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.

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1 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

2 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)

3 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)

4 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

5 1 - Fase preliminare 2 - Inventario 3 - Elaborazione dati Il metodo LCA

6 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

7 Applicazione del metodo LCA al sistema oggetto di studio

8 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

9 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

10 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: 110.400 MJ Potenza per automazione: 3 kW

11 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

12 Unità funzionale:110.400 MJ Confini del sistema: produzione legna (12 t) produzione energia (110.400 MJ) Dati: AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali banca dati di SimaPro7 Strumento elaborazione dati: software SimaPro 7.0 1 - Fase preliminare

13 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 (0.00025m 3 ) Emissioni e ceneri da legno (0.000309m 3 ) PROCESSO PRINCIPALE

14 1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW Unità funzionale: 110.400 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 (0.00025m 3 ): 9,6 t Inventario

15 2- Produzione legno Unità funzionale: 360 t Risorse: Occupation, forest, extensive:105.000 m 2 a Carbon dioxide, in air: 327,6 t Vivaio: 0,03333p Energy, gross calorific value, in biomass: 3.330.000 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: 210.000m 2 Inventario

16 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

17 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 =

18 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: 210.000m 2 Risorse: Occupation, forest, intensive: 60 m 2 a Carbon dioxide, in air: 21,84 t Energy, gross calorific value, in biomass: 2.220.000 MJ Water, unspecified natural origin: 2,1kg Unità funzionale: 1 p Inventario

19 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

20 3- Coltivazione in vivaio Materiali: 2,4-D, at regional storehouse/CH: 0,001998 kg Pyretroid-compounds: 0,001998 kg Organophosphorus-compounds: 0,001998 kg Sulphur B 2500: 003996 kg Triazine-compounds: 0,003996 kg Dithiocarbamate-compounds: 0,003996 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

21 3- Coltivazione in vivaio Emissioni in aria: Thiram: 0,000108kg Ziram: 0,00000432kg Glyphosate: 0,0115kg Emissioni in acqua: Deltamethrin: 0,0000028kg Chlorpyrifos: 0,000046kg Cyproconazole: 0,001005kg Ziram: 0,0011796kg Thiram: 0,0295kg Glyphosate: 0,000714kg Inventario

22 3- Coltivazione in vivaio Emissioni al suolo: Thiram: 0,000189 kg Deltamethrin: 0,001015 kg Chlorpyrifos: 0,000992 kg Cyproconazole: 0,0000972 kg Ziram: 0,00000756 kg Glyphosate: 0,000278 kg Trattamento rifiuti: Recycling PET: 60 kg Inventario

23 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

24 Ripartizione ambientale Glyphosate P.A.AriaAcquaSuoloSedimenti Solidi sospesi Biomassa acquatica Biomassa terrestre Glyphosate 1,15*10 - 08 5,77*10 - 02 7,14*10 - 02 1,37*10 -02 2,28*10 -05 4,13*10 -10 2,81*10 -03 Molecola fortemente ionizzabilescelta Koc Unità di mondo “Basso Piave” Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)

25 4- Taglio e cippatura Unità funzionale: 12 t Elettricità: Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg Inventario

26 5- Emissioni e ceneri (0,000309 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

27 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m 3 ) Emissioni in aria: Carbon dioxide, biogenic 0,134 kg Carbon monoxide, biogenic 0,000118 kg Chlorine 1,8*10 -07 kg Chromium 3,96*10 -09 kg Chromium VI 4*10 -11 kg Copper 2,2*10 -08 kg Dinitrogen monoxide 0,000003 kg Dioxins, as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin 3,1*10 -14 kg Fluorine 5*10 -08 kg Formaldehyde1,3*10 -07 kg Heat, waste1,08 MJ Inventario

28 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m 3 ) Emissioni in aria: Hydrocarbons aliphatic unspecified 9,1*10 -07 kg Hydrocarbons aliphatic unsaturated 3,1*10 -06 kg Lead 2,5*10 -08 kg Magnesium3,6*10 -07 kg Manganese1,7*10 -07 kg Mercury 3*10 -10 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

29 5- Emissioni e ceneri (0,000309 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

30 3- Elaborazione dati: Il metodo Eco-indicator 99 Categorie di impattoCategorie di danno

31 Analisi dei risultati

32 Eco-indicator 99 55,11% Human Health 27,27% Ecosystem Quality 17,62% Resources Emissioni e ceneri 88% Produzione legno -13% Impatto totale: 0,00164913 Pt

33 EPS 2000 49,23% Human Health 33,28% Ecosystem Production Capacity 16,88% Abiotic Stock Resource 0,61% Biodiversity Emissioni e ceneri 175% Produzione legno -193% Impatto totale: 0,00838478 Pt

34 IMPACT 2002+ 53,24% Human Health 35,21% Ecosystem Quality 6,71% Climate Change 4,86% Resources Emissioni e ceneri 83% Impatto totale: 1,017*10 -5 Pt

35 EDIP/UMIP 97 Impatto totale: 0,000264 Pt Emissioni e ceneri 75,18%

36 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

37 Analisi di sensibilità

38 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)

39 Produzione 1 MJ da diverse fonti Processo meno impattante 123 4 5

40 Analisi dei costi esterni

41 Human HealthEcosystem Quality/ Biodiversity Resources/Abiotic Stock Resource Ecosystem Production capacity EPS 2000 0,00410,000051020,00140,0028 Eco-indicator 99 (UE15) 0,001312680,00105880,000171138 Eco-indicator 99(pop. mondiale) 0,02180,01750,0028 Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è Human Health

42 Conclusioni

43 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