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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
