LCA di un 1l di succo di pesca Analisi comparativa fra una filiera convenzionale e una filiera con produzione integrata di bioenergia da scarti Autori: De Menna Fabio - DISTAL, Università di Bologna Neri Paolo - LCAlab Tutor: Vittuari Matteo - DISTAL, Università di Bologna Litido Maria - ENEA, Centro Ricerche Bologna

Sommario Introduzione: biomassa, bioenergia e sostenibilità Obiettivi e metodologia Inventario delle filiere LCIA della filiera convenzionale Confronto con filiera integrata Confronto con filiera non integrata Analisi di sensibilità Conclusioni

Biomassa, bioenergia e sostenibilità Crescita dell’uso di biomassa per la produzione di bioenergie soprattutto per sicurezza energetica e cambiamento climatico (Edenhofer et al., 2012) Sostenibilità largamente dipendente da tipologia di produzione dei feedstocks, conversione energetica e supply chain: in alcuni casi impatti su deforestazione, competizione uso dei suoli e risorse, perdita di biodiversità, etc. (Bucholz et al., 2009; Rosillo-Calle et al. 2008)

Biomassa, bioenergia e sostenibilità Crescente tendenza allo sviluppo di indicatori e lineeguida che favoriscano una maggiore sostenibilità ambientale, economica e sociale ( GBEP, 2011; Scarlat and Dallemand, 2011 ) Esempi di proposte: EU Directive 2009/28/EC, che stabilisce alcuni criteri minimi (-35% GHG; no food vs. fuel; biodiversità; protezione ambiente; prosperità economica) Congelamento produzione 1° generazione biofuel Blocco dei sussidi Uso non-food crops

Focus su scarti e biomassa esistente: utilizzo di residui del settore agroalimentare e forestale vs. coltivazione di energy crops Possibili vantaggi: no crescita uso del suolo; possibilità di integrazione con attività esistenti (es. prod. di cibo); > indipendenza energetica; Possibili esternalità negative: particolato e altre sostanze inquinanti; impatto su paesaggio (aree rurali); smaltimento di prodotti ancora edibili; Biomassa, bioenergia e sostenibilità

Obiettivi dello studio Valutazione del danno ambientale del ciclo di vita del nettare di pesca, con focus su –aspetti energetici; –spreco di cibo edibile. Confronto fra filiere con diversi utilizzi degli scarti: –F. convenzionale: produzione del succo di pesca e smaltimento tradizionale degli scarti (spargimento al suolo nella coltivazione, compostaggio e mangimistica nella trasformazione, acque reflue nella distribuzione e nel consumo) –F. integrata: produzione del succo di pesca e di energia rinnovabile da scarti per autoconsumo –F. non integrata: produzione di succo di pesca e vendita degli scarti a produttori di energia (no autoconsumo)

Funzione e confini del sistema Funzione principale è alimentare => UF 1l di nettare di pesca consumato I confini del sistema includono tutti segmenti dalla raccolta delle materie prime alla dismissione di tutti gli scarti: –Conv.: coltivazione, trasformazione, distribuzione, consumo e fine vita degli scarti delle diverse fasi –Integr. & Non integr.: inclusione delle produzioni di energia (con o senza autoconsumo)

Qualità dei dati I dati utilizzati sono stati raccolti in letteratura, disciplinari di produzione, web In mancanza di dati sono state fatte delle ipotesi Ca. 60 processi creati (es: 11 proc. di trasformaz) Uso e/o modifica di processi Ecoinvent

Metodologia Codice: SimaPro Database: Ecoinvent 2.2 LCIA condotto con metodo IMPACT modificato e nuovo indicatore: –Fabbisogno calorico recuperabile: misura lo spreco di cibo in kcal alimentari da scarti edibili, impatto in Human Health come mancato apporto calorico

LCI F. convenzionale: alcuni aspetti 1 processo che rappresenta la filiera (Peach nectar, farm to fork) con i segmenti separati inclusi come sottoprocessi: –Coltivazione (UF 240t di pesche in 20 anni): fertilizzanti, pesticidi e lavorazioni (dati disciplinari, calcolo emissioni su modelli Ecoinvent e distribuzione comparti Mackay); consumi energetici di un capannone 2% di non raccolto (dati ISTAT) tradotto in kcal (INRAN); potature al suolo: difficile tradurre come apporto SO e MP –Trasformazione (UF 3697 brik di nettare): 13 fasi lavoraz. con consumi di acqua ed energia da dati produttori macchinari; smaltimento scarto in mangimistica e compost; –Distribuzione (UF 3660 brik distribuiti): modellato su base LCAfood.dk; scarto da dati fatturato settore, smaltimento in reflue; –Consumo (UF 0,99 l di nettare consumato): modellato su base LCAfood.dk; ipotesi di scarto 1%, smaltimento in reflue.

LCI F. integrata - energie evitate Filiera integrata (produz. e autoconsumo di energia) rappresentata secondo due differenti modalità: prodotto evitato vs. coprodotto Inventario include in entrambi i casi entrambe le produzioni (cibo e energia) negli stessi processi Filiera con energie evitate: 1 processo con i 4 segmenti come sottoprocessi Inclusione nei sottoprocessi delle energie elettrica e termica cogenerate dagli scarti come prodotti evitati (elett. da rete e termica da gas) e come input: –Cogenerazione da cippato di potature nella coltiv. –Cogenerazione da biogas da scarti pesca in trasf. distrib. e cons.

LCI F. integrata - energie coprodotte Filiera rappresentata dal processo Peach nectar, integrated bioenergy, farm to fork (coproduct), con UF = 0,99l di nettare consumato Processi che rappresentano i segmenti sono multi output, con prodotto principale (pesche o succo) e coprodotti (energia elettrica, termica e scarti), criterio di allocazione economica Struttura dei processi: no segmenti come sottoprocessi sequenziali ma serie di processi concatenati (a cascata) per l’adozione del coprodotto: –Ripartizione del danno fra i vari output in ogni segmento –Nel segmento successivo, l’allocazione ripartisce il danno del segmento precedente fra i vari output Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni a cascata Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è stato realizzato

LCI F. integrata - energie coprodotte Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni a cascata Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è stato realizzato A diff. della filiera con energie evitate, autoconsumo rappresentato mediante sostituzione degli input energetici della filiera conv. con i coprodotti stessi (es. “electricity from peach prunings” vs. “electricity, low voltage at grid”) Autoconsumo e ripartizione del danno per allocazione => una parte del danno viene reinserito nella filiera stessa: –annullamento dell’effetto dell’allocazione nel caso tutta l’energia coprodotta sia consumata –aumento dell’effetto all’aumentare dell’eventuale surplus

LCI F. non integrata - scarti coprodotti e filiere energie Prod. alimentare e prod. energie rinnovabili collegate ma separate F. alimentare => succo e scarti come coprodotti (all. economica e concatenazione) 2 f. energetiche => scarti utilizzati per la produzione di energia elettrica e termica Obiezione: comparabilità dei sistemi vs. focus su impatti congiunti

LCIA: Network - F. convenzionale

LCIA Caratt. - F. convenzionale

Carcinogens, Ozone layer depletion, Respiratory organics: danno dovuto principalmente alla produzione del contenitore Non-Carcinogens: dovuto principalmente a emissioni da incenerimento packaging, coltivazione e compost Respiratory inorganics: derivante soprattutto da trasporti e produzione di energia Ionizing radiation: derivante da smaltimento rifiuti nucleari Acquatic ecotoxicity e Terrestrial ecotoxicity : pesticidi e metalli nella coltivazione Terrestrial acid/nutri: coltivazione e trasporti Land occupation: coltivazione di mais e barbabietola da zucchero Global warming, Non-renewable Energy Mineral extraction : dovuto all’energia per la trasformazione e per il capannone Fabbisogno calorico recuperabile: per il 38.72% in distribuzione

LCIA: Damage ass. - F. convenzionale HHEQCCRESER E-7 DALY PDF*m2*yr kgCO2eq MJ MJ

LCIA: Single score - F. convenzionale Danno tot: Pt dovuto per il 30.06% alla coltivaz., per il 53.21% alla trasformazione, per l’8.19% alla distribuzione e per l’8.54% al consumo Categorie di danno: 14.09% a Human Health, 48.64% a Ecosystem Quality, 17.78% a Climate change e 19.49% a Resources.

F. convenzionale vs. F. con riciclo Il processo con il riciclo produce un impatto maggiore del 3%, a causa di Terrestrial ecotoxicity e Non-carcinogens, (+ 176,5% e + 21,48%), per la maggiore emissione di metalli pesanti nella produzione del compost. Nella categoria Non-renewable energy si registra un aumento del danno dell’1,18%, a causa del maggior consumo di energia.

LCIA: Damage ass - Confronto 2 filiere

In Human Health la differenza è dovuta a Sulfur dioxide in aria, nei processi di combustione di carburanti fossili nelle centrali elettriche, che nel caso del “prodotto evitato” e del “coprodotto”, si riducono per effetto rispettivamente dell’energia evitata e dell’utilizzo delle energia coprodotte e dell’allocazione del surplus. In tutti e 3 i casi, la categoria d’impatto che produce il danno massimo è Respiratory inorganics. In Ecosystem quality la differenza è dovuta principalmente a Zinc nel suolo, perché scompare il processo di compostaggio. In tutti e 3 i casi, la categoria d’impatto che produce il danno massimo è Land occupation. Inoltre si registra la maggiore riduzione del danno nella categoria Terrestrial ecotoxicity. In Climate change il “convenzionale” produce il danno massimo (0,90941 kgCO2eq) e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (0,60414 kgCO2eq) In Resources il “convenzionale” produce il danno massimo (15,309 MJ primary) e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (9,5433 MJ primary). In Energia rinnovabile il “convenzionale” produce il danno massimo e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (vedi caratterizzazione per Energia rinnovabile).

LCIA: Single score - Confronto 2 Filiere

 Danno totale:  0, Pt per il “convenzionale”,  0, Pt per il “prodotto evitato” (pari a una riduzione del 15,73% rispetto al “convenzionale” e del 2,76% rispetto al “coprodotto”)  0, Pt per il “coprodotto” (pari a una riduzione del 13,33% rispetto al “convenzionale”).  Il “convenzionale”ca. il 50% del danno è dovuto alla categoria Ecosystem quality, seguita da Resources, Climate change e Human health  In “prodotto evitato” e “coprodotto” il danno dovuto a Ecosystem quality, pur ridotto in termini assoluti, assume maggiore peso, a causa della maggiore riduzione del danno nelle categorie Climate change e Resources  La produzione integrata delle bioenergie (e il loro autoconsumo) ha maggiori benefici in termini di risorse ed emissioni di gas a effetto serra, rispetto agli impatti in termini di salute umana e di qualità dell’ecosistema

LCIA: Single score - Confronto 3 Filiere La f. non integrata produce il danno totale massimo (0, Pt), pari a un +1,31%, +20,22% e +16,9% rispetto al “convenzionale”, al “prodotto evitato” e al “coprodotto”; Per quanto riguarda le singole categorie di danno, la filiera non integrata presenta il danno massimo in tutte le categorie, eccezione di Ecosystem quality (per mancanza compostaggio)

LCIA: Single score - Confronto fra elettricità da rete e da scarti Danno inferiore del 63,94%: riduzione maggiore in Resources (-86,85%) e Climate change (-77,88%) In Ecosystem quality (5% del danno totale dell’elettricità da rete), danno circa il doppio imputabile principalmente alla categoria d’impatto Land occupation

LCIA: Single score - Confronto fra termica da gas e da scarti Danno inferiore del 77%: riduzione maggiore in Resources (-97%) e Climate change (-93%). In Human health (7% del danno totale dell’energia termica da gas), il danno è maggiore del 52%, in particolare per Respiratory inorganics, a causa delle maggiori emissioni di Particulates, <2,5um in aria e Ammonia in aria, derivanti dai processi di produzione di bioenergia

Conclusioni Autoproduzione e autoconsumo di energia portano a riduzione maggiore del danno Nel caso di mancato autoconsumo, si ha un aumento del danno totale, a meno che il mix energetico nazionale non cambi In generale, la produzione di energia da scarti della filiera agroalimentare sembra rispondere a requisiti di sostenibilità

Conclusioni 2 Prodotto evitato vs. coprodotto: –energie evitate: annullamento dell’energia da rete e da gas consumata + effetto del surplus –energie coprodotte: riduzione per sostituzione dell’energia con i coprodotti e lieve vantaggio derivante da surplus (esce dal sistema) –il vantaggio del “prodotto evitato” scompare quando le energie evitate non incidono sulla categoria di impatto considerata e, in questo caso passa al “coprodotto