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 termica da combustione di biomassa legnosa Relatore: Ch.mo prof. Davide Pettenella Correlatore: Ing. Paolo Neri Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente In collaborazione con Laureanda: Alice Tanfoglio

Obiettivo dello studio Valutazione impatto ambientale impatto ambientale convenienza energetica convenienza energetica costo economico esterno costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato 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)

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

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

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

Applicazione del metodo LCA al sistema oggetto di studio

Obiettivo dello studio: Valutazione 1 - Fase preliminare impatto ambientale impatto ambientale convenienza energetica convenienza energetica costo economico esterno costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato

Sistema oggetto di studio: Impianto di produzione di energia termica di proprietà dell’Azienda Agricola Reffo (Dolo – VE) 1 - Fase preliminare Componenti principali: CALDAIA ARBORETO

Sistema oggetto di studio: 1 - Fase preliminare CALDAIA Potenza: 35 kW t Accumulo acqua calda: 1 m 3 Volumetria riscaldata: 1100 m 3 Energia / anno: MJ Potenza per automazione: 3 kW

Sistema oggetto di studio: 1 - Fase preliminare ARBORETO Superficie utilizzata: 3500 m 2 Quantità raccolta : 12 t / anno Produttività: 1,2 t /ha/anno/100m Turno: 30 anni Arboreto misto: platano, ontano, olmo, ciliegio, noce, frassino e farnia Ciclo taglio: 5 anni

Unità funzionale: MJ Confini del sistema: produzione legna (12 t) produzione energia ( MJ) Dati: AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali banca dati di SimaPro7 Strumento elaborazione dati: software SimaPro Fase preliminare

2 - Inventario Cippato, arboreto di pianura, in caldaia,35 kW Electricity LV use in I + imports 2005 Produzione del legno fresco Vivaio Taglio e cippatura Power sawing, with catalytic converter Wood chopping, mobile chopper Furnace, wood chips, hardwood, 50kW Emissioni e ceneri ( m 3 ) Emissioni e ceneri da legno ( m 3 ) PROCESSO PRINCIPALE

1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW Unità funzionale: MJ Sottoprocessi: Electricity LV use in I + imports2005: 460 kWh Produzione del legno fresco (3500m 2 ):12 t Taglio e cippatura:12 t Furnace, wood chips, hardwood, 50kW: 0,0117 p Emissioni e ceneri ( m 3 ): 9,6 t Inventario

2- Produzione legno Unità funzionale: 360 t Risorse: Occupation, forest, extensive: m 2 a Carbon dioxide, in air: 327,6 t Vivaio: 0,03333p Energy, gross calorific value, in biomass: MJ Materiali: PVC film: 202,5 kg Elettricità: Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m 2 Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg Mowing, by motor mower/CH: m 2 Inventario

Stima CO 2 assorbita Contenuto idrico del legno fresco (w): 50% Sostanza secca (SS): 0,5 t /t legno fresco Contenuto di C nella SS: circa 50% Inventario Peso 1 mole CO 2 : 44 g 0,25 t / t legno fresco Peso 1 mole C: 12 g

Stima CO 2 assorbita 10,92 t/anno Rapporto tra i pesi molecolari di CO 2 e C: 44/12 = 3,66 3,66 / 4 = 0,91 t CO 2 / t legno fresco 3,66 t CO 2 / t C 1 t C 4 t legno fresco quantità di CO 2 assorbita dalla biomassa raccolta: Inventario 12 t * 0,91 =

3- Coltivazione in vivaio Elettricità: Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m 2 Planting/CH: 3500 m 2 Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg Mowing, by motor mower/CH: m 2 Risorse: Occupation, forest, intensive: 60 m 2 a Carbon dioxide, in air: 21,84 t Energy, gross calorific value, in biomass: MJ Water, unspecified natural origin: 2,1kg Unità funzionale: 1 p Inventario

3- Coltivazione in vivaio Materiali: PET bottle grade: 60 kg Fertiliser (N):1,824kg Fertiliser (P):0,582kg Fertiliser (K):0,708kg Molybdenum, in ground: 0,002112kg Magnesium, in ground: 0,24kg Iron, in ground0,0504kg Manganese, in ground0,00576kg Zinc, in ground0,001728kg Copper, in ground0,00768kg Sulfur, in ground0,384kg [thio]carbamate-compounds/RER S0,03kg Glyphosate, at regional storehouse/RER S0,102kg Inventario

3- Coltivazione in vivaio Materiali: 2,4-D, at regional storehouse/CH: 0, kg Pyretroid-compounds: 0, kg Organophosphorus-compounds: 0, kg Sulphur B 2500: kg Triazine-compounds: 0, kg Dithiocarbamate-compounds: 0, kg Inputs tecnologici: Irrigating: 289,98 m 2 Application of plant protection products, by field sprayer/CH: 60 m 2 Transport, lorry 28 t: 0,12337 tkm Inventario

3- Coltivazione in vivaio Emissioni in aria: Thiram: 0,000108kg Ziram: 0, kg Glyphosate: 0,0115kg Emissioni in acqua: Deltamethrin: 0, kg Chlorpyrifos: 0,000046kg Cyproconazole: 0,001005kg Ziram: 0, kg Thiram: 0,0295kg Glyphosate: 0,000714kg Inventario

3- Coltivazione in vivaio Emissioni al suolo: Thiram: 0, kg Deltamethrin: 0, kg Chlorpyrifos: 0, kg Cyproconazole: 0, kg Ziram: 0, kg Glyphosate: 0, kg Trattamento rifiuti: Recycling PET: 60 kg Inventario

Ripartizione ambientale (%) fitofarmaci* * archivio APAT prodotti fitosanitari Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981) P.A.AriaAcquaSuoloSedimenti Solidi sospesi Biomassa acquatica Biomassa terrestre Thiram0,3698,30,630,59000,13 Ziram0,3698,30,630,59000,13 Deltamethrin00,1450,8247,430,080,011,52 Chlorpyrifos02,2949,6446,430,080,011,65 Cyproconazole083,778,17,560,0100,55

Ripartizione ambientale Glyphosate P.A.AriaAcquaSuoloSedimenti Solidi sospesi Biomassa acquatica Biomassa terrestre Glyphosate 1,15* ,77* ,14* ,37* ,28* ,13* ,81* Molecola fortemente ionizzabilescelta Koc Unità di mondo “Basso Piave” Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)

4- Taglio e cippatura Unità funzionale: 12 t Elettricità: Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg Inventario

5- Emissioni e ceneri (0, m 3 ) Emissioni in aria: Acetaldehyde 6,1E-08 kg Ammonia 1,73 E-06 kg Arsenic 1E-09 kg Benzene 9,1E-07 kg Benzene, ethyl- 3E-08 kg Benzene, hexachloro- 7,2E-15 kg Benzo(a)pyrene 5E-10 kg Bromine 6E-08 kg Cadmium 7E-10kg Calcium 5,85E-06 kg Unità funzionale: 0,074 kg Inventario

5- Emissioni e ceneri (0, m 3 ) Emissioni in aria: Carbon dioxide, biogenic 0,134 kg Carbon monoxide, biogenic 0, kg Chlorine 1,8* kg Chromium 3,96* kg Chromium VI 4* kg Copper 2,2* kg Dinitrogen monoxide 0, kg Dioxins, as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin 3,1* kg Fluorine 5* kg Formaldehyde1,3* kg Heat, waste1,08 MJ Inventario

5- Emissioni e ceneri (0, m 3 ) Emissioni in aria: Hydrocarbons aliphatic unspecified 9,1* kg Hydrocarbons aliphatic unsaturated 3,1* kg Lead 2,5* kg Magnesium3,6* kg Manganese1,7* kg Mercury 3* kg Methane, biogenic7E-07kg m-Xylene1,2E-07kg Nickel6E-09kg Nitrogen oxides0,00013kg NMVOC, non-methane volatile organic compounds, unspecified origin9E-07kg PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons1,11E-08kg Inventario

5- Emissioni e ceneri (0, m 3 ) Emissioni in aria: Particulates, < 2.5 um0,000034kg Phenol, pentachloro-8,1E-12kg Phosphorus3E-07kg Potassium2,34E-05kg Sodium1,3E-06kg Sulfur dioxide2,5E-06kg Toluene3E-07kg Zinc3E-07kg Rifiuti da trattare: Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to landfarming/CH 0,00025kg Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to municipal incineration/CH 0,00025kg Inventario

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

Analisi dei risultati

Eco-indicator 99 55,11% Human Health 27,27% Ecosystem Quality 17,62% Resources Emissioni e ceneri 88% Produzione legno -13% Impatto totale: 0, Pt

EPS ,23% Human Health 33,28% Ecosystem Production Capacity 16,88% Abiotic Stock Resource 0,61% Biodiversity Emissioni e ceneri 175% Produzione legno -193% Impatto totale: 0, Pt

IMPACT ,24% Human Health 35,21% Ecosystem Quality 6,71% Climate Change 4,86% Resources Emissioni e ceneri 83% Impatto totale: 1,017*10 -5 Pt

EDIP/UMIP 97 Impatto totale: 0, Pt Emissioni e ceneri 75,18%

Analisi dei risultati Carbon dioxide biogenic 108 g Carbon dioxide 4,07 g Carbon dioxide, fossil 2,14 g Carbon dioxide in air 105,6 g CO 2 EMESSA CO 2 ASSORBITA

Analisi di sensibilità

Produzione 1 MJ da diverse fonti 1.Heat industrial coal fornace 1-10 MW 5. Cippato, bruciato in caldaia, 35 kW (centrale termica a carbone) 2. Heat natural gas at boiler atm., low NOx (centrale termica a gas) 3. Heat, light fuel oil, at boiler 10 kW condensing (impianto a olio combustibile per utenza monofamiliare) 4. Heat, at plate collector, one familiy house for (impianto solare termico per utenza monofamiliare) (sistema oggetto di studio)

Produzione 1 MJ da diverse fonti Processo meno impattante

Analisi dei costi esterni

Human HealthEcosystem Quality/ Biodiversity Resources/Abiotic Stock Resource Ecosystem Production capacity EPS ,00410, ,00140,0028 Eco-indicator 99 (UE15) 0, , , Eco-indicator 99(pop. mondiale) 0,02180,01750,0028 Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è Human Health

Conclusioni

IMPATTO: Emissioni e ceneri PM < 2.5  m NOx Human Health Rapporto efficienza: 1 / 0,075 = 13,3 1 MJ0,075 MJ Bilancio energetico: 1 – 0,075 = 0,925 ENERGIA: COSTI ESTERNI: Human Health