Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Facoltà di Ingegneria – Sede di Reggio Emilia – Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale Analisi del Ciclo di Vita (LCA) di una discarica per RSU ed RSA con recupero energetico da biogas IN COLLABORAZIONE CON: Relatore: Chiar.ma Prof.ssa Ing. GIGLIOLA SPADONI Correlatori: Ing. PAOLO NERI (ENEA) Dott. MARCO BERGONZONI (AGAC) Tesi di Laurea di : IRENE TADDEI

LCA ( Life Cycle Assessment ) Scopo dello studio: Quantificare il vantaggio ambientale ed economico del recupero energetico del biogas nella discarica di Poiatica mediante l’Analisi del Ciclo di Vita LCA ( Life Cycle Assessment )

LCA ( Life Cycle Assessment ) “L’LCA è un 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 e l’identificazione e la valutazione delle opportunità per diminuire questi impatti.” “SETAC” ( Society of Environmental Toxicology and Chemistry, [1993] )

LCA ( Life Cycle Assessment ) “ L’analisi riguarda l’intero ciclo di vita del prodotto ( “ dalla culla alla tomba ” ): dall’estrazione e trattamento delle materie prime, alla produzione, trasporto e distribuzione del prodotto, al suo uso, riuso e manutenzione, fino al riciclo ed alla collocazione finale del prodotto dopo l’uso. ” “SETAC” ( Society of Environmental Toxicology and Chemistry, [1993] )

Schema dell’LCA ( UNI–ISO 14040 ) OBIETTIVO UNITA’ FUNZIONALE FUNZIONE DEL SISTEMA CONFINI INVENTARIO MATERIALI PROCESSI ENERGIE EMISSIONI COMPETENZE: INGEGNERIA, FISICA, BIOLOGIA, CHIMICA, MEDICINA, ECONOMIA VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE METODO ECO INDICATOR 99 PROPOSTE PER LA RIDUZIONE DEL DANNO CLASSIFICAZIONE CARATTERIZZAZIONE NORMALIZZAZIONE VALUTAZIONE

SimaPro 5.0 ed Eco Indicator 99 64,7 (salute umana) 300 1 kg di SOSTANZA EMESSA fattori di NORMALIZZAZIONE Inverso del danno subito dal cittadino medio europeo in 1 anno fattori DI VALUTAZIONE Importanza relativa delle categorie di danno fattori di CARATTERIZZAZIONE sostanze cancerogene malattie respiratorie (sost. org.) malattie respiratorie (sost. inorg.) cambiamenti climatici impoverimento dello strato di ozono radiazioni ionizzanti SALUTE UMANA: (DALY: Disability Adjusted Life Years) acidificazione/eutrofizzazione ecotossicita’ uso del territorio QUALITA’ : dell’ECOSISTEMA (PDF*m2*anno: Potentially Disappeared Fraction) minerali combustibili fossili IMPOVERIMENTO : delle RISORSE (MJ Surplus) 0,004076 Pt/kg X 2,1E-7 1 kg CO2

Lo studio 1 t di RSU/RSA in discarica Raccolta rifiuti Dati AGAC LCA del modulo per il recupero energetico Energia elettrica prodotta Calcolo con HELP Percolato prodotto in 40 anni Depurazione percolato LCA emissioni in acque superficiali Calcolo con LandGEM Biogas prodotto in 40 anni Efficienza di captazione LCA impianto captazione biogas e rete raccolta percolato LCA biogas non captato Biogas captato e bruciato LCA emissioni torcia LCA gas di scarico motore LCA caso senza recupero Energia elettrica utilizzata LCA caso con recupero

LCA dell’impianto di captazione del biogas e raccolta del percolato 1°, 2° e 3° LOTTO: 520.000 m3 + 437.000 m3 RETE DI DRENAGGIO PER IL PERCOLATO RETE POZZI BIOGAS RETE PER LE ACQUE METEORICHE SOTTOSTAZIONI (A, B, C, D) VASCHE DI RACCOLTA CENTRALE DI ASPIRAZIONE Torcia Modulo Rec. En. CABINA DI CONTROLLO

LCA del modulo per il recupero energetico SILENZIATORE TERMOREATTORE RADIATORE biogas energia elettrica MOTORE ENDOTERMICO GENERATORE (625 kW) AUSILIARI E STRUMENTAZIONE DI CONTROLLO fumi CONTAINER

Analisi dei risultati (waste treatment) La VALUTAZIONE: 1,07 Pt/t; Human health: 1,13 Pt/t; 51% del danno nella categoria Climate change; Ecosystem Quality: 0,88 Pt/t; 81% del danno nella categoria Land use; Resources: -0,94 Pt/t grazie a –1,6 Pt/t dovuti all’energia elettrica; 88,6% del vantaggio nella categoria Fossil fuels.

Analisi dei risultati (waste treatment) La CARATTERIZZAZIONE: guadagno di 0,64 €/t nella categoria Climate change dovuto per il 68% al biogas non captato ed in particolare al metano in esso contenuto; nella categoria Land use il 98,2% del danno è dovuto all’occupazione di territorio da parte della discarica; nella categoria Fossil fuels si ha un vantaggio dovuto all’energia prodotta con il consumo evitato di derivati del petrolio.

LCA del biogas non captato (1 Nm3) 99,5% del danno nella categoria Climate change di cui: 91,9% dovuto a CH4 e 8,1% a CO2 Respiratory organics: 2,7% del danno (CH4 e C6H6) Respiratory inorganics: 2,4% del danno (SO2) Carcinogens: 0,24% del danno (C6H6, CVM) Acidification/Eutrophication: 0,026% (SO2, SO3, NO, NO2)

Confronto col caso senza recupero La caratterizzazione: Costo: 5,25 €/t Ricavo: 0,64 €/t Danno dovuto alla combustione del biogas 0,387 Pt/t (torcia) 0,602 Pt/t (0,254 torcia e 0,348 motore) :

Confronto col caso senza recupero La valutazione (per t di rifiuti): Pt di danno: 3,76 1,07 Guadagno del 71,5% Human Health: 1,9 Pt 1,13 Pt Guadagno del 40,5% Ecosystem Quality: 1,11 Pt 0,879 Pt Guadagno del 20,8% Resources: 0,747 Pt -0,943 Pt Guadagno del 226%

Aspetti economici e Certificati Verdi Voci di costo e ricavo considerate: Costruzione ed ampliamento della discarica Raccolta dei rifiuti nel periodo di operatività (costi e ricavi) Gestione della discarica nel periodo di operatività e post-operatività Acquisto modulo per il recupero energetico ed opere civili annesse Manutenzione e consumi del modulo Energia elettrica (prelevata e ceduta) Costo: 5,25 €/t Vendita energia elettrica prodotta Ricavo: 0,64 €/t Circa 60% (primi 8 anni) e 47,6% (complessivamente) del ricavo dovuto a : Certificati Verdi (D.Lgs. 79/99 e D.M. 11/99) 1 CV ogni 100 MWh immessi in rete (circa 0,0775 €/kWh)

Costo economico del danno ambientale CONFERIMENTO IN DISCARICA DI 1 T DI RIFIUTI (1,07 Pt) HUMAN HEALTH ECOSYSTEM QUALITY RESOURCES 5,8E-5 DALY: 0,508 h perse dalla comunità europea 9,02 PDF*m2*y: Aumento del 3,11E-11% di specie europee danneggiate Guadagno di 28 MJ Surplus Danno economico del cittadino medio: 2E-9 € Costo economico per il ripristino: 4,14E-3 € Guadagno di: 0,8 €

Analisi di sensitività: efficienza di captazione del 70% BIOGAS NON CAPTATO (efficienza 90%) 0,708 Pt/t pari a 18,7% del danno totale ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA E CEDUTA -2,71 Pt/t CON EFFICIENZA DEL 70,16% DANNO BIOGAS NON CAPTATO = 2,71 Pt/t (46,9% del totale) = VANTAGGIO DERIVANTE DALL’ENERGIA ELETTRICA e DANNO TOTALE pari a 3,07 Pt/t contro i 3,76 Pt/t del CASO SENZA RECUPERO

Analisi di sensitività: efficienza di captazione del 70%

Confronto tra diverse composizioni del biogas: dati AGAC, LandGEM, APAT. 0,0236 Pt/Nm3 (APAT) < 0,0385 Pt/Nm3 (AGAC) < 0,0431 Pt/Nm3(LandGEM) Respiratory organics, Respiratory inorganics, Climate change, Ecotoxicity: valore compreso tra quelli APAT e LandGEM Carcinogens: valore minore di quelli APAT (dioxin) e LandGEM (1,1,2,2-tetrachloroethane) Ozon layer: LandGEM (CFC 12); Acidification/Eutrophication: APAT (NOx)

LCA utilizzando una discarica presente nella banca dati Composizione merceologica rifiuti Reggio Emilia (dato AGAC) no land use e biogas (solo percolato) 4,72 Pt/t: maggiore dei casi con e senza recupero => stima cautelativa

Confronto con un inceneritore inceneritore per rifiuti non pretrattati (APAT), con recupero energetico ma considerato per 25 anni e non 40 e senza land use; 1,07 Pt/t (discarica) contro 0,986 Pt/t (inceneritore).

Confronto con materiali ed energie ad uguale danno Il conferimento di 1 t di rifiuti in discarica equivale, in termini di danno ambientale: alla produzione di: 11,54 kg di acciaio 57,85 kg di materiale ceramico 0,781 kg di tessuto di cotone 23,67 kWh di energia elettrica utilizzata sul territorio italiano che corrisponde al consumo di: Frigorifero da 250 l per 23,67 giorni Lavatrice da 1,5 kW per circa 9 cicli Boiler da 80 l per circa 5 riscaldamenti (60 °C) Ad 80 km percorsi con auto a benzina

Conclusioni VANTAGGIO DEL RECUPERO ENERGETICO: AMBIENTALE: 3,76 Pt/t Guadagno: 71,5% ECONOMICO: Costo: 5,25 €/t Ricavo: 0,64 €/t Ruolo CV (66% - 47,6%) RILEVANZA DEL BIOGAS NON CAPTATO: 18,7% del danno totale Per efficienza = 70,16%: Danno biogas n.c. = vantaggio en. elettrica IMPORTANZA E NECESSITA’ DI UN MONITORAGGIO E CONTROLLO DEL BIOGAS NON CAPTATO MISURE PER RIDURNE LA QUANTITA’ Direttiva 1999/31/CE recepita con D.Lgs. 36/03