INDICATORE DI SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE ED ECONO- … · miche di un sistema integrato di gestione...

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Rifiuti

Sommario – Gli strumenti basati sul concetto del ciclodi vita (Life Cycle Thinking – LCT) possono essereusati per valutare le prestazioni ambientali ed econo-miche di un sistema integrato di gestione dei rifiuti ur-bani. In particolare, la Life Cycle Assessment (LCA) èutilizzata per quantificare gli impatti ambientali, men-tre la Life Cycle Costing (LCC) consente di effettuarevalutazioni finanziarie ed economiche. L’utilizzo diquesti strumenti implica tuttavia specifiche conoscen-ze, nonché una gran quantità di dati. Obiettivo di que-sto progetto, sviluppato nel Centro Studi MatER (Ma-teria ed Energia da Rifiuti), è la formulazione di un in-dicatore per la valutazione della sostenibilità ambienta-le ed economica di un sistema di gestione integrata deirifiuti urbani che possa essere calcolato da amministra-tori locali e gestori del sistema rifiuti, e non solo daesperti di LCT. L’indicatore proposto, che vuole esseresemplice ma allo stesso tempo completo, è un indica-tore composito, che include tre singoli indicatori: unindicatore che quantifica il recupero di materia ottenutonel sistema, un secondo indicatore che quantifica il re-cupero di energia e un terzo che quantifica i costi diraccolta, trattamento e smaltimento. Tale strumentopotrebbe essere utilizzato per valutare nel tempo leprestazioni di un sistema, in un’ottica di miglioramentocontinuo o anche per effettuare un confronto oggettivotra diversi sistemi. Il calcolo dei tre indicatori è statotestato per i sistemi di gestione integrata dei rifiuti ur-bani implementati in Regione Lombardia e nelle quat-tro province di Milano, Bergamo, Pavia e Mantova.

Parole chiave: gestione rifiuti, sistema integrato, riciclo, re-cupero di energia, costi.

AN INDICATOR TO ASSESS THE ENVI-RONMENTAL AND ECONOMIC SUS-TAINABILITY OF INTEGRATED MUNICI-PAL WASTE MANAGEMENT SYSTEMS

Abstract – Tools based on the concept of Life CycleThinking (LCT) can be (and are) used to assess the en-vironmental and economic performances of integratedmunicipal solid waste (MSW) management systems.Life Cycle Assessment (LCA) is used to quantify theenvironmental impacts, whereas Life Cycle Costing(LCC) allows financial and economic assessments.These tools require specific experience and knowl-edge, and a large amount of data. The aim of this proj-ect, developed by MatER (Materials & Energy fromRefuse) Research Center, is the definition of an indica-tor for the assessment of environmental and economicsustainability of integrated MSW management sys-

tems. The challenge is to define a simple but compre-hensive indicator that may be calculated also by localadministrators and managers of the waste system andnot only by scientists or LCT experts. The proposedindicator is a composite indicator and it derives fromthe aggregation of three individual indicators: two ofthem assess the material and the energy recovery lev-els achieved in the system, while the third one quanti-fies the costs associated with the waste management.The indicator would allow to compare different inte-grated MSW management systems in an objective wayand to monitor the performance of a system over time.The calculation of the three individual indicators hasbeen tested for the integrated MSW management sys-tems implemented in the Lombardia Region as well asin four of its provinces (Milano, Bergamo, Pavia, andMantova).

Keywords: waste management, integrated system, recycling,energy recovery, costs.

Ricevuto il 28-1-2015. Correzioni richieste il 9-4-2015. Accettazio-ne il 20-4-2015.

1. INTRODUZIONE

La gestione integrata dei rifiuti è il complesso del-le attività volte a massimizzare il recupero di ma-teriali ed energia mediante un approccio “integra-to”, ossia che intervenga su tutte le filiere, sia del-le raccolte differenziate che del rifiuto urbano re-siduo. Questo modello gestionale prevede di con-siderare ogni aspetto del sistema rifiuti, dalla pro-duzione fino al recupero/smaltimento finale, alloscopo di ottimizzarne i percorsi, di sfruttarne ognicontenuto di materia ed energia e di ridurne il piùpossibile l’impatto ambientale. Tale visione si in-serisce nell’ottica più ampia di una gestione am-bientale sostenibile, che impone la necessità di ot-timizzare lo sfruttamento delle risorse (fra le qua-li non solo le materie prime, ma anche i rifiuti) edi minimizzare la dispersione nell’ambiente di so-stanze inquinanti derivanti da attività antropiche,come descritto nella gerarchia dei principi dettati alivello europeo in materia di rifiuti (Direttiva2008/98/CE): • prevenzione della produzione e della pericolosi-

tà dei rifiuti;• riciclaggio & recupero;• smaltimento finale.

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INDICATORE DI SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE ED ECONO-MICA DI SISTEMI DI GESTIONE INTEGRATA DI RIFIUTIURBANI

Ingegneria dell’Ambiente Vol. 2 n. 4/2015dx.doi.org/10.14672/ida.v2i4.281

* Per contatti: Lucia Rigamonti, Piazza Leonardo da Vinci32 – 20133 Milano. Tel. 02.23996415; Fax 02.23996499.E-mail: [email protected].

Lucia Rigamonti1,2*, Irene Sterpi2, Mario Grosso1,2

1 Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICA) – Sezione Ambientale, Milano. 2 Centro Studi MatER, c/o Consorzio L.E.A.P., Piacenza.

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Rifiuti Ad oggi, però, risulta difficile condurre un’analisi

di confronto fra i diversi sistemi di gestione inte-grata dei rifiuti implementati nelle diverse munici-palità senza ricorrere a valutazione complesse diLife Cycle Assessment (LCA) e di Life Cycle Co-sting (LCC). In particolare, non sembra essere di-sponibile un metodo semplice, condiviso e stan-dardizzato per poter valutare il livello di sostenibi-lità ambientale ed economica del sistema di ge-stione implementato e delle azioni che si sono mes-se in atto. Il solo valore di raccolta differenziata(RD) non può essere infatti utilizzato come indi-catore dell’efficienza del sistema in quanto non tie-ne conto dell’effettivo recupero di materia ed ener-gia conseguiti a valle della stessa e dei costi soste-nuti per conseguirli.L’idea di misurare le prestazioni dei sistemi di ge-stione integrata dei rifiuti non è nuova (Tabella 1).È il caso dell’indice Resource Conservation Effi-ciency (RCE), sviluppato per definire la sostenibili-tà ambientale di un sistema di gestione dei rifiuti ur-bani in funzione dell’energia prodotta nei diversitrattamenti e dei materiali inviati a riciclo (Kaufmanet al., 2010), oppure del Maximum Practicable Re-cycling Rate Provision (MPRRP), che è stato defi-nito per valutare la percentuale massima di rifiutiprodotti che può essere ragionevolmente riciclata(Harder et al., 2008). Lo Zero Waste Index (ZWI) diZaman e Lehmann (2013) consente invece di sti-mare il quantitativo di materie prime vergini poten-zialmente evitate grazie al recupero di materia nel si-stema, mentre Fragkou et al. (2010) hanno propostoun indicatore basato sulla Material Flow Analysis(MFA) per stabilire la capacità di un sistema di chiu-

dere i flussi di materia attraverso il recupero dai ri-fiuti ossia per valutare l’autosufficienza di un siste-ma di gestione dei rifiuti urbani. A livello italiano,nell’ambito dell’iniziativa Comuni Ricicloni (2014),è stato introdotto, a partire dal 2004, l’indice di buo-na gestione, per valutare la gestione dei rifiuti urba-ni nei suoi molteplici aspetti: recupero di materia,riduzione del quantitativo di rifiuti prodotti, sicu-rezza dello smaltimento ed efficacia del servizio. Al-tri studi si sono invece focalizzati non sull’intero si-stema di gestione integrata bensì solo su alcune at-tività del sistema. È il caso del Cleaner TreatmentIndex (CTI) di Coelho et al. (2012) o dello studio diHerva e Roca (2013), entrambi con obiettivo l’indi-viduazione della tecnologia di trattamento meno im-pattante sull’ambiente. Il Transport Intensity Index(TII) di Vivanco et al. (2012) valuta invece l’effi-cienza dell’attività di trasporto necessaria a gestireuno specifico flusso di rifiuti. Infine, ci sono studiche si sono occupati di specifici flussi di rifiuti: Yuan(2013) ha sviluppato degli indicatori per valutare leprestazioni economiche, ambientali e sociali dellagestione dei rifiuti da attività di costruzione e de-molizione, mentre il Net Recovery Index (NRI) diVivanco et al. (2012) valuta il recupero di materia edi energia ottenibile da rifiuti organici. Si può quindi affermare che, dalla letteratura esa-minata, non si sono riscontrati indicatori simili aquello che qui di seguito verrà proposto. In parti-colare, verrà definito un indicatore per la valuta-zione della sostenibilità ambientale ed economicadi un sistema di gestione integrata dei rifiuti urba-ni. La sfida consiste nel formulare un indicatoresemplice ma completo, che possa essere calcolato

Ingegneria dell’Ambiente Vol. 2 n. 4/201536

Fonte Rifiuto esaminatoParte del sistema di

gestione integrata dei rifiuti considerata

Recupero considerato (ma-teria o energia)

Inclusione di aspettieconomici e sociali

(oltre a quelli ambientali)

Coelho et al., 2012 Genericamente “rifiuti” Impianti di trattamento Materia e energia No

Comuni Ricicloni, 2014 Rifiuto urbano Produzione e raccolta Materia Sociali

Fragkou et al., 2010 Rifiuto urbano Intero sistema Materia No

Harder et al., 2008 Rifiuto urbano Intero sistema Materia Sociali

Herva e Roca, 2013 Rifiuto urbano Impianti di trattamento Materia e energia No

Kaufman et al., 2010 Rifiuto urbano Intero sistema Materia e energia No

Vivanco et al., 2012 (NRI) Frazione organica Trattamento della frazione organica Materia e energia No

Vivanco et al., 2012 (TII) Rifiuto urbano Fase di trasporto Nessuno No

Yuan, 2013 Rifiuti da costruzione edemolizione (C&D)

Intero sistema (ma relativoai soli rifiuti da C&D) Materia Economici e sociali

Zaman e Lehmann, 2013 Rifiuto urbano Intero sistema Materia No

Tabella 1 – Confronto tra le tipologie di indicatori e indici esposti in precedenza

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Rifiutianche dagli amministratori locali e dai gestori del

sistema di raccolta/trattamento e non solo da ricer-catori o esperti in LCA e LCC. Tale strumento po-trebbe essere utilizzato per valutare nel tempo leprestazioni di un sistema, in un’ottica di migliora-mento continuo o anche per effettuare un confron-to oggettivo tra diversi sistemi. L’indicatore nonpretende naturalmente di sostituire uno studio diLCA ed LCC, ma può essere utilizzato come unostrumento di screening in una prima fase della va-lutazione e quando il tempo e le risorse economi-che sono limitati.

2. MATERIALI E METODI

Nella definizione dell’indicatore di sostenibilitàambientale ed economica di un sistema di gestio-ne integrata dei rifiuti urbani, si è deciso di lavo-rare fin dal principio a livello di sistema (e non disingole sotto-unità). L’indicatore proposto è in realtà un indicatore com-posito, composto da tre indicatori: • un indicatore che quantifica il recupero di ma-

teria; • un indicatore che quantifica il recupero di energia; • un indicatore che quantifica i costi.Le prestazioni ambientali di un sistema integratodi gestione di rifiuti sono infatti strettamente di-pendenti dai livelli di recupero di materia ed ener-gia (Rigamonti et al., 2013a, 2013b; Giugliano etal., 2011; Rigamonti et al., 2010; Rigamonti et al.,2009a, 2009b). Si è pensato quindi di quantificar-le tramite i due indicatori di recupero di materia edi recupero di energia. Si è poi aggiunto un terzoindicatore, ovvero quello sui costi, in modo da va-lutare le prestazioni economiche.Una volta definiti i tre indicatori, è stata poi indivi-duata una opportuna modalità di aggregazione deglistessi di modo da poterli rappresentare insieme su diuno stesso grafico. Successivamente il loro calcoloè stato testato per alcuni casi reali, al fine di verifi-care che il modello proposto fosse effettivamente difacile implementazione e immediato da utilizzare.

2.1. Definizione degli indicatori

La prima fase del progetto è consistita quindi nel-la definizione a livello di sistema dei tre indicato-ri: indicatore di recupero di materia, indicatore direcupero di energia ed indicatore relativo ai costi. Ogni indicatore è calcolato come rapporto tra al-cune variabili. Tutte le variabili devono riferirsi al-lo stesso anno. Una variabile chiave, che rientra

nel calcolo di tutti e tre gli indicatori, è il quanti-tativo di rifiuti urbani (RU) raccolti. In questo progetto si considerano come RU rac-colti le seguenti frazioni:– frazioni organiche (frazione umida e verde) rac-

colte con la raccolta differenziata;– rifiuti di imballaggio in vetro, carta, plastica, le-

gno, acciaio e alluminio e frazioni merceologi-che similari (f.m.s.) (quali giornali e riviste rac-colte contestualmente agli imballaggi in carta)raccolti con la raccolta differenziata, sia in mo-dalità mono-materiale che multi-materiale;

– rifiuti urbani indifferenziati.Sono quindi (per ora) esclusi dal calcolo:– rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettro-

niche;– rifiuti ingombranti;– abiti usati e i rifiuti tessili;– raccolta selettiva (ossia pile e accumulatori, far-

maci scaduti, contenitori T/F, inchiostri, vernici,oli, altri rifiuti urbani pericolosi);

– rifiuti da spazzamento stradale;– rifiuti inerti.

2.1.1. Indicatore di recupero di materia

Per ogni sotto unità presente nel sistema integratodi gestione dei rifiuti urbani (riciclo delle diversefrazioni raccolte con RD, compostaggio/digestioneanaerobica della frazione organica, termovaloriz-zazione del rifiuto residuo, ecc.) sono stati indivi-duati i contributi di recupero di materia.L’indicatore di recupero di materia è definito comeil rapporto tra il quantitativo totale di materiale re-cuperato nel sistema in esame e il quantitativo di ri-fiuti raccolti.L’indicatore di recupero di materia può quindi es-sere calcolato nel seguente modo (1):

(1)

Per il calcolo del denominatore (RU raccolti) si ri-manda a quanto esposto nel paragrafo precedente.Per quanto riguarda il numeratore, i diversi contri-buti sono qui di seguito descritti.Con MPS da RD imballaggi e f.m.s. si intendonole Materie Prime Secondarie (MPS) prodotte conle attività di riciclo dei materiali (imballaggi efrazioni merceologiche similari) raccolti con laraccolta differenziata, sia in modalità mono-ma-teriale sia multi-materiale. Sono quindi i quanti-

MPS da RD imballaggi e f.m.s. [t] + MPS da residui combustione [t] +

MPS da TMB [t] + Compost [t]

RU raccolti [t]

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Rifiuti tativi di materiali secondari (quali alluminio, me-

talli ferrosi, vetro, carta, legno e plastica) in usci-ta dagli impianti di riciclo previa eventuale se-parazione tra le diverse frazioni (se raccolte inmodalità multi-materiale), selezione e processodi riciclo. Con MPS da residui combustione si intendono leMaterie Prime Secondarie ricavate dai materialirecuperati dai residui prodotti nella combustionedei rifiuti del circuito urbano (ad es. incenerimen-to del residuo tal quale, incenerimento delle fra-zioni prodotte negli impianti di pretrattamento op-pure incenerimento degli scarti derivanti dalle at-tività di recupero dei materiali da imballaggio ef.m.s. e della frazione organica e derivanti dalleattività di pretrattamento). Tali MPS sono quindiad esempio:• metalli recuperati dalle scorie (in uscita dal-

l’impianto di riciclo);• materiale inerte ricavato dal trattamento delle

scorie e utilizzato (dopo eventuale pretratta-mento) ad es. nei sottofondi stradali o nei ce-mentifici.

Con MPS da TMB si intendono le Materie PrimeSecondarie ottenute con il riciclo dei materiali re-cuperati negli impianti di trattamento meccanicobiologico (TMB) del rifiuto urbano residuo, quali,per esempio, metalli e polimeri plastici. Con Compost si intende il compost prodotto diret-tamente da compostaggio aerobico oppure ottenu-to dal digestato da digestione anaerobica. Esso de-riva dal trattamento della frazione organica, sial’umido (FORSU) sia il verde. Tutti i termini (sia al numeratore che al denomina-tore) sono da esprimersi in tonnellate.L’indicatore di recupero di materia, così calcolato,risulta essere un indice (essendo adimensionale)variabile tra 0 e 1 (0 se non viene effettuato nessunrecupero di materia, 1 se tutto il rifiuto è recupe-rato come materiale con un’efficienza del 100%,opzione non realizzabile nella realtà).Si sottolinea che i materiali da includere nei varitermini al numeratore sono solo quelli di cui ci siaevidenza (ad es., perché hanno un valore di mer-cato) che vengano davvero utilizzati come prodot-ti per scopi specifici.A questo proposito si ricorda che sono già en-trati in vigore alcuni regolamenti europei sul-l’end of waste, che regolamentano, cioè, i crite-ri che determinano quando un rifiuto cessa di es-sere tale:• Regolamento (UE) n. 715/2013 della Commis-

sione del 25 luglio 2013 (si applica dal 1° gen-

naio 2014) per i rottami di rame, che specifica icriteri che determinano quando i rottami di ramecessano di essere considerati rifiuti;

• Regolamento (UE) n. 1179/2012 della Com-missione del 10 dicembre 2012, entrato in vi-gore l’11/06/2013 per i rottami del vetro. Essostabilisce che alcuni rottami di vetro sottopostia operazioni di recupero cessano di essere con-siderati rifiuti, diventando così prodotti o mate-rie prime;

• Regolamento (UE) n. 333/2011 del Consigliodel 31 marzo 2011, applicato dal 9/10/2011, peri rottami metallici: stabilisce i criteri che deter-minano quando alcuni tipi di rottami metallici (irottami di ferro, acciaio e alluminio, inclusi i rot-tami di leghe di alluminio) cessano di essereconsiderati rifiuti.

2.1.2. Indicatore di recupero di energia

Per il calcolo dell’indicatore di recupero di energiaviene considerata non solo l’energia prodotta di-rettamente dai rifiuti, ma anche l’energia di queiprodotti che, pur avendo un contenuto energetico,non vengono impiegati per una produzione direttadi energia elettrica e/o calore. Il recupero energetico diretto (elettrico e termico)avviene ad esempio:• in discarica dalla combustione del biogas;• in digestione anaerobica dalla combustione del

biogas;• in attività di combustione (termoutilizzazione o

gassificazione) di combustibile solido seconda-rio (CSS), di rifiuto urbano residuo (RUR) o discarti derivanti dalle attività di recupero dei ma-teriali raccolti con RD e/o derivanti dalle attivi-tà di pretrattamento.

I prodotti del sistema rifiuti con contenuto energe-tico ma non direttamente impiegati per la produ-zione di energia sono ad esempio:• materiali provenienti dal circuito dei RU utiliz-

zati in impianti produttivi, quale CSS utilizzatoin cementifici e centrali termoelettriche in sosti-tuzione dei combustibili tradizionali (pet-coke ecarbone);

• biometano da biogas immesso nella rete di di-stribuzione del metano;

• syngas da impianti di piro-gassificazione.Per tenere in considerazione sia la quantità sia laqualità dell’energia prodotta, è stato utilizzato ilconcetto di exergia, che rappresenta la quantitàmassima di lavoro che può essere ottenuta da undeterminato processo o sistema tramite trasforma-zioni reversibili (Grosso et al., 2010). L’indicatore


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Rifiutiproposto rappresenta l’exergia utile recuperata sul

totale di exergia disponibile, e può essere calcola-to con la seguente formulazione (2):

(2)

Al numeratore sono presenti i contributi spiegatidi seguito:• MJel = flusso di exergia associato alla produzio-

ne di energia elettrica che avviene direttamentenel sistema di gestione dei rifiuti: corrispondeall’elettricità prodotta (espressa in MJ). Talecontributo deve essere preso al netto degli auto-consumi dell’impianto;

• MJth = flusso di exergia associato alla produzio-ne di calore che avviene direttamente nel siste-ma di gestione dei rifiuti: corrisponde al caloreprodotto (espresso in MJ) moltiplicato per il fat-tore di Carnot. Anche tale flusso di exergia, co-me quello relativo all’elettricità, deve essere pre-so al netto degli autoconsumi dell’impianto.Quando il calore viene trasferito a una rete di te-leriscaldamento, il fattore di Carnot corrispondeappunto a (3):

(3)

dove Ta è la temperatura ambiente e Tml è la tem-peratura media logaritmica di Tout e Tin (le tem-perature del calore in uscita dall’impianto equando rientra dalla rete di teleriscaldamento):

(4)

Se l’impianto fornisce calore industriale inveceche a una rete di teleriscaldamento, Tml viene so-stituta da Tc, che è la temperatura del vapore for-nito all’utilizzatore.

• MJindiretti = flusso di exergia associato a prodotticon contenuto energetico non direttamente im-piegati per la produzione di energia: corrispon-de al potere calorifico inferiore (PCI) del pro-dotto (espresso in MJ per massa) moltiplicatoper la massa del prodotto. Da questo termine vasottratta l’energia spesa per la produzione delprodotto.

Al denominatore sono presenti i MJdisponibili, ov-vero l’exergia totale disponibile associata ai RU

raccolti. Tale exergia è calcolata moltiplicando lamassa di rifiuto lordo per il PCI del rifiuto lordo,come proposto di seguito (5):

(5)

dove RDi è riferito ai materiali raccolti in mododifferenziato e RUR indica il rifiuto urbano resi-duo. Tutti i termini (sia al numeratore sia al denomina-tore) sono da esprimersi in MJ.L’indicatore di recupero di energia, così calcolato,risulta essere un indice variabile tra 0 e 1 (0 se nonviene effettuato nessun recupero di energia, 1 setutto il rifiuto è recuperato sotto forma di energia,con un’efficienza pari al 100%, condizione che nonsi può realizzare in un caso reale).

2.1.3 Indicatore relativo ai costi

L’indicatore relativo ai costi è utile per compren-dere a che costo si sono ottenute le prestazioni inrecupero di materia ed energia calcolate con i dueindicatori precedenti.Anche questo indicatore, come quello di recuperodi materia, presenta al denominatore i RU raccol-ti, mentre al numeratore presenta i costi del siste-ma (6):

(6)

Al numeratore tutti i costi si intendono al netto deiricavi diretti (quindi al netto dei proventi derivan-ti dalla vendita dei materiali e dell’energia recupe-rata e dei contributi CONAI), ma comprensivi de-gli eventuali ammortamenti e del costo d’uso delcapitale. In dettaglio i tre termini includono ciascuno i se-guenti contributi:• costi di raccolta e trasporto: costo della RD mo-

no-materiale e multi-materiale e della raccoltadel RUR, inclusi i costi di trasporto fino al pri-mo impianto di trattamento;

• costi dei processi di trattamento; • costo di smaltimento finale in discarica.Questo indicatore fornisce così il costo associatoalla gestione di una tonnellata di RU, infatti èespresso in [€ t-1]: quindi, a differenza dei primidue, non è un indice.

1 TTml

a-

Tln TT

T Tml

out

in

in out= -

MJ t PCI t PCIdisponibili RDi RDi RUR RURi

) )= +/MJ

MJ MJ 1 TT MJ

disponibili

el thml

aindiretti)+ - +T Y

Costi di raccolta [€] + Costi dei processi di trattamento [€] +

Costo di smaltimento [€]

RU raccolti [t]


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Rifiuti

In Figura 1 sono indicati i dati necessari per il cal-colo dei tre indicatori.

2.2. Modalità di aggregazione degli indicatori

Per poter rappresentare i tre indicatori su uno stes-so diagramma di modo da avere una comprensio-ne immediata delle prestazioni del sistema in esa-me, si è deciso di utilizzare un diagramma “costivs recupero di materia ed energia”, in cui sull’as-se y è posizionato l’indicatore dei costi e sull’as-se x l’indice derivato dall’aggregazione dell’indi-catore di recupero di materia con l’indicatore direcupero di energia. Al fine di aggregare corretta-mente i due indicatori, è stata proposta una som-ma pesata, affinché la somma sia uguale al massi-mo a 1 (7):

Indicatore di materia ed energia = indicatore di re-cupero energia * wm + indicatore di recupero dienergia * we

(7)

Per quanto riguarda il valore assunto dai pesi wm ewe, una prima opzione è quella di utilizzare lo stes-so valore ossia wm = we = 0,5. Volendo seguire lagerarchia dei rifiuti proposta dall’UE (in cui il re-cupero di materia è posizionato ad un livello supe-

riore rispetto al recupero di energia), si potrebbeeventualmente associare al peso dell’indicatore direcupero di materia un valore maggiore. L’ultimo passo è consistito nel definire i 4 qua-dranti in cui potrebbe ricadere il punto rappresen-tativo del sistema in esame (Figura 2):I) Sistema non efficiente e costoso;II) Sistema efficiente ma costoso;III) Sistema non efficiente ma economico;IV) Sistema efficiente ed economico.Nella delimitazione dei quadranti, in un’analisi a li-vello italiano, la suddivisione orizzontale, che de-finisce l’economicità del sistema, può essere trac-ciata in corrispondenza del valore dell’indicatore


RACCOLTA TRATTAMENTO SMALTIMENTO

RIFIUTI RACCOLTI INDIC. MATERIA INDIC. ENERGIA INDIC. COSTI

INPUT Quantitativi di RU raccolti con RD mono-materiale e loro destino Quantitativi di RU raccolti con RD multi-materiale, rispettive efficienze di separazione e destino dei materiali

Quantitativi di rifiuti indifferenziati raccolti e loro destino OUTPUT Quantitativo di RU raccolti Quantitativi di rifiuti in ingresso ai diversi impianti di trattamento

INPUT Quantitativi di rifiuti in ingresso ai diversi impianti di trattamento Efficienza degli impianti di selezione per singola frazione Efficienza degli impianti di riciclo per singola frazione Efficienza di riciclo dei materiali da TMB Efficienza di recupero e di riciclo dei materiali dai residui di combustione Resa del processo di produzione di compost

OUTPUT Quantitativi di materia prima secondaria prodotta (MPS) da RD imballaggi, TMB, residui combustione, compostaggio e DA

Indicatore di recupero di materia

INPUT

Recupero energetico diretto (discarica, digestione anaerobica, combustione):

Quantitativi di rifiuti avviati agli impianti

Exergia elettrica e termica nette prodotte dalla combustione dei rifiuti e del biogas

Fattore di Carnot

Recupero energetico indiretto:

Tipologia di impianto produttivo a cui è inviato il materiale

Quantitativo, tipologia (CSS, plastica, etc.) e caratteristiche (PCI) del materiale inviato ad impianti produttivi

OUTPUT

Exergia associata all’elettricità e al calore netti prodotti, e ai prodotti con un contenuto energetico

Indicatore di recupero di energia

INPUT

Costo di raccolta e trasporto a seconda della tipologia di RD implementata (mono o multi materiale) e per la raccolta indifferenziata

Costo di trattamento e riciclo/smaltimento per materiali da RD e RUR

Costi d’uso del capitale (costi di ammortamento + costi di accantonamento + costi del capitale investito)

OUTPUT

Indicatore relativo ai costi

Figura 1 – Dati necessari per il calcolo dei tre indicatori

Figura 2 – Proposta di aggregazione degli indicatori eidentificazione dei 4 quadranti, con il po-sizionamento della retta parallela all’asse x

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Rifiutidei costi calcolato sulla media nazionale (ricava-

bile per l’anno di interesse dall’elaborazione deidati riportati nel Rapporto Rifiuti (ISPRA)). Lasuddivisione verticale, che definisce l’efficienzadel sistema, deve invece ancora essere individua-ta: sarà infatti possibile stabilirla solo avendo a di-sposizione un’ampia casistica di risultati per gli in-dicatori, relativi a diverse realtà.

3. APPLICAZIONE A CASI REALI

Per determinarne l’efficacia, il calcolo dei 3 indi-catori è stato testato per i sistemi di gestione inte-grata dei rifiuti urbani implementati in RegioneLombardia e nelle 4 province di Milano, Bergamo,Pavia e Mantova. I sistemi di gestione dei rifiuti delle province cita-te e dell’intera Regione Lombardia sono già statianalizzati in precedenza (Rigamonti et al., 2013a e2013b), quindi la maggior parte dei dati necessariper il calcolo degli indicatori di recupero di mate-ria e di recupero di energia era già disponibile. I dati della gestione dei rifiuti, sintetizzati nella Ta-bella 2, sono relativi all’anno 2009. Nel 2009 in Lombardia sono state raccolte circa4,4 milioni di tonnellate di RU (Rigamonti et al.,2013b), di cui il 51% in modo differenziato. Il ri-fiuto residuo (2.166.350 t) è stato inviato per lamaggior parte (70%) a recupero termico tramitetermovalorizzazione, in parte a TMB (26%) ed ilresto è stato smaltito in discarica. I rifiuti da im-ballaggio sono stati inviati agli impianti di riciclo(dopo un’eventuale separazione delle diverse fra-zioni e selezione delle singole frazioni), mentre lafrazione organica è stata trattata in parte in impiantidi digestione anaerobica (43%) e in parte in im-pianti di compostaggio (57%). Le 4 province considerate (Rigamonti et al., 2013a)presentano numerose differenze tra di loro. La pri-

ma differenza che si riscontra riguarda, come si puònotare dai dati riportati in Tabella 2, la raccolta dif-ferenziata, compresa tra il 29% di Pavia e il 59% diBergamo. I rifiuti residui raccolti sono stati inviatiper la maggior parte direttamente a termovaloriz-zazione nel caso di Milano e Bergamo, mentre perPavia e Mantova il primo destino dominante è sta-to il TMB. Infine, nelle province di Milano e Ber-gamo rispettivamente il 44% e il 59% dei rifiuti or-ganici sono stati trattati in impianti di digestioneanaerobica, mentre a Pavia e Mantova i rifiuti or-ganici sono stati inviati solo a compostaggio.Il fattore di Carnot richiesto nel calcolo dell’indi-catore di recupero di energia è stato posto ugualea 0,217: tale valore si riferisce ad una situazionemedia italiana ed è stato calcolato assumendo leseguenti temperature: Ta = 289,2 K, Tout = 408,15 Ke Tin = 333,15 K (Grosso et al., 2010). Non eranoinfatti disponibili dati specifici per i singoli im-pianti. Per quanto riguarda l’indicatore dei costi, i datinon erano disponibili da precedenti studi, per cuisi è deciso di utilizzare come fonte il Rapporto Ri-fiuti Urbani ISPRA 2012, che riporta le voci di co-sto secondo quanto previsto nel DPR 158/99 (“Re-golamento recante norme per la elaborazione delmetodo normalizzato per definire la tariffa del ser-vizio di gestione del ciclo dei rifiuti urbani”). Piùin dettaglio, sono stati considerati i costi di ge-stione dei rifiuti differenziati e indifferenziatiescludendo i costi di spazzamento strade (in par-ticolare le voci “costi di raccolta e trasporto CRT”e “costi di trattamento e smaltimento CTS” per irifiuti indifferenziati e le voci “costi di raccoltadifferenziata dei singoli materiali CRD” e “costi ditrattamento e riciclo CTR” – al netto dei proventiderivanti dalla vendita dei materiali e dell’energiarecuperata e dei contributi CONAI – per i rifiutidifferenziati) e i costi d’uso del capitale (che com-prendono costi di ammortamento, costi di accan-tonamento e costi relativi alla remunerazione delcapitale investito). Si tratta, però, di costi medi alivello regionale, e non provinciale: per questomotivo, i costi espressi in [€ t-1] sono gli stessi pertutti i casi di studio e differiscono solo i quantita-tivi di tonnellate avviati ai diversi trattamenti percui sono moltiplicati.

3.1. Risultati

L’indicatore di recupero di materia, calcolato per le4 province e per la Regione Lombardia, è rappre-sentato in Figura 3: Bergamo ha ottenuto il valore


RU nel 2009 (tonnellate)

RD(%)

RUR diret-tamente atermovalo-rizzazione

(%)

FORSU adigestioneanaerobica

(%)

Lombardia 4.403.069 51 70 43

Milano 1.436.639 47 79 44

Bergamo 423.063 59 74 60

Pavia 278.582 29 0 0

Mantova 208.993 51 0 0

Tabella 2 – Alcuni valori di sintesi della gestione deirifiuti nei casi di studio considerati

IdA

Rifiuti

più elevato (0,387), soprattutto grazie alle MPS ot-tenute dal riciclo degli imballaggi raccolti in mo-do differenziato. Le prestazioni migliori per la pro-duzione di compost riguardano invece la provinciadi Mantova. L’indicatore di recupero di energia è invece ripor-tato in Figura 4: il miglior risultato è stato ottenu-to da Milano, con un valore pari a 0,184. In questocaso il maggior contributo è dato dalla produzionedi energia elettrica negli impianti di termovaloriz-zazione. Il miglior risultato per quanto riguarda laproduzione di energia indiretta (da co-combustio-ne dei rifiuti, per esempio nei cementifici) è statoottenuto da Mantova. Da ultimo, in Figura 5 è rappresentato l’indicatoredei costi: Bergamo e Mantova risultano le provin-ce con i minori costi associati alla gestione dei ri-fiuti, anche se il divario con le altre realtà non èmolto marcato. Si segnala la situazione negativadella provincia di Pavia, che ha ottenuto le peg-giori prestazioni per tutti e tre gli indicatori.Una volta calcolati i tre indicatori, essi sono statirappresentati utilizzando il diagramma “costi vs re-cupero di materia ed energia” (Figura 6). In questo

caso, gli indicatori di recupero di materia ed ener-gia sono stati sommati utilizzando lo stesso peso(wm = we = 0,5). Si osserva che Pavia è il solo caso di studio in cuil’indice di materia ed energia è inferiore a 0,2, edè anche il caso più costoso.È stata effettuata un’analisi di sensitività aumen-tando il peso wm e diminuendo il peso we (coeren-temente con quanto previsto dalla gerarchia dei ri-fiuti): anche assumendo wm=0,75 e we=0,25, la“graduatoria di merito” tra i diversi casi studio ri-mane inalterata.Sul diagramma è stata collocata anche la lineaorizzontale di primo tentativo che divide il dia-gramma in due quadranti (retta posizionata in cor-rispondenza del costo medio nazionale di gestio-ne dei rifiuti calcolato elaborando i dati riportatinel Rapporto Rifiuti (ISPRA, 2012) e risultato pa-ri a 189 € t-1).Si osserva, quindi, che tutti i casi considerati rica-dono nel quadrante inferiore (corrispondente ad unsistema economico). Come già detto, al momentonon è ancora possibile definire la posizione dellaretta verticale che delimiterà gli altri due quadran-


0,280

0,350

0,187

0,381

0,316

0 100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,000

0,050

0,100

Milano Mantova Pavia Bergamo LombardiaMPS da RD imballaggi e f.m.s. MPS da residui combustioneMPS da TMB compost

Figura 3 – Indicatore di recupero di materia per i ca-si di studio considerati

0,184

0,1510,132

0,1590,179

0,090

0,120

0,150

0,180

0,210

0,000

0,030

0,060

Milano Mantova Pavia Bergamo Lombardia

elettricità diretta calore diretto energia indiretta

Figura 4 – Indicatore di recupero di energia per i ca-si di studio considerati

159148

160147

153

60

80

100

120

140

160

180€/ton

0

20

40

Milano Mantova Pavia Bergamo Lombardiarifiuti residui: raccolta&trasporto rifiuti residui: trattamento&smaltimento

rifiuti da RD: raccolta&trasporto rifiuti da RD: trattamento&riciclo

Costi d'uso del capitale

Figura 5 – Indicatore dei costi per i casi di studio con-siderati

Figura 6 – Aggregazione degli indicatori per i casi distudio esaminati

IdA

Rifiuti


ti, identificando quando un sistema può essere con-siderato efficiente.

4. DISCUSSIONE

Gli indicatori di recupero di materia ed energia,così come sono stati proposti, hanno un significa-to fisico immediato e non includono considera-zioni di natura economica: l’indicatore di recupe-ro di materia esprime i materiali recuperati utiliz-zabili sul totale dei rifiuti raccolti, mentre l’indi-catore di recupero di energia rappresenta l’exergiautile recuperata sull’exergia totale disponibile neirifiuti raccolti. Le valutazioni economiche sonodemandate al terzo indicatore, indipendente daiprimi due.Tuttavia, le formulazioni proposte non sono le uni-che possibili: durante la definizione degli indicatorisono state prese in considerazione anche altre op-zioni, i cui vantaggi e svantaggi sono descritti di se-guito.

4.1. Indicatore di recupero di materia – formu-lazione alternativa 1

Questa opzione prevede, a differenza della for-mulazione descritta nel paragrafo 2.1.1, che al nu-meratore le tonnellate di ciascun materiale recu-perato (MPS) vengano moltiplicate per il rispetti-vo rapporto di sostituzione (Rigamonti et al.,2009a), che indica quanto prodotto primario (cheè quello prodotto a partire dalle materie prime ver-gini) può essere sostituito dalle MPS. Il rapportodi sostituzione tiene in considerazione l’eventua-le scadimento qualitativo conseguente all’attivitàdi riciclo e quindi risulta essere un numero com-preso tra 0 e 1. Il denominatore non subisce variazioni rispetto al-l’opzione originaria (tonnellate di rifiuti raccolti). La formulazione dell’indicatore sarebbe quindi laseguente (8):

(8)

Questa formulazione presenta delle criticità legatealla definizione dei rapporti di sostituzione: questaè infatti possibile nel caso in cui i materiali rici-clati vadano a sostituire gli analoghi materiali ver-gini (Rigamonti et al., 2009a). Tuttavia nel caso,per esempio, della plastica, il granulo ottenuto dalriciclo delle frazioni di plastiche miste spesso vie-ne utilizzato per la realizzazione di manufatti tra-

dizionalmente costituiti da un materiale diverso (ti-picamente il legno per le applicazioni di arredo ur-bano). Anche per il compost si presenta un proble-ma analogo, in quanto sostituisce torba e concimichimici, in quantità che dipendono dalla caratteri-stiche chimico-fisiche del compost stesso. Attri-buire dei rapporti di sostituzione, laddove possibi-le, vorrebbe comunque dire effettuare delle assun-zioni simili a quelle che vengono adottate in unavalutazione di tipo LCA, che non è l’obiettivo delpresente progetto.

4.2. Indicatore di recupero di energia – formu-lazioni alternative 1 e 2

La formulazione proposta nel paragrafo 2.1.2. pre-vede l’introduzione del fattore di Carnot, per tene-re conto della qualità dell’energia prodotta. Unapossibile alternativa è quella di definire il numera-tore dell’indicatore di recupero di energia sempli-cemente come “energia netta” (somma dei contri-buti di energia recuperata), senza utilizzare il fat-tore di Carnot e quindi senza introdurre il concet-to di exergia. La formulazione dell’indicatore sa-rebbe quindi la seguente:

(9)

In questo modo si prenderebbe in considerazionesolo la quantità di energia recuperata e non anchela sua qualità. Questo approccio è concettualmen-te analogo a quello adottato per definire l’indica-tore di recupero di materia (paragrafo 2.1.1.), incui le tonnellate di materiale recuperato sono som-mate insieme a prescindere dalla tipologia di ma-teriale. Il risultato per i casi di studio esaminati èmostrato in Figura 7.

Somma di ogni MPS di materiale [t] *il rispettivo rapporto di sostituzione

RU raccolti [t]

MJMJ MJ MJ

disponibili

el th indiretti+ +

0,205

0,151

0,134

0,179

0,205

0,090

0,120

0,150

0,180

0,210

0,000

0,030

0,060

0,090



Figura 7 – Indicatore di recupero di energia calcola-to senza considerare il fattore di Carnot(alternativa 1)

IdA

Rifiuti


Un’altra formulazione (alternativa 2) è data dalrapporto tra l’energia primaria sostituita dal si-stema reale in esame e l’energia primaria poten-zialmente sostituibile da un sistema ideale chesoddisfi le medesime necessità locali di calore eCSS oltre a tutta l’elettricità teoricamente possi-bile. La formulazione di questo nuovo indice (PE-SE – Primary Energy Saving Efficiency) è la se-guente:

(10)

dove i coefficienti a e b sono i rendimenti di con-versione energetica da fonte primaria rispettiva-mente a elettricità (a=2,6) e calore (b=1,1), giàutilizzati nella formula dell’indice di recuperoenergetico R1 (Direttiva 2008/98/CE), mentre ilcoefficiente c quantifica l’efficienza di sostitu-zione della fonte energetica primaria con il CSS.ηEL, ηQ e ηCSS rappresentano i rendimenti di pro-duzione di elettricità, calore e CSS. Per la descri-zione di Ta e Tml vale quanto già riportato nellaformulazione originaria dell’indicatore di recupe-ro di energia. Il risultato per i casi di studio esaminati è mostra-to in Figura 8.

4.3. Indicatori di recupero di materia ed energia– formulazione alternativa con approccioeconomico

Questa diversa formulazione, che viene propostasia per l’indicatore di recupero di materia sia perl’indicatore di recupero di energia, nasce con l’in-

tento di uniformarli il più possibile, e di renderliconfrontabili con l’indicatore dei costi.Indicatore di recupero di materia (11):

(11)

Indicatore di recupero di energia (12):

(12)

In questa formulazione entrambi i denominatorirappresentano le tonnellate di rifiuti raccolti. Perl’indicatore di recupero di materia il numeratore ècalcolato moltiplicando ogni materiale ottenutodalle attività di riciclo per il suo valore economicospecifico [€·t-1]. Analogamente, anche per l’indi-catore di recupero di energia (secondo l’opzionesenza fattore di Carnot), al numeratore ciascun ter-mine è moltiplicato per il proprio valore di merca-to specifico [€·t-1]. Così calcolati, i due indicatori rappresentano ri-spettivamente i ricavi generati dal sistema rifiutiper aver conseguito un determinato livello di recu-pero di materia e di energia, tenendo in considera-zione le tipologie di prodotti recuperati (materialio energia che siano). A differenza delle altre formulazioni proposte, inquesto caso i due indicatori non sono più indici adi-mensionali, ma risultano espressi in [€·t-1], diven-tando così paragonabili all’indicatore dei costi, es-sendo anch’esso espresso in [€·t-1]: in questo mo-do è possibile confrontare i costi di funzionamen-to dei sistema di gestione dei rifiuti con i ricavi chelo stesso ha generato. Questa formulazione presenta il vantaggio di tene-re in considerazione sia la quantità che la qualitàdei prodotti recuperati. Nello stesso tempo questotipo di formulazione prevede l’inserimento dei va-lori di mercato dei singoli materiali, che però sonovariabili nel tempo e anche a seconda della realtàconsiderata. Non è detto che il gestore del sistemarifiuti ne sia a conoscenza, quindi sarebbe neces-sario mettere a disposizione dei valori di default,che dovrebbero essere aggiornati frequentementeper tener conto delle oscillazioni delle quotazionio che potrebbero essere calcolati come media delvalore di mercato degli ultimi (per esempio) cinqueanni. Per quanto riguarda l’energia, occorrerebbe

Somma di ogni MPS [t] *il suo valore di mercato specifico [€/t]

RU raccolti [t]

RU raccolti tMJ MJ MJ MJ MJ MJel th indiretti) ) )

+ + ++ +# #!

#& &$

&

η η

η η ηPESE

a b a 1 TT c a

a b c

ml

aQ CSS

EL Q CSS

) ) )

) ) )=+ - - + -

+ +

T QY V# &

0,162

0,103

0,1270,140

0,159

0 090

0,120

0,150

0,180

0,210

0,000

0,030

0,060

0,090



Figura 8 – Indicatore di recupero di energia calcola-to secondo l’alternativa 2 (PESE)

IdA

Rifiuti

decidere anche se includere i soli valori di merca-to od anche eventuali incentivi (es. i certificatibianchi/verdi).

4.4. Confronto tra le diverse opzioni di calcolo

Nella Tabella 3 vengono confrontate criticamentele tre proposte per il calcolo dell’indicatore di re-cupero di materia, mentre nella Tabella 4 vengonoconfrontate le quattro proposte per il calcolo del-l’indicatore di recupero di energia.

5. CONCLUSIONI

È stato proposto un indicatore composito per lavalutazione della sostenibilità ambientale ed eco-nomica di un sistema di gestione integrata dei ri-fiuti urbani: l’indicatore di recupero di materia el’indicatore di recupero di energia valutano le pre-stazioni ambientali del sistema quantificando il re-cupero di materia e di energia conseguiti mentrel’indicatore dei costi valuta le prestazioni econo-miche. Per l’indicatore di recupero di materia e per l’indi-catore di recupero di energia è stata proposta una

formulazione che ha un significato fisico imme-diato (quantitativo di materiale recuperato nel si-stema in esame su quantitativo totale di rifiuti rac-colti e exergia utile recuperata sul totale di exergiadisponibile, rispettivamente). Molto promettente ri-sulta anche essere la formulazione basata su di unapproccio economico, che tiene conto, oltre chedella quantità di materia ed energia recuperata, an-che della loro qualità introducendo dei fattori mol-tiplicativi rappresentati dai valori specifici di mer-cato dei diversi prodotti. Tale strumento potrà essere utilizzato dalle ammi-nistrazioni pubbliche e dai soggetti gestori del si-stema di raccolta / trattamento per valutare nel tem-po le prestazioni del proprio sistema (in un’otticadi miglioramento continuo) o anche per effettuareun confronto oggettivo tra diversi sistemi. L’indi-catore non pretende comunque di sostituire unostudio di LCA ed LCC, ma può essere utilizzatocome uno strumento di screening in una prima fa-se della valutazione e quando il tempo e le risorseeconomiche sono limitati. Ulteriori studi potranno essere finalizzati a perfe-zionare l’indicatore, in particolare sarebbe interes-sante poter svolgere:


Tabella 3 – Confronto tra le proposte di calcolo per l’indicatore di recupero di materia

Prima formulazione(paragrafo 2.1.1)

Formulazione alternativa 1

(paragrafo 4.1)

Formulazione alternativa approccio economico

(paragrafo 4.3)

Tiene conto della quantità di materia X X X

Tiene conto della qualità della materia X X

Ha un significato immediato ed è difacile comprensione X X X

Si ferma allo stato di fatto senza intro-durre ipotesi sulla materia sostituita X X

Non introduce coefficienti non stretta-mente legati al sistema in esame X

Prima formulazione

(paragrafo 2.1.2)

Formulazionealternativa 1

(paragrafo 4.2)

Formulazione alternativa 2

– PESE (paragrafo 4.2)

Formulazione alternativa approccio

economico (paragrafo 4.3)

Tiene conto della quantità di energia X X X X

Tiene conto della qualità dell’energia X X X

Ha un significato immediato ed è difacile comprensione X X X

Si ferma allo stato di fatto senza in-trodurre ipotesi sull’energia sostituita X X X

Non introduce coefficienti non stretta-mente legati al sistema in esame X X

Tabella 4 – Confronto tra le proposte di calcolo per l’indicatore di recupero di energia

IdA

Rifiuti • ulteriori test su casi reali per poter identificare,

nel diagramma “costi vs recupero di materia edenergia”, la suddivisione tra “sistemi efficienti”e “sistemi non efficienti”;

• test dell’indicatore dei costi su casi reali me-diante l’acquisizione di dati primari;

• studi per l’acquisizione dei valori di mercato deiprodotti (sia materiali che energia) del sistema digestione dei rifiuti, in modo da poter valutare idue indicatori di recupero di materia e di ener-gia secondo la formulazione basata sull’approc-cio economico.

Infine, sarebbe utile predisporre un file Excel fa-cilmente compilabile da parte dei gestori del siste-ma rifiuti al fine di ottenere il valore dei tre indi-catori. La struttura del file potrebbe ripercorrerel’impostazione stessa dei tre indicatori, con la co-struzione di diversi fogli di calcolo, come da Fi-gura 1.

6. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

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RINGRAZIAMENTI

Gli autori desiderano ringraziare l’ing. FrancescaLovato per il suo contributo all’elaborazione deidati relativi ai costi e l’ing. Federico Viganò peraver proposto la formulazione alternativa 2 (PE-SE) per il calcolo dell’indicatore di recupero dienergia.


per il 2015 è sostenuta da:

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