LCA dei mattoni in terra cruda

LCA dei mattoni in terra cruda
Preparazione di una scheda ambientale per Fornace Brioni Srl
Documento interno
Leo Breedveld – 2B
28 marzo 2009
2B Consulenza Ambientale di Leo Breedveld
Codice fiscale: BRDLLH66L27Z126C • Partita IVA: 03740120260
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LCA dei mattoni in terra cruda
Indice
1. Introduzione ............................................................................... 3
Laterizi Brioni srl: l’azienda, il prodotto e lo scopo ................................................. 3
Metodologia LCA .......................................................................................... 4
2.
Definizione degli obiettivi e campo di applicazione............................... 5
Descrizione delle materie prime e il processo produttivo .......................................... 5
Unità funzionale e confini del sistema ................................................................ 6
Fonti di dati per l’inventario............................................................................ 6
Allocazione e revisione critica .......................................................................... 7
Semplificazioni nella LCA................................................................................ 7
3. Analisi dell’inventario .................................................................... 8
4. Valutazione dell’impatto ............................................................... 11
Caratterizzazione ........................................................................................11
Normalizzazione .........................................................................................12
5. Interpretazione ........................................................................... 14
Bibliografia ..................................................................................... 15
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Fornace Brioni Srl
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1. Introduzione
La ditta Laterizi Brioni srl ha preso l’iniziativa di svolgere uno studio di Life Cycle
Assessment (LCA) dei mattoni in terra cruda con lo scopo di stimolare il
miglioramento ambientale e di preparare e documentare le informazioni necessarie
per una scheda ambientale di prodotto. Nello specifico, la LCA è una tappa
obbligatoria per la stesura della scheda ambientale di prodotto, che verrà
presentata ad un progetto della Regione delle Marche su “Strumenti per la
promozione della sostenibilità nel campo edilizio: banca dati dei materiali di
riferimento per costruzioni ad elevata prestazione ambientale”. Prima dell’invio
della scheda ambientale di prodotto, è prevista una revisione critica della LCA da
parte di un ente di ricerca di prestigio a livello nazionale (CNR-ITC).
Un eventuale passo successivo potrebbe essere l’applicazione di una Dichiarazione
Ambientale di Prodotto (DAP, in inglese Environmental Product Declaration - EPD).
Attualmente, un sistema EPD adeguato sarebbe il Swedish Environmental
Management Council (SEMC). Il SEMC, che gestisce internazionalmente il sistema
EPD svedese, ha già pubblicato i PCR (Product Category Rules - Requisiti Specifici di
Prodotto) per il gruppo di prodotto dei mattoni: “Clay Construction Products” [1].
Con la LCA, la scheda ambientale di prodotto ed eventualmente lo strumento EPD,
l’azienda ha scelto di rendere pubblico il proprio impatto ambientale attraverso
una comunicazione trasparente e credibile.
Laterizi Brioni srl: l’azienda, il prodotto e lo scopo
La Laterizi Brioni, ad oggi certificata ISO 14001, è una realtà produttiva che offre
soluzioni per pavimentazioni di pregio in cotto tradizionale e pezzi speciali
rigorosamente confezionati a mano. In ragione di questa grande attenzione al
materiale ed in virtù della profonda conoscenza della terra, ha deciso di avviare
una produzione di elementi in terra cruda, da commercializzarsi secondo sistemi e
soluzioni costruttive ideate e progettate ad hoc in risposta alle attuali istanze
dell’edilizia bioecologica: la nuova Linea inTerra™ [2].
Il prodotto oggetto di valutazione è il mattone pesante in terra cruda della linea
inTerra™. Diverse sono le soluzioni e prestazioni per cui può essere utilizzato:
accumulo termico, massa acustica, appesantimento, termo-igroregolazione. Altri
prodotti della stessa gamma, i mattoni semipesante e leggero, nonché malta,
intonaci, e tavelle in crudo, diversi fra loro per quantità dei componenti, verranno
analizzati in uno studio successivo.
Lo studio intrapreso, quindi, mira a quantificare gli impatti ambientali associati
alle fasi di produzione e d’estrazione delle materie prime, attraverso la LCA,
nonché la valutazione delle fasi d’imballaggio, uso e fine vita del mattone crudo
(pesante) della linea inTerra™. L’indagine, condotta attraverso una serie d’incontri
e momenti di confronto tesi alla raccolta dei dati d’input, è stata elaborata
attraverso il software SimaPro 7 [3].
L’obiettivo ultimo è quello di predisporre, attraverso i risultati dello studio di LCA,
tutta la documentazione necessaria per la scheda ambientale di prodotto.
L’obiettivo successivo potrebbe essere l’applicazione dell’EPD.
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Metodologia LCA
Lo svolgimento dello studio di LCA dei mattoni in terra cruda segue le norme ISO su
life cycle assessment (ISO series 14040/14044) [4-5], le regole metodologiche del
progetto della Regione delle Marche e le PCR specifiche [1]. La struttura della LCA
è sintetizzabile in quattro fasi principali:
1. Definizione dell’obiettivo e campo di applicazione: fase preliminare in cui
vengono definiti le finalità dello studio, l’unità funzionale, i confini del
sistema studiato, il fabbisogno di dati, le assunzioni e le considerazioni sulla
revisione critica (§ 2);
2. Analisi dell’inventario: fase che comprende la quantificazione dei flussi in
entrata e in uscita per tutti i processi della LCA, la raccolta dei dati (§ 3);
3. Valutazione dell’impatto: fase che aggrega i risultati dell’inventario con
modelli scientifici in un certo numero di potenziali impatti ambientali (§ 4);
4. Interpretazione: fase nella quale i risultati della LCA vengono interpretati al
fine di ricavare conclusioni e raccomandazioni (§ 5).
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2. Definizione degli obiettivi e campo di applicazione
Obiettivo della LCA dei mattoni in terra cruda presso Brioni è valutare l’impatto
ambientale del prodotto lungo l’intero ciclo di vita, analizzando quindi ogni singola
fase del ciclo di vita dei mattoni, dalle materie prime allo smaltimento del
prodotto. Oggetto principale della LCA è valutare il carico ambientale della
produzione di mattoni in terra cruda e la preparazione della documentazione per la
scheda ambientale di prodotto.
Descrizione delle materie prime e il processo produttivo
Le materie prime sono: argilla, fibra vegetale e acqua, con netta preponderanza
del materiale terra (argilla). Quest’ultima è approvvigionata da cava di proprietà
sita in golena di Po. Tutti i materiali hanno provenienza locale; la fibra è il
risultato di uno scarto di lavorazione; l’acqua è attinta direttamente dal pozzo, sia
quella necessaria all’impasto, sia quella impiegata per lavare gli stampi;
quest’ultima viene recuperata e riutilizzata [6].
La terra, una volta cavata, è trasportata in fornace a mezzo autotreno; qui viene
scaricata nell’area di stoccaggio da cui è direttamente prelevata, dopo essere
rimasta a “stagionare” in cumoli all’aria aperta per circa 1 anno, a mezzo di pala
gommata, al momento di preparare l’impasto. Al medesimo modo anche la fibra è
prelevata dal sito di produzione e trasferita nell’area di stoccaggio dello
stabilimento a mezzo autotreno da cui, successivamente e coerentemente con le
dosi previste dalla miscela specifica, è prelevata, sempre con la pala gommata, e
buttata nei cassoni dosatori, grazie ai quali vengono formulati i dosaggi per gli
impasti e inviate, grazie a dei nastri trasportatori in gomma o ferro,
nell’impastatore-mescolatore, dove, manualmente, è aggiunta l’acqua, attinta dal
pozzo di proprietà attraverso specifica pompa.
Dall’impastatore di prelavorazione l’impasto ormai formato con la giusta umidità di
lavorazione è convogliato alla formatura, dove, per stampaggio in pasta molle, i
mattoni vengono formati in degli stampi multipli che scorrono su nastri. A
formatura conclusa gli stampi vanno al lavaggio, mentre i vassoi su cui si trovano i
mattoni sono avviati all’essiccatoio. L’acqua del lavaggio, (sporca di terra e di un
residuo di disarmante) è convogliata ad un silos di raccolta e decantazione, che
consente un recupero anche della materia prima (terra liquida) che inevitabilmente
si sedimenta a fondo silos, da cui, periodicamente, è prelevata e reimmessa nelle
vasche di premiscelazione.
Una volta in essiccatoio i pianali vi sostano circa 7-10 gg. prima di uscire e venir
imbancalati su pallet di legno e avvolti con il termoretraibile. Lo stoccaggio
avviene in zona coperta e interna allo stabilimento. Le movimentazioni sono
effettuate in parte manualmente e in parte con muletto elettrico.
Lo schema raffigurante il processo produttivo dei mattoni in terra cruda e i flussi
principali, è stato schematizzato nella Figura 1.
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Fig. 1: Diagramma del processo produttivo presso Brioni.
Unità funzionale e confini del sistema
L’unità funzionale presa in esame è la tonnellata di prodotto, l’anno di riferimento
il 2007, il range temporale ipotizzato per la raccolta dei dati è il mese lavorativo
(22 giorni). La produzione mensile di mattoni in terra cruda è pari a 717 tonnellate.
I confini del sistema dovrebbero includere in teoria tutte le fasi del ciclo di vita del
prodotto. Nel caso di una LCA di un mattone in terra cruda, i confini non includono
la fase d’utilizzo dei mattoni (scelta metodologica in linea con il progetto della
Regione delle Marche e le PCR del sistema EPD Svedese). I confini del sistema
iniziano dall’approvvigionamento delle materie prime e il trasporto allo
stabilimento Brioni; proseguono con la fase di produzione ed imballaggio, infine si
chiudono con la distribuzione del prodotto ai clienti e il fine vita dei mattoni e
dell’imballaggio. Escluso dai confini del sistema è l’uso del mattone.
In particolare i confini del sistema includono: approvvigionamento delle materie
prime; trasporto allo stabilimento; stoccaggio e movimentazione dei materiali;
prelavorazione dell’impasto; formatura dei mattoni; essiccazione dei mattoni;
recupero degli sfridi (mattoni, impasto, segatura e acqua); imballaggio;
distribuzione ai clienti; fine vita del mattone e dell’imballo.
Fonti di dati per l’inventario
Gli impatti associati alla fase di produzione vera e propria del mattone crudo sono
stati determinati in base ai dati forniti dall’azienda, analizzando tutti gli input e gli
output relativi ai diversi step del ciclo di lavorazione: energia relativa ai trasporti
verso lo stabilimento, movimentazione interna di materiale e prodotto finito,
consumi d’energia elettrica per pompe e motori, consumi di combustibile.
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Nello studio di LCA vengono utilizzate diverse fonti di dati per l’inventario. Per gli
aspetti più importanti dello studio sono raccolti ed utilizzati dati primari
(foreground data), mentre per gli aspetti meno significativi vengono utilizzati dati
secondari (background data).
Utilizzo e requisiti di qualità dei dati primari:
Per tutti i processi svolti nello stabilimento Brioni, quindi tutti i processi
“gate to gate”, vengono raccolti dati primari. Per gli altri processi a
“monte” o a “valle” della produzione del mattone, quindi non svolti nello
stabilimento Brioni, è possibile utilizzare dati secondari;
Per il consumo di elettricità vengono utilizzati dati primari raccolti presso lo
stabilimento Brioni; per la descrizione del processo relativo all’elettricità
vengono utilizzati dati del sistema energetico nazionale, come proposto
all’interno del progetto della Regione delle Marche.
L’utilizzo dei dati secondari è stato effettuato per i seguenti processi, utilizzando i
database Ecoinvent [7]: trasporti, elettricità, movimentazioni e fibra vegetale.
Allocazione e revisione critica
L’allocazione tra co-prodotti viene generalmente evitata tramite l’espansione del
sistema oppure viene effettuata sulla base del flusso di massa. Nella LCA del
mattone in terra cruda non si sono presentate situazioni che hanno richiesto
l’allocazione di prodotti.
Le norme ISO stabiliscono che la revisione critica sia facoltativa per una LCA
interna ed obbligatoria quando si effettua un’affermazione comparativa
pubblicamente divulgata. Per questo studio la revisione critica è prevista quando
viene effettuata la validazione della scheda ambientale di prodotto da parte di
CNR-ITC.
Semplificazioni nella LCA
L’analisi LCA è stata semplificata con l’esclusione della fase d’uso. Tale
esclusione è giustificata dal fatto che questa fase è difficilmente
influenzabile dal produttore (scelta in linea con le PCR);
È stato assunto che i beni capitali dell’azienda (ad esempio le macchine
dell’impianto di formatura e gli edifici di Brioni) non apportino un contributo
significativo alla valutazione del ciclo di vita, pertanto non vengono
considerati nell’analisi del sistema di prodotto (scelta in linea con le PCR);
Per i processi nello stabilimento Brioni sono stati raccolti dati primari,
mentre per gli altri processi sono stati utilizzati dati secondari presenti nei
database ecoinvent;
Per facilitare i calcoli della LCA e la presentazione dei risultati è stato
utilizzato il software LCA SimaPro 7 [3], che contiene alcuni database LCA
tra cui ecoinvent.
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3. Analisi dell’inventario
L’analisi dei dati che compongono l’inventario dello studio di LCA comprende la
raccolta delle informazioni e ne costituisce la fase più laboriosa. Per ogni processo
che appartiene al sistema di prodotto (come definito nei confini del sistema)
vengono raccolti dati sui flussi in entrata e in uscita, ovvero su tutti i consumi di
risorse ed energia e su tutte le emissioni nei comparti ambientali aria, acqua e
suolo.
Per gli aspetti più importanti della LCA del mattone in terra cruda sono stati
raccolti e utilizzati dati primari (foreground data), mentre per gli aspetti meno
significativi sono stati utilizzati dati secondari tratti da bibliografia e database
(background data). L’analisi dell’inventario segue una procedura iterativa che
prevede di iniziare con dati generici e procedere raccogliendo via via tutti i dati
specifici. Come primo passo è stata stabilita la produzione mensile presso Brioni. Il
risultato del bilancio di massa è visibile nella tabella 1 (prelavorazione
dell’impasto), nella tabella 2 (formatura) e nella tabella 3 (essiccazione).
Inputs
Quantità
%
Provenienza
Distanza
Argilla
839,762 ton
77,0
Tabellano (MN)
14 km
Acqua di pozzo
236,660 ton
21,7
Gonzaga (MN)
0 km
Fibra vegetale
14,178 ton
1,3
Dosolo (MN)
22 km
Output
Quantità
%
Impasto
1090,6 ton
100
-
-
Tabella 1: Bilancio di massa della fase di prelavorazione dell'impasto presso Brioni.
Inputs
Quantità
%
Outputs
Quantità
Impasto
1090,6 ton
100
Disarmante
0,19 ton
0,02
Rifiuti finali
0,19 ton
0,02
Segatura
1,93 ton
0,18
Riciclo + rifiuti
0,88 + 1,05
0,18
Acqua di pozzo
66 ton
6,05
Riciclo acqua
66 ton
6,05
Mattoni + riciclo 1079,7 + 10,9
%
99 + 1
Tabella 2: Bilancio di massa della fase di formatura del mattone presso Brioni.
Inputs
Quantità
%
Outputs
Quantità
%
Mattoni formati
1090,6 ton
100
Mattoni
717,17 ton
65,8
-
-
-
Emissioni in aria
358,79 ton
32,9
-
-
-
Riciclo impasto
14,64 ton
1,3
Tabella 3: Bilancio di massa della fase di essiccazione del mattone presso Brioni.
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Fig. 2: Albero dei processi del ciclo di vita del mattone in terra cruda (esclusione all’1%).
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In una seconda fase sono stati inseriti tutti i processi del sistema di prodotto nel
software LCA e sono stati aggiunti i dati di consumo e le emissioni per ogni singolo
processo. La LCA del mattone in terra cruda presso Brioni contiene in totale 52
processi.
L’analisi dei processi di lavorazione svolti all’interno dello stabilimento Brioni,
necessario per la realizzazione dello studio, è stato possibile mediante tre visite
all’impianto, una serie di incontri presso Brioni e uno scambio di informazioni con i
responsabili tecnici dell’impianto. Per i dati secondari è stata inoltre utilizzata la
banca dati ecoinvent, disponibile nel software utilizzato per i calcoli di LCA.
Nella figura 2 viene visualizzato l’albero dei processi del ciclo di vita del mattone
in terra cruda. Questa rappresentazione può essere letta come un diagramma di
flusso che illustra la sequenza delle operazioni unitarie che costituiscono il ciclo di
vita, ad ognuna delle quali è associato il relativo contributo rispetto al processo
complessivo.
Nella figura 2 sono visibili i 22 processi più significativi sul totale dei 52 processi
che costituiscono l’intero sistema di prodotto. L’intero diagramma ad albero
comprendente tutti i processi è visualizzato in Allegato 1.
I dati sono stati inseriti sulla base dei valori mensili, mentre l’impatto ambientale è
stato calcolato sulla base dell’unità funzionale stabilita in 1 tonnellata di mattoni
in terra cruda.
Ultimata la raccolta dei dati relativa ad ogni processo del sistema di prodotto, il
software LCA permette di calcolare l’ecobilancio dei flussi in entrata e in uscita
relativo all’unità funzionale. Il risultato dell’inventario è una tabella, detta
“tabella dell’inventario”, che contiene tutti i consumi di risorse ed energia e tutte
le emissioni nei comparti aria, acqua e suolo.
La tabella dell’inventario del presente studio, disponibile nel software LCA
utilizzato, riporta tutti i consumi e le emissioni relative all’intero ciclo di vita del
mattone in terra cruda (666 in totale).
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4. Valutazione dell’impatto
Nella valutazione dell’impatto le informazioni ottenute dall’analisi dell’inventario
vengono valutate e aggregate a seconda degli effetti relativi ai diversi temi
ambientali, come per esempio l’effetto serra. La fase di valutazione dell’impatto,
come indicato nello standard ISO 14040 [4], include i seguenti elementi principali:
Caratterizzazione: quantificazione degli impatti ambientali mediante modelli
scientifici e fattori di equivalenza riconosciuti a livello internazionale;
Normalizzazione: una tecnica opzionale per quantificare il contributo di
ciascuna categoria d’impatto al problema ambientale a livello regionale o
globale;
Pesatura: una tecnica opzionale per confrontare l’importanza dei singoli
effetti ambientali allo scopo di ottenere un singolo indice (effettuata solo
nell’ interpretazione).
Caratterizzazione
Nella valutazione dell’impatto sono stati calcolati i potenziali impatti ambientali
del mattone in terra cruda utilizzando il metodo Eco-indicator 99 [8] e il metodo
specificato nel progetto delle Marche, che origina principalmente dal metodo CML
2001 [9].
Nel metodo CML le seguenti categorie d’impatto sono state selezionate per
esprimere l’impatto ambientale del mattone in terra cruda: consumo di energia,
effetto serra, assottigliamento dello strato di ozono, formazione di smog
fotochimico, acidificazione, eutrofizzazione, tossicità umana. Inoltre, dal metodo
Eco-indicator 99 è stata aggiunta la categoria d’impatto tossicità dell’ecosistema.
Nella tabella 4 vengono elencati i risultati della caratterizzazione delle sette
categorie d’impatto del ciclo di vita del mattone.
Categoria d’impatto
Effetto serra
Assottigliamento dello strato di ozono
Formazione di smog fotochimico
Termine in inglese
Totale
global warming (GWP100)
202
ozone layer depletion
2,19 x 10
Unità
kg CO2 eq
-5
kg CFC-11 eq
photochemical oxidation
0,0186
kg C2H4 eq
Acidification
0,592
kg SO2 eq
Eutrofizzazione
eutrophication
0,082
kg PO43- eq
Tossicità umana
human toxicity
25,7
kg 1,4-DB eq
ecotoxicity
17,1
PAF m2yr
Acidificazione
Tossicità dell’ecosistema
Tabella 4: Risultati della caratterizzazione per unità funzionale (1 ton di mattoni).
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Normalizzazione
Nella normalizzazione sono stati calcolati i potenziali impatti ambientali del
mattone in terra cruda utilizzando il metodo specificato nel progetto delle Marche
(Figura 3) e il metodo Eco-indicator (Figura 4).
Fig. 3: Risultati della normalizzazione (progetto delle Marche).
Nella Figura 3, i risultati delle sette categorie d’impatto sono stati normalizzati
alla situazione europea. Questa analisi ha permesso di valutare l’apporto relativo di
ogni categoria d’impatto ai problemi ambientali europei. Elencandoli in ordine
decrescente, questi sono: effetto serra, acidificazione, eutrofizzazione, tossicità
dell’ecosistema, tossicità umana, formazione di smog fotochimico e
assottigliamento dello strato di ozono.
Fig. 4: Risultati della normalizzazione (Eco-indicator 99).
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La Figura 4 mostra i risultati della normalizzazione mediante il metodo Ecoindicator 99, che consiste in una serie di categorie d’impatto più ampia, 11 in
totale, ed è per tale motivo più completo. Le 11 categorie d’impatto sono qui state
aggregate in 3 categorie di danno: danno alla salute umana, danno alla qualità
dell’ecosistema e danno alle risorse. Si possono notare alcune differenze tra i due
metodi, soprattutto relativamente alla definizione delle categorie d’impatto. Per
entrambi i metodi, la fase di produzione causa il maggior impatto ambientale.
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5. Interpretazione
L’interpretazione è la fase della LCA nella quale i risultati ottenuti nell’analisi
vengono interpretati per arrivare a conclusioni e raccomandazioni.
Nell’interpretazione è stata effettuata un’analisi di contributo per evidenziare il
conconrso dei diversi processi e delle diverse fasi del ciclo di vita all’impatto
ambientale del mattone in terra cruda.
L’analisi di contributo permette quindi di evidenziare i processi più rilevanti del
sistema di prodotto. Il risultato di tale analisi è espresso con un indice univoco che
mostra l’impatto ambientale di ogni singolo processo.
La Tabella 5 mette a confronto i risultati dell’analisi di contributo relativi al
metodo Eco-indicator 99 e al metodo descritto nel progetto delle Marche. Come si
può vedere, ci sono delle differenze, ma le indicazioni di massima coincidono.
Analisi di contributo
Metodo delle Marche
Eco-indicator 99
Bruciatore + consumo gas
32,0%
42,8%
Consumo di elettricità
29,3%
19,7%
Trasporto
24,4%
19,6%
7,2
9,2%
Fibra vegetale
0,7%
0,8%
Processi rimanenti
6,4%
7,9%
Argilla
Tabella 5: Analisi di contributo dei processi (metodo delle Marche ed Eco-indicator 99).
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Bibliografia
[1]
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Product Declaration (EPD) for Clay Construction Products. Draft PCR 2004:9, version
1.0, 20 settembre 2004 (www.environdec.com).
[2]
Brioni, 2008: sito internet della Fornace Brioni Srl (www.fornacebrioni.it).
[3]
PRé, 2008: Software LCA SimaPro 7.1. PRé Consultants, Olanda (www.pre.nl).
[4]
ISO 14040, 2006: Environmental management – Life cycle assessment – Principles and
framework. CEN, EN ISO 14040:2006 (www.iso.org).
[5]
ISO 14044, 2006: Environmental management – Life cycle assessment – Requirements
and guidelines. CEN, EN ISO 14044:2006 (www.iso.org).
[6]
ASPECT, 2008: Valutazione del ciclo di vita dei matoni crudi inTerraTM della Fornace
Brioni. Progetto realizzato nell’ambito dell’iniziativa comunitaria ASPECT. Provincia
di Mantova, 2B, Fornace Brioni Srl (www.aspect-project.eu/europe.html).
[7]
Ecoinvent, 2007: Database ecoinvent versione 2. “Swiss Centre for Life Cycle
Assessment”, il fornitore del database ecoinvent (www.ecoinvent.ch).
[8]
Goedkoop, M & R Spriensma, 2001: The Ecoindicator 99, a damage oriented method
for life cycle impact assessment. PRé Consultants, Amersfoort (www.pre.nl).
[9]
Guinèe J, Gorrèe M & Heijungs R, 2001: Handbook on Life Cycle Assessment.
Operational Guide to the ISO Standards. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht
(www.leidenuniv.nl/cml).
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