Applicazione del Life Cycle Assessment ad un prodotto industriale (case study)

Caterina Rinaldi

Contenuto:

• La Valutazione del Ciclo di Vita(Life CycleAssessment) secondo ISO 14040

• Applicazione dell’LCA ad un prodotto industriale: forcella per Mountain Bike

LCA - Fasi della metodologia(ISO 14040)

Inquadramento della valutazione del ciclo di vita

Analisi dell’inventario

Valutazione dell’impatto

Definizionedell’obiettivoe del campo

di applicazione Interpretazione

Definizione Obiettivo e Campo di Applicazione

1. Obiettivi dello studio

- Motivazioni per effettuare lo studio

- Applicazioni previste

- Destinatari dello studio (interno/esterno)

2. Campo di applicazione

- Unità funzionale e flusso di riferimento

- Confini del sistema spaziali e temporali

- Tipologia di dati da raccogliere

- Metodo per la raccolta e l’analisi dei dati

- Revisione critica

1. Obiettivi dello studio

• Obiettivo: valutazione del ciclo di vita di una forcella per

MTB, ai fini di identificare i punti critici del ciclo di vita

su cui indirizzare gli interventi di miglioramento

• Applicazioni previste: i risultati verranno utilizzati in fase

di progettazione di un nuovo prodotto

• Destinatari dello studio: l’azienda stessa (i risultati

restano interni)

Caso studio

2. Campo di applicazione

Unità funzionale e flusso di riferimento:U.F.: Misura della prestazione funzionale del flusso in uscita del sistema prodotto.

• Unità funzionale: forcella ad aria per Mountain Bike con la funzione di ammortizzatore anteriore, oltre che organo di collegamento tra ruota e resto della bici, per un periodo di circa 3-4 anni (vita media stimata).

• Flusso di riferimento: 1635 gr (peso del prodotto finito senza imballaggio).

Caso studio

2. Campo di applicazioneConfini del sistema spaziali e temporali (iniziali):

• Pre-manifattura: Per ciascun componente andrà definito:

- il materiale di cui è costituito;- le lavorazioni che ha subito (interne ed esterne);- i materiali di imballaggio;- i trasporti (sia quelli dal fornitore primario all’azienda, che quelli tra l’azienda e i

diversi fornitori che effettuano le lavorazioni sul componente). Per ciascun trasporto: distanza (andata e ritorno) e mezzo utilizzato (con la relativa portata).

• Manifattura: dati relativi a materiali ausiliari (compresi i relativi imballaggi e trasporti), consumi di energia e di combustibili, consumi idrici, emissioni in aria e corpi idrici e rifiuti. Per i residui e i rifiuti vengono considerati anche i trattamenti di riciclo o smaltimento che potrebbero subire fuori dall’azienda.

Caso studio

2. Campo di applicazione

Confini del sistema spaziali e temporali (iniziali):

• Distribuzione ed uso: si considera solo la distribuzione primaria e per la manutenzione una vita media del prodotto pari a 3-4 anni.

• Fine vita: ipotesi che il prodotto venga completamente riciclato.

Caso studio

2. Campo di applicazione

• Tipologia di dati da raccogliere:

• Dati primari: forniti direttamente dall’azienda

• Dati secondari: banca dati di SimaPro, I-LCA e bibliografia

• Metodo per la raccolta e l’analisi dei dati: questionario e tabelle per la raccolta dati. Dopo l’elaborazione i dati vengono inseriti nel software SimaPro 5.0, analisi degli impatti con metodo “EcoIndicator ’95”

Caso studio

LCA - Fasi della metodologia(ISO 14040)

Inquadramento della valutazione del ciclo di vita

Analisi dell’inventario

Valutazione dell’impatto

Definizionedell’obiettivoe del campo

di applicazione Interpretazione

LCI - Analisi d’inventario

1. Definizione del diagramma di flusso e dei confini del sistema (processi rilevanti e non, processi di riciclo, etc.)

2. Reperimento dei dati (inputs ed outputs ambientali ed economici)

3. Procedure di allocazione degli impatti e analisi dei dati

4. Gestione dei dati raccolti (con utilizzo di softwarededicati, ad es. SimaPro, TEAM, Gabi)

Fasi del Ciclo di vita

Preproduzione: componenti e subcomponenti

Produzione forcella MTB

Distribuzione

Uso e manutenzione

Fine vita

INPUT:Materiali EnergiaRisorseTrasporti………..

OUTPUT:Emissioni ProdottiCoprodottiRifiuti……….

Caso studio

Acquisto grezzie componenti

Lavorazioni meccaniche (interne ed esterne)

Spedizione Clienti

Lavorazioni di finitura superficiali, ad esempio

anodizzazione, verniciatura (esterne)

Montaggio Forcella (interna)

Collaudo a campione (interna)

Processi principali della produzione della forcella MTB

Caso studio

SCHEDA PER LA RACCOLTA DEI DATI

PROCESSO: DATA:

BILANCIO DI MASSA

MATERIE PRIME kg/1000kg OUTPUT kg

Prodotto principale:Co-prodotto:Rifiuti solidi:

INPUT DI COMPONENTIAUSILIARI

kg/1000kg NOTE

INPUT DI ENERGIA

FONTI ENERGETICHE

kg/1000kg GJ/1000kg NOTE

DATI RELATIVI AI TRASPORTI

ATTIVITADI TRASPORTO(Dati per 1000 kg di prodottoprincipale)

MEZZO DISTANZA ENTITA’ CARICO(km) (ton)

DATI AMBIENTALI

EMISSIONI IN ARIA kg/1000kg NOTE

EMISSIONI IN ACQUA kg/1000kg NOTE

EMISSIONI NEL SUOLO kg/1000kg NOTE

FONTI DEI DATI

Componenti della forcella MTB

1. Archetto+gambe:• gamba• archetto• raschiapolvere+tenuta• boccole• perni guida pattino

2. Gruppo pompante:• pistone• valvola• contromolla• gruppo boccola• asta• asta di registro• vite di regolazione• dado di fondo• olio e grasso

3. Canne+crocera+cannotto• cannotto• crocera• tappi• canne• colla

Caso studio

Peso totale (kg) Materiale e lavorazioni

Il componente è prodotto all'interno? (sì/no). Se si

indicare il reparto/processo di

produzione

Imballaggio di ciascun

componente

Quantità del materiale da imballaggio

(kg)

Mezzo utilizzato per il trasporto del

componente (fornitore-azienda)

Portata del

mezzo (t)

Distanza media

percorsa in km (fornitore

azienda)

N.B. tra parentesi fornitoreN.B. Il riferimento è

l'unità di imballoN.B. Imballo al

Netto N.B. 1 tratta

166 grFase a) Alluminio (Avional) stampato + Decapaggio NO (ForgiaAlluminio - BL)

4 Scatole in cartone su bancali in legno.

Circa 600 gambe 30 kg Vettore esterno 18 t 350 km (BL)

Fase b) Lavorazione Completa + Barenatura NO (Meccanica Del Buono)

Contenitori Ferro AZIENDA con

divisori in cartone4 kg contenitori,

1 kg divisori Vettore AZIENDA 60 Quintali 25 kmFase c) Tornitura esterna di Alleggerimento NO (Promar)

Contenitori Ferro AZIENDA 4 Kg Vettore AZIENDA 60 Quintali 25 km

Fase d) Satinatura,Svavatura, smerigliatura e Lucidatura NO (2A)

Contenitori Ferro AZIENDA 4 kg Vettore AZIENDA 60 Quintali 10 Km

Fase e) Lavaggio+applicazione adesivo pro. + cart. prottettiva NO (MGO)

Contenitori Ferro AZIENDA con

divisori di blister

30 kg contenitori, 1,5

kg divisori Vetto re del dest inatario 12 Quintali 3 KmFase f) Lavaggio Gamba + applicazione 2 adesivi NO (MGO)

Contenitori Ferro AZIENDA 30 kg Vetto re del dest inatario 12 Quintali 3 Km

COMPONENTE: ARCHETTO + GAMBA

SUBCOMPONENTE: GAMBA

Caso studio

Elaborazione dei dati

• Trasformare i dati raccolti in una forma conveniente per l’elaborazione

• Calcolare le quantità specifiche di tutti gli inputs ed outputs del sistema

• Valutare le assunzioni e le semplificazioni effettuate

• Verifica dell’attendibilità, completezza, coerenza dei dati

Fase di manifattura: emissioni in aria

SOSTANZA

CONCENTRAZIONE (mg/forcella)

Materiale particellare 23.66

NOx 547.91

CO 1.78

Sostanze alcaline 30.48

Caso studio

Fase di manifattura: rifiuti/residuiRifiuto Quantità

(g) Codice CER Classificazione

Trattamento che subirà

Trucioli in alluminio

78 120103

NP Riciclo

Scarti in acciaio 77 12102 NP Riciclo

Scarti in alluminio

17

120104

NP Riciclo

Emulsione esauste

47

120109

P

Smaltimento

Oli per circuiti

esausti

1.6

130103

P

Recupero

Carta e Cartone

35

150101

NP Riciclo

Imballaggi in Plastica

- 150102 NP Riciclo

Imballaggi misti 76 150106 NP ? Materiali

Assorbenti 1.1 150201 NP ?

Fanghi da trattamento

anaerobico rifiuti

1.6

190601 NP Smaltimento

Fanghi di serbatoi settici

2.5 200304 NP Smaltimento

Caso studio

Esempio di assunzioni e semplificazioni effettuate

• Per alcune lavorazioni (…) all’esterno dell’azienda, non si è tenuto conto delle perdite di materiale tra una lavorazione ed un altra(per mancanza del relativo dato).

• I fattori di emissione (per le emissioni in atmosfera) sono stati calcolati dividendo il flusso totale emesso nel 1999 per la produzione totale.

• Per il fine vita del prodotto si è assunto che il 90% in peso della forcella subisca il processo di riciclo dell’alluminio e per il restante 10% un processo di recupero di materiali ferrosi

Caso studio

Principali difficoltà (soprattutto per PMI)

• La raccolta dati richiede tempo e risorse

• Reperimento di dati per i processi a monte e a valle della produzione (in particolare per la pre-manifattura)

• Assenza di un unico referente per i dati i all’interno dell’azienda

• I dati sono disponibili in forme diverse, spesso per rispondere ad esigenze normative: richiedono elaborazione

• Allocazione

LCA - Fasi della metodologia(ISO 14040)

Inquadramento della valutazione del ciclo di vita

Analisi dell’inventario

Valutazione dell’impatto

Definizionedell’obiettivoe del campo

di applicazione Interpretazione

Temi Ambientali

• Risorse– Esaurimento delle risorse

– Esaurimento dell’energia

• Impatti globali– Riscaldamento globale

– Distruzione dello strato di Ozono

• Impatti regionali e locali– Acidificazione

– Eutrofizzazione Formazione di ossidanti fotochimici

– Tossicità umana

– Ecotossicità acquatica

– Ecotossicità terrestre

Valutazione dell’impatto ambientale

• Classificazione / Caratterizzazione

• Normalizzazione

• Valutazione

Scopo: Trasformare ciascun flusso di sostanze (input/output) in un contributo ai Temi Ambientali ed individuare i problemi ambientali più rilevanti

Classificazione/Caratterizzazione

• Ogni sostanza può potenzialmente contribuire a più problemi ambientali (classificazione)

• L'effetto della stessa sostanza sui vari problemi ambientali èdifferente: la quantità di ciascuna sostanza viene moltiplicata per un "fattore di peso", che misura l'intensità dell'effetto della specifica sostanza sul problema ambientale (caratterizzazione)

• Sommando i valori pesati, si ottiene un valore dell'effetto (effectscore) per ciascun problema ambientale (profilo ambientale)

Es: le emissioni di gas serra, quantificate sull'intero ciclo di vita, vengono convertite in "CO2 equivalenti", calcolati moltiplicando la quantità emessa per il "potenziale di riscaldamento globale della sostanza"

I valori ottenuti per ciascun tema ambientale vengono rapportati ad un riferimento

Es. Dividere l’effetto per il riscaldamento globale, calcolato per l’unitàfunzionale, per l’effetto di riscaldamento globale europeo annuale

Ponderazione (optional)• Stabilire dei “pesi” per ciascun tema ambientale

• Moltiplicare i punteggi ottenuti per ciascun tema ambientale per il rispettivo peso

• Verificare la ragionevolezza dei risultati

• Sommando i valori così ottenuti si ottiene un indice (o Indicatore) adimensionale

Normalizzazione (optional)

Gestione dei dati raccolti (utilizzo di software dedicati)

Divide lo studio di LCA in due parti:

-Assembly: include le fasi del ciclo di vita dall’acquisizione delle materie prime e dei semilavorati fino alla fabbricazione

-Ciclo di Vita: tutti gli stadi successivi alla fabbricazione.

Mette a disposizione una serie di processi già implementati e permette anche di inserirne di nuovi.

Sono presenti diversi database (SimaPro, BUWAL 250 e IVAM) relativi a varie categorie: materiali, combustibili, sistemi di trasporti, gestione dei rifiuti, emissioni nelle diverse matrici ambientali

I risultati possono essere presentati con tabelle e grafici di inventario,relativi alla caratterizzazione, normalizzazione e alla valutazione finale.

Software SIMAPRO 5.0

CICLO DI VITA: caratterizzazioneCaso studio

CICLO DI VITA: caratterizzazioneImpact category Unit Total Pre manifattura manifattura distribuzione e uso fine vita

greenhouse kg CO2 14,5 16,3 0,126 0,243 -2,15ozone layer kg CFC11 1,55E-06 1,60E-06 8,88E-07 x -9,36E-07acidification kg SO2 0,0974 0,113 -0,0062 0,00442 -0,0136

eutrophication kg PO4 0,00467 0,00488 -0,000177 0,000446 -0,000477heavy metals kg Pb 8,57E-05 8,99E-05 6,47E-06 x -1,06E-05carcinogens kg B(a)P 1,49E-05 1,85E-05 -3,96E-08 x -3,58E-06winter smog kg SPM 0,0684 0,0889 -0,00897 0,00222 -0,0137

summer smog kg C2H4 0,00317 0,00383 0,000502 0,000393 -0,00155pesticides kg act.subst x x x x x

energy resources MJ LHV 210 246 -2,54 3,22 -37,2solid waste kg 6,47 6,9 -0,108 0,000108 -0,328

Caso studio

CICLO DI VITA: normalizzazione

Caso studio

Fase di premanifattura: caratterizzazione

Caso studio

MACROCOMPONENTE ARCHETTO + GAMBE

Caso studio

MACROCOMPONENTE ARCHETTO + GAMBE

Componente Archetto

Componente Gamba

Sostanze Totale AlCuMg1 (2017) I Tornitura Satinatura BarenaturaTotale 100% 93,26 0,5531 5,531 0,6562

ammonia 100% 87,36 1,037 10,37 1,23HCl 100% 86,79 1,084 10,84 1,286HF 100% 85,54 1,187 11,87 1,408

NO2 100% 100 x x xNOx 100% 88,48 0,9453 9,453 1,122SO2 100% 94,05 0,4879 4,879 0,5788SOx 100% 100 x x x

Acidificazione

LCA LCA -- Fasi della metodologiaFasi della metodologia(ISO 14040)(ISO 14040)

Inquadramento della valutazione del ciclo di vita

Analisi dell’inventario

Valutazione dell’impatto

Definizionedell’obiettivoe del campo

di applicazione Interpretazione

Interpretazione dei risultati

Sulla base degli “hot spots” del ciclo di vita, valutarele strategie di intervento per ridurre gli impatti

AUMENTAREAUMENTARE--OTTIMIZZARE:OTTIMIZZARE:l’impiego di materiali riciclati;la gestione del fine-vita;la riciclabilità del prodotto;l’uso di materiali e processi a basso impatto ambientale;la durata del prodotto; ottimizzare l’imballaggio e la distribuzione;ottimizzare le tecniche produttive

RIDURRERIDURRE--MINIMIZZARE :MINIMIZZARE :l’impiego di materiali e/o sostanze tossiche;l’uso di materie prime ad alta intensità energetica;l’uso di materie prime non rinnovabili;la produzione di rifiuti;la quantità di materiali utilizzati;i consumi energetici

Caterina RinaldiENEA – BolognaCaterina.rinaldi@bologna.enea.itTel. 051- 6098388

Ente Nuove Tecnologie Energia e Ambiente