULTATI CON I 5 METODI DI VALUTAZIONE Grafico del single score ottenuto con EDIP 2003 Grafico del single score ottenuto con EPS 2000 Grafico del single score ottenuto con Impact 2002+ Grafico del single score ottenuto con Eco-Indicator 99 Grafico del single score ottenuto con IPCC 100a 2007

LCA RISULTATI CON I 5 METODI DI VALUTAZIONE - CONCLUSIONI Dall’analisi dei risultati si nota che: con tutti i Metodi il danno massimo è dovuto all’esaurimento delle risorse. Con tutti i Metodi ad esclusione di EDIP 2003 il processo che produce il danno massimo è l’energia dovuta al fabbisogno invernale a causa della trasmissione nel vetro. Con EDIP 2003 diventa più impattante la produzione del telaio. Con IPCC il danno vale 996,04677 kg CO2 eq. Il processo che produce il danno massimo è quello del fabbisogno invernale dovuto al vetro e alla trasmissione del calore.

LCA IL PROCESSO DIVISO PER FASI (RISULTATI) Grafico del single score ottenuto con EDIP 2003 Grafico del single score ottenuto con Eco-Indicator 99 Dall’analisi dei risultati si nota che: Con tutti i Metodi il danno massimo è quello dovuto alla fase di uso. Con EDIP 2003 il danno della fase di produzione si avvicina, però, a quella di uso a causa del peso minore dato dal Metodo modificato alla valutazione di risorse e combustibili fossili. La fase di produzione produce un danno la cui percentuale varia da un minimo di 8.9% con IPCC 100a 2007 ad un massimo del 42.24% con EDIP 2003.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (1) CONFRONTO SU QUANTITÀ DI VETRO DA RIFIUTI (0%-50%) NELLA PRODUZIONE DEL VETRO Confronto eseguito con Impact 2002+. L’elemento a sinistra rappresenta il campione 6-A in cui il vetro è prodotto con il 50% in peso di macinato di vetro, mentre l’elemento a destra è il campione 6-A realizzato con vetri prodotti da materie prime vergini. Il danno ambientale vale rispettivamente 0,25771 Pt contro 0,25795 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (2) IL TIPO DI GAS DI RIEMPIMENTO (ARIA, ARGON O VUOTO) Confronto eseguito con Impact 2002+. L’elemento a sinistra rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 5-A (vetrocamera doppio in cui il gas basso emissivo è aria), l’elemento al centro rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 6-A (vetrocamera doppio in cui il gas basso emissivo è argon), l’elemento a destra rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 12 vetro evacuato (vetrocamera doppio in cui la camera interna è posta a bassa pressione). Il danno ambientale vale rispettivamente 0,27469 Pt, 0,25795 Pt, 0,24686 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (3) IL MATERIALE CHE COSTITUISCE IL PROFILO DISTANZIATORE (AL, POLIPROPILENE O POLIISOBUTILENE) Confronto eseguito con Impact 2002+. L’elemento a sinistra rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 6-A (vetrocamera doppio il cui profilo distanziatore è realizzato in alluminio), l’elemento al centro rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 6-B (vetrocamera doppio il cui profilo distanziatore è realizzato in polimero acciaio), l’elemento a destra rappresenta il danno ambientale prodotto dal campione 11 distanziatore trmoplastico (vetrocamera doppio il cui profilo distanziatore è realizzato in materiale polimerico). Il danno ambientale vale rispettivamente 0, 25799 Pt, 0,2494 Pt, 0,2469 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (4) IL MATERIALE DEL DEPOSITO (TIN-AG-TIN, IN2O3 E TIO2) Confronto eseguito con Impact 2002+. Il primo vetrocamera presenta un deposito basso emissivo hard-coat (realizzato con Triossido di Indio), il secondo un deposito a controllo solare hard-coat (realizzato con dissido di Titanio), il terzo presenta un deposito basso emissivo soft-coat (realizzato con due strati di Nitruro di Titanio tra cui è stato interposto uno strato di Argento) e il quarto un deposito a controllo solare soft-coat (realizzato con dissido di Titanio). Il danno ambientale vale rispettivamente 0,3794 Pt, 0,47815 Pt, 0,2469 Pt, 0,32843 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (5) IL NUMERO DI VETRI (VETRO SINGOLO, DOPPIO, TRIPLO) Confronto eseguito con Impact 2002+. Confronto tra gli impatti prodotti dai cicli di vita di un serramento con vetro singolo, con vetro doppio e con vetro triplo. Il danno ambientale vale rispettivamente 0,50246 Pt, 0,34439 Pt, 0,29231 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (6) IL MATERIALE POLIMERICO INTERPOSTO CHE SOSTITUISCE IL VETRO DI MEZZO Confronto eseguito con Impact 2002+. Confronto tra un serramento con triplo vetrocamera basso emissivo (due camere d’aria) ed un serramento con vetrocamera composto da due vetri piani all’interno dei quali viene interposto un sottile foglio realizzato in materiale polimerico, che quindi va a formare due camere d’aria con i due vetri di cui prima. Il danno ambientale vale rispettivamente 0,50246 Pt, 0,23145 Pt, 0,20852 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (7) ANALISI SCENARI FINE VITA Sono stati analizzati quattro possibili scenari di fine vita: Lo scenari correntemente realizzato, nessun genere di riciclaggio (difficoltà separazione componenti), nessun genere di rigenerazione Riciclaggio di alcune delle componenti, nessun genere di rigenerazione Riciclaggio di alcune delle componenti, rigenerazione del vetrocamera senza rigenerazione dei setacci molecolari Riciclaggio di alcune delle componenti, rigenerazione completa del vetrocamera (fine vita più virtuoso)

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (8) OPERAZIONE DA EFFETTUARE SUL VETRO DOPO 15 ANNI (SOSTITUZIONE O RIGENERAZIONE) Confronto eseguito con Impact 2002. Confronto tra lo stesso serramento con vetrocamera, sottoposto però a diverse operazioni allo scadere dei 15 anni di vita. Il vetrocamera del primo serramento viene infatti rigenerato, mentre il secondo no. Il danno ambientale vale rispettivamente 0,25795 Pt, 0,23145 Pt, 0,2661 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (9) OPERAZIONE DA EFFETTUARE SUL SERRAMENTO AL FINE VITA CIOÈ A 30 ANNI (RICICLO O SMALTIMENTO IN DISCARICA) Confronto eseguito con Impact 2002. confronto tra lo stesso serramento con vetrocamera, sottoposto però a diverse operazioni allo scadere dei 30 anni di vita. Per il primo vetrocamera viene effettuato il riciclo così come proposto dalla banca dati EcoInvent, per il secondo viene effettuato un riciclo in cui viene considerato come fonte di impatto ambientale solo la raccolta (allocando l’impatto relativo alla produzione del vetro riciclato al ciclo di vita del nuovo vetro), nel terzo caso si valuta invece la dismissione in discarica con I relativi trasporti. Il danno ambientale vale rispettivamente 0,25795 Pt, 0,25347 Pt, 0,25382 Pt.

LCA ANALISI DI SENSIBILITÀ (10) CONFRONTO CON IMPACT 2002 DEI PROCESSI A PARITÀ DI VARIABILE. Confronto eseguito con Impact 2002. L’elemento che produce l’impatto ambientale più rilevante è il campione 1 (vetro singolo) con 0.503375 Pti mentre l’impatto minimo è generato da campione 13 (Heat Mirror) con 0.203184 Pti.

LCA ANALISI DEI COSTI INTERNI E DEI COSTI ESTERNI Metodo Human Health Ecosystem production capacity Abiotic stock resource / Resources Biodiversity / Ecosystem Quality Totale [€] EPS [ELU] 129.39 58.204 416.39 1.7013 605.69 Eco-indicator 99 [€] 13.623 - 27.154 0.26448 41.04148 Costi interni [€] 255.7 Dall’analisi dei risultati si nota che: i due metodi generano due valori di costo che differiscono di un fattore 15 Il costo interno è il 42.22% del costo esterno calcolato con EPS

LCA ESECUZIONE DELLA VALUTAZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE CON METODI MODIFICATI A tutti i Metodi considerati sopra, tranne IPCC, sono state apportate modifiche e aggiornamenti da parte degli autori stessi (aggiornamento 2011). Risultato esecuzione della valuazione: Dal confronto con il risultato ottenuto con la precedente versione di Eco-Indicator si nota che il danno totale aumenta (da 0.25885 Pt a 0,29232306Pt) ma la percentuale tra le diverse fasi cambia di poco. Dal confronto con il risultato ottenuto con la precedente versione di Impact si nota che il danno totale risulta pressoché uguale (passa da 0.25795 Pt a 0.26533 Pt), la percentuale tra le diverse fasi è costante. Dal confronto con il risultato ottenuto con la precedente versione di EPS si nota che il danno totale risulta simile (diminuisce da 553.31 Pt a 608.9 Pt), la percentuale tra le diverse fasi è costante. Dal confronto con il risultato ottenuto con la precedente versione di EDIP si nota che il danno totale aumenta da 5,7492 Pt a 9.9692 Pt, La fase di produzione diventa il 69.54% a scapito di quella di uso. Il Global warming rimane costante. L’aumento del danno totale è dovuto soprattutto a Resources a causa del cambiamento di alcuni coefficienti della normalizzazione e della valutazione.

LCA ESECUZIONE DELLA VALUTAZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE CON METODI MODIFICATI Si vuole tenere conto del fatto che il legno non può essere considerato come una risorsa inesauribile. In realtà nel periodo del suo ciclo produttivo il legno deve essere considerato esauribile: sono necessari almeno 30 anni perché il legno si riproduca a meno che non si aumentino le foreste certificate (riducendo quelle vergini) e non si consideri anche il legno che si ottiene dalla potatura dei boschi naturali. Il consumo di legno è stimato essere di 0.6 m3/anno pers. L‘indicatore Wood E’ stato modificato il Metodo IMPACT (IMPACT 2002+260611 wood (20 anni) 230711) introducendo nella caratterizzazione la categoria di impatto Wood con tutte le substances che contengono Wood esclusi i legni particolari (con fattore 1). Nel damage assessment si è introdotta la categoria di danno Wood (con fattore 1). Nella normalizzazione si è usato il fattore (1/0.6)=1.6667, Nella valutazione il fattore è 1/30=0.0333 per tenere conto che l’esaurimento del legno dura 30 anni se ottenuto da foreste certificate. Ricercaforestale (Il consumo e la produzione del legno)

LCA IL FOGLIO DI CALCOLO A partire dai risultati del calcolo del campione 6-A si è voluto impostare un foglio di calcolo che consenta di ottenere con buona approssimazione la valutazione dell’impatto ambientale di una diversa tipologia di superficie vetrata. Le variabili del sistema sono (Input): Area del vetro Area del telaio Area del serramento Perimetro del vetro Trasmittanza del vetro Trasmittanza del telaio Fattore solare Coefficiente di permeabilità dell’infisso Tempo di vita del serramento Le risultati de foglio sono (Output): Human Health Ecosystem Quality Climate change Resources Radioactive waste Danno totale Costo esterno

CONCLUSIONI GENERALI (1) Dallo studio effettuato si possono trarre le seguenti conclusioni generali: La metodologia del taglio meccanico risulta funzionale allo smontaggio dei manufatti. Il controllo di qualità dei vetri con deposito consta nella ricerca di punti bianche più grandi di 0,2mm I processi rappresentativi dei campioni studiati sono stati costruiti usando lo strumento dei parametri previsto da SimaPro. I parametri costituiscono gli input del sistema di cui interessa la variabilità. Con tutti i Metodi il danno massimo è dovuto all’esaurimento delle risorse. Con tutti i Metodi ad esclusione di EDIP 2003 il processo che produce il danno massimo è l’energia dovuta al fabbisogno invernale a causa della trasmissione nel vetro. Con EDIP 2003 diventa più impattante la produzione del telaio. Con tutti i Metodi il danno massimo è quello dovuto alla fase di uso. Con EDIP 2003 il danno della fase di produzione si avvicina a quella di uso a causa del peso minore dato dal Metodo modificato alla valutazione di risorse e combustibili fossili. La fase di produzione produce un danno la cui percentuale varia da un minimo di 8.9% con IPCC 100a 2007 ad un massimo del 42.24% con EDIP 2003. Elementi prestazionalmente più validi si rivelano in generale meno impattanti rispetto a elementi a prestazioni più contenute. L’elemento che produce l’impatto ambientale più rilevante è il campione 1 (vetro singolo) con 0.503375 Pti mentre l’impatto minimo è generato da campione 13 (Heat Mirror) con 0.203184 Pti. il vetro vergine produce un danno maggiore dell’11,82% di quello prodotto da vetro riciclato al 50% (rapporto calcolato sul solo vetro e non sull’intero serramento). Tra i diversi tipi di riempimento quello che produce il danno minimo è aria a bassa densità (vetro evacuato).

LCA CONCLUSIONI GENERALI (2) I depositi a controllo solare quelli (entrambi costituiti da TiO2 con diverso spessore) producono lo stesso impatto ambientale. Il deposito basso emissivo soft ottenuto con TiN-Ag-TiN produce un danno leggermente superiore a quello dei due depositi precedentemente considerati. Il deposito basso emissivo hard ottenuto con In2O3 produce un danno superiore a quello dei tre depositi precedentemente considerati. La minore trasmittanza ottenuta aumentando il numero di vetri diminuisce il consumo energetico dovuto alla trasmissione del calore. La separazione in materiale polimerico riduce il consumo di energia termica durante la fase d’uso. Ciò è dovuto al fatto che migliora la resistenza alla trasmissione del calore e diminuisce il fattore solare. La rigenerazione produce un impatto minore del 3,06% di quello della sostituzione (rapporto calcolato sul solo vetro e non sull’intero serramento). Il danno del riciclo è minore del 23.74% del danno della discarica (rapporto calcolato sul solo vetro e non sull’intero serramento). L’introduzione dell’indicatore Wood nel Metodo IMPACT per tenere conto del legame che la rinnovabilità del legno ha con il tempo, aumenta il danno dovuto al legno massello e riduce il vantaggio rispetto al legno riciclato.

LCA CONCLUSIONI GENERALI (3) La modifica ai Metodi fatta durante lo svolgimento del presente lavoro e che in pratica tende ad uniformare il criterio di IPCC 2007 usato per calcolare il Global warming, non produce sostanziali cambiamenti nei risultati ottenuti. Anche l’introduzione della categoria di impatto Wood, produce un danno piccolo. Invece il cambiamento dei coefficienti di normalizzazione di Eco-indicator 99 proposto dagli autori del Metodo, l’introduzione dei nuovi materiali in EDIP con un unico fattore di valutazione che preveda la riduzione del 5% dei consumi, producono un aumento di danno sensibile. Il foglio di calcolo permette di calcolare, con buona approssimazione, il danno rappresentato da 7 indicatori ambientali al variare di alcune variabili scelte in base a relazioni semplici tra l’unità funzionale del processo principale e l’Unità Funzionale dei sottoprocessi che lo compongono. I due metodi per il calcolo dei costi esterni generano due valori di costo esterno che differiscono di un fattore 15 Il costo interno è il 42.22% del costo esterno calcolato con EPS.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE