Università degli studi di Perugia
ing. Andrea Nicolini
RISORSE ENERGETICHE ED ENERGIE ALTERNATIVE
L’analisi del ciclo di vita (LCA)
25 Novembre 2015
Introduzione
L’Analisi del Ciclo di Vita (Life Cycle Assessment, LCA) è una metodologia che consente
di valutare i carichi ambientali associati ad un prodotto, processo o attività,
identificando e quantificando l’energia, i materiali consumati ed i residui rilasciati
nell’ambiente lungo l’intero ciclo di vita.
Introduzione
La caratteristica fondamentale di questa nuova tecnica è costituita dal metodo
innovativo con cui affronta l’analisi dei sistemi industriali: dall’approccio tipico
dell’ingegneria tradizionale, che privilegia lo studio separato dei singoli elementi, si
passa ad una visione globale del sistema produttivo, in cui tutti i processi di
trasformazione, a partire dall’estrazione delle materie prime fino allo smaltimento dei
prodotti a fine vita, sono presi in considerazione.
Ci si è resi conto che l’unica strada efficace per studiare in maniera completa i sistemi
produttivi è quella di esaminarne le prestazioni, seguendo passo per passo il cammino
percorso dall’estrazione dalle materie prime, attraverso tutti i processi di
trasformazione e di trasporto che esse subiscono, fino al loro ritorno alla terra sotto
forma di rifiuti: è il cosiddetto approccio “dalla culla alla tomba”, o anche “dalla culla
alla culla” se si comprende anche il rientro in circolo dei materiali a fine vita.
Introduzione
Cradle to grave, cradle to gate and gate to gate data sets as parts of the complete life
cycle.
Introduzione
È a partire dai primi anni ’70 che è possibile trovare i primi esempi di analisi del ciclo di
vita, utilizzata da alcune grandi aziende statunitensi e dall’agenzia per la protezione
dell’ambiente americana (US‐EPA) come supporto alle decisioni.
Verso la fine degli anni settanta nasce il concetto di sviluppo sostenibile e nello stesso
periodo in Europa viene pubblicato il manuale di analisi energetica industriale di
Bounstead e Hancock, una pietra miliare nella storia della metodologia LCA in quanto è
il primo ad offrire una descrizione di carattere operativo del procedimento analitico
che è da considerare parte fondamentale della tecnica attuale.
Il termine LCA, in realtà, viene coniato solo durante il congresso SETAC (Society of
Environmental Toxicology and Chemistry) di Smuggler Notch (Vermont ‐ USA) del 1990.
Le numerose iniziative per la messa a punto della metodologia LCA hanno iniziato a
concretizzarsi nei primi anni ’90 con la pubblicazione di alcuni manuali e di strumenti
di calcolo per un suo impiego pratico. L’impegno del comitato ISO per la
standardizzazione della metodologia trovò la prima attuazione nell’emanazione delle
norme ISO 14040, 14041, 14042, 14043, che sviluppano le linee guida proposte dalla
SETAC e che successivamente sono state accorpate in due sole norme: la ISO 14040 e
la ISO 14044.
Introduzione
La definizione di LCA proposta dalla SETAC (1993), oggi formalizzata nelle ISO 14040 e
14044, è la seguente:
“è un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici ed ambientali
relativi ad un processo o un’attività, effettuato attraverso l’identificazione
dell’energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell’ambiente. La valutazione
include l’intero ciclo di vita del processo o attività, comprendendo l’estrazione e il
trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l’uso,
il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale”.
Introduzione
OUTPUT
INPUT
Materie prime
Acquisizione materie prime
Fabbricazione
Energia
Uso/riuso/Manutenzione
Riciclo/Gestione dei rifiuti
Emissioni in acqua
Emissioni in aria
Rifiuti solidi
Altri rilasci
La metodologia LCA
Le Norme UNI 14040 e 14044
Le norme ISO 14040 e ISO 14044 descrivono come realizzare uno studio di LCA
completo per qualsiasi tipologia di prodotti, non si tratta dunque di norme specifiche
di prodotto, ma di norme contenenti requisiti generali applicabili a tutti i prodotti,
indipendentemente dalla loro natura.
La UNI EN ISO 14040 è la norma principale in quanto specifica la struttura dello studio
di LCA, i principi e i requisiti per condurre lo studio e per poi diffonderlo mediante
report, non entra però nel merito dei dettagli specifici delle tecniche di valutazione.
La definizione dell'obiettivo dello studio di LCA e dei suoi confini è trattata, insieme
alla successiva fase di analisi dell'inventario dei flussi in entrata ed in uscita dal
sistema, nella UNI EN ISO 14044.
La metodologia LCA
La struttura di uno studio LCA
1.
2.
3.
4.
Definizione scopi e obiettivi (Goal and Scope Definition)
Analisi di inventario (Life Cycle Inventory)
Valutazione degli impatti (Life Cycle Impact Assessment)
Interpretazione e miglioramento (Life Cycle Interpretation)
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
La struttura di una analisi LCA, in accordo con la ISO 14040, si articola nelle seguenti
fasi :
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Definizione scopi e obiettivi
Devono essere definiti:
Questa fase rappresenta uno stadio di rilevante
importanza nello sviluppo di una LCA, in quanto
chiarisce la ragione principale per la quale lo studio
viene eseguito – consentendo di comprendere
anche l’utilizzo che sarà fatto dei risultati – descrive
il sistema oggetto dello studio e i suoi confini,
elenca le categorie di dati da sottoporre allo studio
e definisce il livello di dettaglio che si vuole
raggiungere.
Tale fase rappresenta, in sintesi, la pianificazione
iniziale di uno studio LCA
1.
2.
3.
4.
5.
Obiettivo dello studio
Unità funzionale
Confini del sistema
Categorie di dati Requisiti di qualità dei dati
La metodologia LCA
Definizione scopi e obiettivi
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
1.OBIETTIVO DELLO STUDIO
Devono essere chiaramente descritti :
‐ l ’applicazione prevista
‐ le motivazioni per effettuare lo studio
‐ il tipo di pubblico a cui è destinato
Deve inoltre essere specificato se i risultati sono
destinati ad essere usati per effettuare asserzioni
comparative destinate alla divulgazione al pubblico.
L’OBIETTIVO DELLO STUDIO DEVE ESSERE CHIARO E COERENTE CON L’APPLICAZIONE PREVISTA
DEVONO ESSERE CHIARAMENTE SPECIFICATE LE FUNZIONI (CARATTERISTICHE DI PRESTAZIONE)
DEL SISTEMA OGGETTO DELLO STUDIO.
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Definizione scopi e obiettivi
2. UNITÀ FUNZIONALE
L’unità funzionale è il riferimento rispetto al quale
tutti i dati in ingresso e in uscita dal sistema in
esame, nonché i risultati, sono normalizzati.
Pertanto l’unità funzionale deve essere chiaramente
definita e rappresentare una prestazione
quantificabile e oggettivamente riscontrabile del
sistema in esame.
L’unità funzionale deve essere coerente con l’obiettivo e il campo di applicazione dello studio.
Dopo aver scelto l’unità funzionale, deve essere definito il FLUSSO DI RIFERIMENTO: esso è
costituito dalla quantità di prodotti necessaria a soddisfare la funzione.
SCOPO ANALISI
UNITÀ FUNZIONALE
Confronto imballaggi
Unità di volume del prodotto imballato
Confronto sistemi asciugatura mani
Numero di mani asciugate in un certo intervallo di tempo
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Definizione scopi e obiettivi
3.CONFINI DEL SISTEMA
I confini del sistema determinano i processi unitari
che devono essere inclusi nella LCA.
Si deve decidere quali processi unitari includere
nello studio e il livello di dettaglio con cui tali
processi devono essere studiati.
La selezione del confine del sistema deve essere
coerente con l’obiettivo dello studio.
I criteri adottati nello stabilire il confine del sistema
devono essere identificati e giustificati.
L’eliminazione di fasi del ciclo di vita, processi, elementi in ingresso o elementi in uscita è
consentita solo se non modifica in modo significativo le conclusioni complessive dello studio.
Criteri di inclusione/esclusione: MASSA/ENERGIA/RILEVANZA AMBIENTALE
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Definizione scopi e obiettivi
4. Categorie di dati
I dati selezionati per la LCA dipendono dall’obiettivo
e dal campo di applicazione dello studio. Questi dati
possono essere raccolti a partire dai siti di
produzione associati ai processi unitari entro i
confini del sistema, oppure ottenendoli e
calcolandoli da altre fonti. In pratica, possono essere
utilizzati congiuntamente dati misurati, calcolati o
stimati.
Le macrocategorie in cui sono classificabili i dati sono:
‐elementi in ingresso dell’energia, materie prime in ingresso, materiali ausiliari o altre entità fisiche in ingresso;
‐prodotti, coprodotti e rifiuti
‐emissioni in aria, acqua e suolo
‐altri aspetti ambientali
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Definizione scopi e obiettivi
5. Qualità dei dati
I requisiti di qualità dovrebbero comprendere:
–copertura temporale: l’anzianità dei dati e la minima
estensione di tempo rispetto ai quali i dati dovrebbero
essere raccolti;
–copertura geografica: la zona geografica nella quale
dovrebbero essere raccolti i dati relativi ai processi
unitari, per soddisfare l’obiettivo dello studio
–copertura tecnologica: tecnologia specifica o
combinazione di tecnologie
–precisione: misura della variabilità dei valori dei dati per ciascuna categoria di dai espressi
–rappresentatività: valutazione qualitativa del grado con cui l’insieme dei dati riflette la
popolazione realmente interessata
–riproducibilità: valutazione qualitativa del grado con cui le informazioni riguardo la
metodologia e i valori dei dati permettono a un esecutore indipendente di riprodurre i risultati
riportati nella relazione dello studio
–le fonti dei dati
–l’incertezza dell’informazione
La metodologia LCA
Analisi di inventario (LCI)
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
Rappresenta la fase più delicata ed impegnativa in termini
di tempo di una LCA, di cui è la parte contabile.
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
È in questa fase che sono individuati e quantificati i flussi in
ingresso e in uscita dal sistema oggetto di studio, lungo il
suo intero ciclo di vita.
Il procedimento da adottare per l’analisi d’inventario è a
carattere iterativo.
L’LCI è la costruzione vera e propria del modello della realtà.
Deve essere in grado di rappresentare nella maniera più fedele possibile tutti gli scambi tra i
singoli processi inclusi nei confini del sistema analizzato.
La metodologia LCA
Analisi di inventario (LCI)
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
Questa fase prevede i seguenti passi:
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
1.Diagramma di flusso, che identifica e visualizza le
operazioni principali del processo e le loro relazioni;
2.Schede di raccolta dati, tramite le quali, per ogni
operazione unitaria, vengono indicati tutti gli input e gli
output associati. I dati raccolti possono essere: primari
(provenienti da rilevamenti diretti) secondari (ricavati dalla
letteratura, banche dati e altri studi), terziari (definiti sulla
base di stime e valori medi)
3.Risultati, presentati secondo diverse categorie (materie prime; combustibili primari; energia: produzione
da combustibili, diretta, trasporti; rifiuti solidi; emissioni gassose; emissioni liquide.
→ Tabella di inventario
La metodologia LCA
Analisi di inventario (LCI)
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Valutazione degli impatti (LCIA)
La fase di valutazione degli impatti (LCIA, Life Cycle Impact
Assessment) ha lo scopo di evidenziare l’entità delle
modificazioni ambientali che si generano a seguito dei
rilasci nell’ambiente e del consumo di risorse provocati
dall’attività produttiva in esame.
Consiste nell’imputare i consumi e le emissioni a specifiche
categorie di impatto riferibili ad effetti ambientali
conosciuti e nel quantificare l’entità del contributo che il
processo arreca agli effetti considerati.
La valutazione degli impatti si articola, generalmente, nelle seguenti fasi:
– Classificazione: assegnazione dei dati raccolti nell’inventario ad una o più categorie d’impatto
ambientale selezionate
– Caratterizzazione: calcolo dei risultati di ogni indicatore di categoria, è determinato il contributo
relativo di ogni sostanza emessa o risorsa usata
NORMALIZZAZIONE, RAGGRUPPAMENTO, PONDERAZIONE
– Valutazione vera e propria dell’impatto
La metodologia LCA
Valutazione degli impatti (LCIA)
La metodologia LCA
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
ANALISI DI
INVENTARIO
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI
INTERPRETAZIONE E MIGLIORAMENTO
Interpretazione e Miglioramento
Per interpretazione del ciclo di vita si intende il processo che
permette di capire la ragionevolezza del risultato finale di tutto
l’impatto ambientale, trarre le conclusioni, spiegare le
limitazioni dei risultati ottenuti, saper fornire delle
raccomandazioni sulla base degli stessi risultati.
In questa fase vengono analizzati in maniera critica i risultati
delle fasi precedenti ed identificate le componenti del sistema
in cui possono essere apportati dei cambiamenti, al fine di
ridurre l’impatto ambientale dei processi considerati,
coerentemente con gli obiettivi prefissati.
La metodologia LCA
Interpretazione e Miglioramento
I fattori significativi possono essere:
– categorie di dati dell'inventario, quali energia, emissioni, rifiuti, ecc.;
– categorie di impatto, quali l'uso delle risorse, il potenziale di riscaldamento globale, ecc.;
– contributi essenziali dalle fasi del ciclo di vita ai risultati dell'LCI o dell'LCIA, quali i processi unitari
individuali o i gruppi di processi, quali il trasporto e la produzione di energia.
La metodologia LCA
Interpretazione e Miglioramento
– controllo di completezza: garantisce che tutte le informazioni e i dati siano disponibili e completi;
– controllo di sensibilità: valutare se i risultati finali siano influenzati dalle incertezze nei dati, dai
metodi di allocazione o dal calcolo dei risultati o da altri fattori;
– controllo di coerenza: determinare se le ipotesi, i metodi e i dati siano coerenti con l'obiettivo e il
campo di applicazione.
La metodologia LCA
Altre analisi sui risultati
Analisi di incertezza: è una procedura per determinare in che modo le incertezze nei dati e nelle ipotesi
progrediscono nei calcoli e come incidono nell’affidabilità dei risultati
Le principali cause d’incertezza:
– inaccuratezza dei dati (data inaccuracy): misurazioni e calcoli possono essere affette d errori casuali o
sistematici;
– mancanza di dati (data gap): in assenza d’informazioni specifiche, talune parti dell'analisi (fasi del
ciclo di vita, processi, input, ecc.) sono omesse
– scarsa rappresentatività dei dati (unrepresentative data): in assenza di dati specifici e dettagliati, ci si
riferisce a dati che non sono strettamente rappresentativi del processo considerato poiché, ad
esempio, si riferiscono a processi similari ovvero a contesti geografici e temporali differenti;
– incertezza del modello (model uncertainty): essa include le incertezze dovute alle semplificazioni
introdotte nel calcolo quali la linearità o la non linearità del modello, l'aggregazione dei dati, i fattori
di caratterizzazione utilizzati, ecc;
– incertezza dovuta alle scelte effettuate (uncertainty due to choices): spesso nell'analisi non esiste un
modo univoco o "corretto" di procedere. Occorre dunque tener conto delle incertezze dovute alle
scelte effettuate, quali le regole di allocazione, la scelta dell'unità funzionale, i confini del sistema,
ecc;
La metodologia LCA
Altre analisi sui risultati
Analisi di incertezza: è una procedura per determinare in che modo le incertezze nei dati e nelle ipotesi
progrediscono nei calcoli e come incidono nell’affidabilità dei risultati
Le principali cause d’incertezza:
– variabilità spaziale (spatial variability) e temporale (temporal variability): tutti i processi sono affetti
da una naturale variabilità dovuta alla collocazione geografica e temporale. Tale variabilità può
interessare sia la fase di inventario (dati non rappresentativi del contesto considerato) che la fase di
impact assessment (come, ad esempio, nella scelta degli orizzonti temporali nel calcolo del GWP);
– variabilità tra fonti ed oggetti (variability between sources and objects): essa è legata alla variabilità
tra fonti del sistema inventariato (ad esempio, la variabilità tra processi tecnologicamente analoghi) e
l'oggetto che determina l'impatto (ad esempio la sensibilità degli organismi alle sostanze tossiche);
– incertezza epistemologica (epistemological uncertainty): incertezza causata dalla conoscenza
approssimativa del sistema e della sua evoluzione. Ne sono affette tutte le analisi previsionali che si
basano su previsioni future spesso indeterminate;
– incertezza dovuta ad errori (mistakes): gli errori sono sempre possibili e spesso non sono facilmente
individuabili e gestibili;
– stima dell'incertezza (estimation of uncertainty): la stima delle precedenti fonti di incertezza è essa
stessa affetta da incertezza
La metodologia LCA
Uno studio LCA normalmente termina con la stesura di un rapporto che racchiude le conclusioni a cui si è
giunti. I risultati ottenuti possono riguardare sia l’impatto globale, sia le singole categorie di danno o di
impatto. In questo modo si può stabilire quale processo mostra il carico ambientale maggiore, in assoluto o
con riferimento ad ogni singola categoria.
Le conclusioni di uno studio di LCA devono rispondere fedelmente allo scopo dello studio ed anche portare a
delle deduzioni che servano ad ottimizzare il potenziale ambientale di un’azienda o di una catena di
produzione.
Le caratteristiche di affidabilità e riproducibilità dello studio sono legate alla verifica di alcuni requisiti di
seguito elencati:
– trasparenza: chiare esplicazioni dei limiti del sistema (funzionali, territoriali, spaziali), dei livelli di
analisi, dei metodi impiegati, delle assunzioni, della qualità dei dati, delle omissioni ed incompletezze
nella raccolta, ecc;
– consistenza: gli inventari delle alternative da comparare dovrebbero essere compilati con riferimento
agli stessi limiti temporali e spaziali ed agli stessi livelli di analisi;
– completezza: una LCA si può considerare completa quando tutti gli impatti ambientali rilevanti sono
seguiti lungo tutto il ciclo di vita;
– comprensibilità: chiara esplicazione dell'intervallo di incertezza (anche in termini qualitativi) delle
singole valutazioni;
– ripercorribilità: chiara esplicazione dei percorsi valutativi ed assenza di ridondanze nelle valutazioni
La metodologia LCA
SCHEMA GENERALE RIASSUNTIVO
DEFINIZIONE SCOPI E OBIETTIVI
Dichiarazione degli Obiettivi Definizione del Campo di Applicazione Definizione dell’Unità Funzionale
Definizione dei Confini del Sistema
1° Fase
2° Fase
MATERIALI
INVENTARIO
PROCESSI
EMISSIONI
ENERGIA
RISORSE
3° Fase
CLASSIFICAZIONE
CARATTERIZZAZIONE
NORMALIZZAZIONE
VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE Con i metodi di valutazione
4° Fase
VALUTAZIONE DI POSSIBILI MIGLIORAMENTI
VALUTAZIONE
La metodologia LCA
STRUMENTI
Nome
EcoLab
Creazione
Informazioni
SimaPro
1990
Aggiornato
da
PRé
Consultants,
Netherlands
n.d.
Sviluppato e aggiornato da Ecobilan,
PriceWaterhouseCoopers, France
1997
Sviluppato e aggiornato da Ecobilan,
PriceWaterhouseCoopers, France
2001
Sviluppato da IMI presso Chalmers
University of Technology, Sweden
2002
Sviluppato da Athena Sustainable
Materials Institute, Ottawa, Canada
n.d.
Sviluppato da BRE – British Research
Establishment, UK
n.d.
Sviluppato da SBI – Danish Bulding
Research Institute
Software LCA di tipo generale, caratterizzato da database trasparente, possibilità di
applicare diversi metodi di valutazione e inclusione di numerose banche dati europee e
internazionali; informazioni su http://www.pre.nl/simapro/
Esistono1995
numerosi software utili a compiere l’analisi dell’impatto ambientale associato
Software LCA di tipo generale; informazioni su http://www.port.se/ecolab/
Sweden
al ciclo Aggiornato
di vita dadiNordic
unPort,
prodotto
o di un processo, ciascuno dei quali offre differenti
GaBi
n. d.
Software incentrato sull’ottimizzazione ambientale dei processi e dei prodotti;
caratteristiche,
livelli
diGermany
complessità
e banche
dati. La strumentazione software è in
Aggiornato da
PE Europe,
informazioni
su http://www.gabi‐software.com/
LCAiT
continua1992
evoluzione, e nuovi prodotti si vanno rendendo disponibili con elevata
Sviluppato e aggiornato da CIT Ekologik, Software LCA di tipo generale; informazioni su http://www.lcait.com/
Sweden
frequenza.
TEAM
TEAM for Building
WWLCAW
ATHENA
ENVEST
BEAT
Software LCA specifico per il
http://www.ecobilan.com/uk_team.php
settore
industriale;
informazioni
su
Versione del software TEAM specifica per gli edifici; esamina le fasi di costruzione e
uso; informazioni su http://www.ecobilan.com/uk_team.php
Prototipo di software LCA gratuito ‘web‐based’. Consente l’impiego di documentazione
nel formato ISO/TS 14048; informazioni su http://workshop.imi.chalmers.se/
Esamina la strutture e l’involucro edilizio, includendo gli impatti prodotti di operazioni
di
manutenzione,
sostituzione
e
riparazione;
informazioni
su:
http://www.athenaSMI.ca
Software ‘web based’ che consente di esplicitare gli impatti ambientali e i costi nel ciclo
di vita; informazioni su: http://www.brek.co.uk/envest.html
Sistema costituito da un database e uno strumento per la costruzione di inventario per
il calcolo degli effetti ambientali potenziali di edifici e componenti edilizi; informazioni
su: http://www.en.sbi.dk/
La metodologia LCA
APPLICAZIONI
I principali ambiti d’applicazione dell’LCA possono essere individuati in:
– progettazione, ricerca e sviluppo
– confronto tra prodotti esistenti e alternative di progetto
– identificazione delle opportunità di miglioramento, dal punto di vista ambientale, di un particolare
ciclo produttivo di un prodotto, contribuendo anche all'ottimizzazione dell'uso delle risorse
– supporto alle decisioni, nell'industria ma anche nelle organizzazioni governative e non governative, di
pianificazione strategica, progettazione o riprogettazione di prodotti o di processi
– ottenimento di dichiarazioni o etichette ambientali (Ecolabel, EPD) con conseguenze positive in
termini di immagine, quote di mercato, relazioni con le istituzioni, ecc.
CLIMATE CHANGE – GAS AD EFFETTO SERRA (GHG)
DEFINIZIONE DI GHG:
Costituente gassoso dell’atmosfera, sia naturale sia di
origine antropica, che assorbe ed emette radiazioni a
specifiche lunghezze d’onda all’interno dello spettro
della radiazione infrarossa emessa dalla superficie
terrestre, dall’atmosfera e dalle nubi.
CLIMATE CHANGE – GHG E GWP
CLIMATE CHANGE – GHG
I principali gas responsabili dei
cambiamenti climatici di origine
antropica a livello mondiale.
Concentrazione atmosferica di
CO2, negli ultimi 10.000 anni.
CLIMATE CHANGE – GHG
Emissioni mondiali di
CO2 dal 1850 al 2010
CLIMATE CHANGE – GHG
Anche per le emissioni di CO2 la situazione è
particolarmente critica: stanno crescendo secondo le
traiettorie degli scenari «pessimisti» elaborati nel 2000
dall’IPCC.
CLIMATE CHANGE – ACQUA
Impatti nel ciclo dell’acqua (Water Cycle) e nella domanda di acqua
(Water Demand).
Il ciclo dell’acqua è un delicato equilibrio tra precipitazione ed
evaporazione.
Temperature più elevate aumentano
l’evaporazione di acqua
nell’atmosfera, aumentando la
capacità dell’atmosfera di trattenere
l’umidità.
Temperature elevate possono rendere
le zone aride ancora più aride e
aumentare il rischio di inondazioni nelle
zone umide.
Negli ultimi 50 anni la quantità di acqua caduta in regime temporalesco è
aumentata di circa il 20%.
CLIMATE CHANGE – ACQUA
Lago d’Aral
2000 vs 2015 (-88%)
CARBON FOOTPRINT
La CARBON FOOTPRINT (CF) esprime la quantità totale di CO2 e altri gas
ad effetto serra (GHG) associati ad una attività o ad un prodotto, sia
esso un bene o un servizio.
È un indicatore ambientale che misura l’impatto delle attività umane
sul clima a livello globale. Espressa nell’unità di misura kgCO2eq, la
Carbon Footprint considera le emissioni complessive generate lungo la
filiera di produzione di un prodotto “dalla culla alla tomba”, rapportate
al Global Warming Potential della CO2.
Ѐ quindi un sottoinsieme dell'LCA la cui analisi si limita alle emissioni che
hanno effetto sul riscaldamento globale.
WATER FOOTPRINT
La Water Footprint (WF) è un indicatore che consente di
calcolare il “consumo” di acqua, prendendo in
considerazione sia gli usi diretti che indiretti.
La WF di una associazione o di un'azienda è dunque
definita come il volume totale di acqua dolce utilizzata per
produrre i beni e i servizi consumati da quella comunità o
impresa.
La WF di un prodotto è definita come il volume totale di
acqua dolce utilizzata in modo diretto e indiretto per
realizzare il prodotto stesso ed è valutata considerando
l’utilizzo di acqua in tutte le fasi della catena di produzione.
LCA NEL SETTORE EDILIZIO
•
L’analisi del ciclo di vita nel settore edilizio può essere uno strumento che offre al
progettista fin dalla fase di progettazione la possibilità di monitorare le proprie
scelte proiettandole nell’intero ciclo di vita dell’edificio in termini di impatto
ambientale, energetico e costo economico. Il metodo può essere uno strumento
finalizzato ad una progettazione ecoefficiente che in ogni fase del ciclo di vita
assicuri un basso impatto sul sistema ecologico, tramite l’interazione con il calcolo
del fabbisogno energetico. Inoltre, il metodo LCA valuta l’impatto ambientale
prodotto dai consumi energetici durante la vita dell’edificio di solito considerata
almeno di 50 anni e permette di confrontare soluzioni tecnologiche atte ad una
progettazione a basso consumo energetico, quindi all’uso razionale dell’energia.
•
L’obiettivo della valutazione LCA degli edifici è ottenere un impatto ambientale
complessivo dell’intera vita dell’edificio stesso che, compatibilmente con i carichi
statici, dinamici, termici ed acustici, sia il minore possibile.
LCA NEL SETTORE EDILIZIO
•
La consistenza del settore edilizio evidenzia come la riduzione del consumo di risorse
e la minimizzazione dei rilasci ambientali rappresentano obiettivi fondamentali da
perseguire nella progettazione e nella costruzione di edifici sostenibili. In particolare
risultano fondamentali le seguenti strategie:
1.
Minimizzazione dei consumi di energia e di materie prime e selezione
merceologica degli stessi (Fonti energetiche rinnovabili, sostituzione di prodotti
tossici, utilizzo di materie seconde, valutazione delle opzioni di riuso e riciclaggio,
ecc..)
2.
Miglioramento dell’efficienza di processi e macchinari;
3.
Adozione di tecnologie a basso impatto ambientale;
4.
Recupero e riciclaggio dei residui di lavorazione e dei prodotti edili ad elevata
energia incorporata;
5.
Minimizzazione del rilascio di sostanze inquinanti nell’atmosfera, nei corpi idrici e
nel suolo.
CONSUMO DI ENERGIA E PRODUZIONE DI CO2 DI UN
PRODOTTO/EDIFICIO
Un edificio riassume in sé tante forme di energia non solo quelle fruibili nella
vita quotidiana dell’uomo e per la vita dell’edificio stesso, ma anche quelle
impiegate prima, durante e dopo la sua esistenza.
1.
Embodied Energy: Energia consumata da tutti i processi connessi con la
•
produzione di un edificio, per l’acquisto di risorse naturali necessarie per la consegna
del prodotto, comprendendo l’estrazione e la produzione di materiali e attrezzature.
2.
3.
4.
5.
Grey Energy: energia necessaria per il trasporto delle materie prime dal luogo di
produzione a quello di costruzione;
Induced Energy: energia spesa nella vera e propria fase di edificazione della
costruzione;
Operating Energy: energia consumata nella fase operativa dell’edificio una volta
occupato. Corrisponde al vero e proprio “funzionamento” della costruzione;
Demolition and Recycling Energy: energia spesa nel processo di demolizione a
fine vita della costruzione e dall’energia recuperata, per quel che è possibile, nei
processi di riciclaggio dei materiali da recuperare.
CONSUMO DI ENERGIA E PRODUZIONE DI CO2 DI UN
PRODOTTO/EDIFICIO
•
Il consumo di energia operativa è strettamente dipendente dagli
occupanti, l’energia incorporata è una variabile indipendente, ma insita
nell’edificio e correlata con le scelte dei materiali fatte in fase di
progettazione.
•
In Italia il settore delle costruzioni nel suo complesso consuma circa il 45%
dell’energia primaria totale e ogni anno questo consumo aumenta del
2% con conseguenze sulle emissioni in atmosfera di gas inquinanti
soprattutto in ambito urbano.
•
La scelta dei materiali e dei modi di costruzione possono modificare
sensibilmente la quantità di energia incorporata nella struttura.
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Mai come in questo periodo, l’attenzione è rivolta verso la formulazione di nuovi
modelli o strategie di contenimento dei consumi energetici del settore civile.
In questo contesto è stato sviluppato un software di calcolo che prevede
l’applicazione della metodologia LCA relativamente alle fasi di vita dei
capannoni prefabbricati, per la valutazione di due importanti indicatori di
sostenibilità ambientale: impronta carbonica (Carbon Footprint) ed impronta
energetica (fabbisogno di energia primaria).
Il calcolatore permette l’analisi dell’impronta di un edificio nuovo o esistente,
mostrando i contributi delle diverse fasi realizzative, basandosi su un database
contenente le diverse tipologie progettuali, costruttive e realizzative adottate
dal costruttore.
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Entrambe le categorie di impatto (CF e EF) sono stati valutati sulla base di un
approccio LCA, includendo lo stadio finale del ciclo di vita. Per ciascuna
categoria di prefabbricato, sono state considerate cinque fasi principali:
Produzione, incluse le materie prime, il trasporto per l'impianto di produzione
e fabbricazione di moduli prefabbricati;
Assemblaggio nel sito, compresa la preparazione del sito, la costruzione in
loco di fondazioni, e montaggio di moduli prefabbricati;
Trasporto, compresi i moduli, le materie prime, macchinari e da/per il luogo di
montaggio;
Utilizzo, compreso il calore, l'elettricità, e altri requisiti di alimentazione
specifici;
Fine vita, compreso lo smantellamento della struttura fuori terra e il riciclaggio
di calcestruzzo e acciaio per cemento armato.
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Step1 - Survey: analysis of different building typologies as a
function of most significant parameters (e.g. floor area,
insulation)
Step 2 - Modelling: implementation of a parameterised model
for the quantification of CF and EF over the entire parameter
space
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Confronto dati – modello
Data vs Model: total CF and EF
Data vs Model: CF and EF per unit area
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Modello: Footprint delle singole fasi
Model: Carbon Footprint
Model: Energy Footprint
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Carbon Footprint
Energy Footprint
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Carbon Footprint
Energy Footprint
CASO STUDIO – EDIFICI PREFABBRICATI
Fondazioni
Modello:
dipendenza dagli altri parametri
Vita utile
20 anni:
50 anni:
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Goal: quantification of the GHG emissions and the Land Use of an
innovative and sustainable energy production plant
Carbon Footprint: ISO/TS 14067:2013
Land Use: evaluation of the land occupation and land transformation
during the entire plant lifecycle
Results: coverage potential of district energy needs using renewable
energy sources and reduction of the environmental footprint in a urban
environment
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
•
Exploitation of renewable energy
sources available in place
•
Integration of different technologies
in a single stand-alone structure
•
Designed to fit in densely-built urban
environment
•
Valorization of waste
•
Adaptability/optimization according
to place of installation
•
Small environmental impact (GHG
and Land Use)
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Design del prototipo
•
OFMSW+sewage sludge Digester
•
Biogas cogeneration engine
•
PV panels
•
Geothermal
•
District heating network
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Photovoltaic installation
•
Produced electric energy: 129 MWhe/yr
Geothermal installation
•
•
•
•
•
•
5 150-m closed-loop vertical boreholes
60 W/m
45 kW
4.5 COP heat pump, 8,000 hr/yr
Produced thermal energy: 463 MWht/yr
Absorbed electric energy: 103 MWhe/yr
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Biogas Plant
•
35,000 people served by municipal waste
collection
•
OFMSW: 9,071 t/yr
•
Sewage sludge: 30,000 t/yr (14% fossil
carbon content max)
•
1,600 m3 anaerobic digester
•
2,232,000 Nm3/yr (59% CH4)
•
1 MW cogeneration engine (201 kW to
preheat the biomass)
•
Electric energy production: 3.98
kWhe/Nm3CH4
•
Thermal energy production: 4.57
kWht/Nm3CH4
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Produzione di energia
Energy production from biogas plant as a function of biomass input
Produced, absorbed, and net yearly energy
Potential coverage (35,000 people):
12% electric energy demand
3% heating energy demand
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Carbon Footprint
Total CF: 48.70 gCO2eq/kWh
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Carbon Footprint
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Carbon Footprint: sensitività ai parametri principali
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Land Transformation
Total covered surface: 969 m2
Land Transformation: 4.058 m2/GWh
CASO STUDIO – TORRE ENERGETICA
Land Occupation: 969.3 m2yr/GWh
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Valutazione della WATER FOOTPRINT di prodotto
Unità Funzionale:
Anno di riferimento:
Bottiglia di Vino (0.75 l)
Vendemmia 2012
Prodotto DOC (2% dell’intera produzione aziendale 187’500
litri)
Uve provenienti da un’unica unità territoriale (blend di
Sangiovese, Merlot e Cabernet Sauvignon).
Le condizioni meteo/suolo non richiedono irrigazione
artificiale e viene applicata una bassa quantità di
fertilizzanti.
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Caratterizzazione del ciclo di vita e data-flow
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Raccolta dati primari
Product
grapes
Vineyard
wine
2
surface
2
(10 kg)
(10 l)
(ha)
67
40.2
0.67
Terrain
grape yield
Cellar
wine yield
applications
irrigation
wine processed
(10 kg/ha)
(l/q)
(no.)
(mm)
(102 l)
100
60
12
0
1875
2
Water body
Crop
Composition
altitude
slope
distance
width
depth
facing side
aquifer
root depth
sand
clay
organic
skeleton
(m)
(%)
(m)
(m)
(m)
(m/ha)
(m)
(m)
(%)
(%)
(%)
(%)
271
5.0
1000
20
3.0
328.4
2.5
1.5
1.5
0.0
Date
Mar 12, 2012
Apr 02, 2012
Apr 23, 2012
May 14, 2012
May 28, 2012
Jun 18, 2012
Jul 02, 2012
Jul 16, 2012
Aug 13, 2012
Aug 27, 2012
Sep 10, 2012
45.0 15.0
Type
BBCH Dose (kg/ha)
Fertilizer
0-8
2.4
Fung/Pest 11-19
25.4
Fung/Pest 11-19
25.0
Fung/Pest 53-57
3.6
Fung/Pest 60-69
3.5
Fung/Pest 71-79
3.0
Fung/Pest 71-79
3.5
Fung/Pest 71-79
2.5
Fung/Pest
>80
3.5
Fung/Pest
>80
12.0
Fung/Pest
>80
1.5
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Metodologia:
=
=
+
+
+
=
Evapotranspiration (FAO)
=
=
=
,
(
+
ℎ
+
,
;
;
,
)
ℎ
+
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Grey Water Footprint – studio sistematico dell’acqua grigia
0,
≤
=
−
Reference approach
0,
−
ℎ
max(
ℎ
if
≤
, if
>
,
ℎ
;
,
>
Improved approach
lower limit
upper limit
−
)
max(
ℎ
,
;
ℎ
,
;
ℎ
)
max(
,
)
max(
,
)
,
max(
,
)
max(
,
)
,
max(
,
)
ℎ
+
+
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Risultato
WF green
WF blue
WF grey
WF tot
l/bottle*
621.4
3.425
7.358
632.2
* a wine bottle is 0.75 l
** a wine glass is 0.215 l
l/glass**
178.1
0.982
2.109
181.23
(%)
98.3
0.5
1.2
100
CASO STUDIO – FILIERA VITIVINICOLA
Confronto con altri prodotti
Peculiarità del prodotto:
• Posizione geografica (no irrigazione)
• Disciplinare DOC (pochi trattamenti)
Effetto:
• Diversa suddivisione delle acque
