LCA di un 1l di succo di pescaAnalisi comparativa fra una filiera convenzionale e una filiera con

produzione integrata di bioenergia da scarti

Autori:

De Menna Fabio - DISTAL, Università di Bologna

Neri Paolo - LCAlab

Tutor:

Vittuari Matteo - DISTAL, Università di Bologna

Litido Maria - ENEA, Centro Ricerche Bologna

Sommario• Introduzione: biomassa, bioenergia e

sostenibilità• Obiettivi e metodologia• Inventario delle filiere• LCIA della filiera convenzionale• Confronto con filiera integrata• Confronto con filiera non integrata• Analisi di sensibilità• Conclusioni

Biomassa, bioenergia e sostenibilità• Crescita dell’uso di biomassa per la produzione di bioenergie

soprattutto per sicurezza energetica e cambiamento climatico (Edenhofer et al., 2012)

• Sostenibilità largamente dipendente da tipologia di produzione dei feedstocks, conversione energetica e supply chain: in alcuni casi impatti su deforestazione, competizione uso dei suoli e risorse, perdita di biodiversità, etc.

(Bucholz et al., 2009; Rosillo-Calle et al. 2008)

Biomassa, bioenergia e sostenibilità

Crescente tendenza allo sviluppo di indicatori e lineeguida che favoriscano una maggiore sostenibilità ambientale, economica e sociale

(GBEP, 2011; Scarlat and Dallemand, 2011)

Esempi di proposte: • EU Directive 2009/28/EC, che stabilisce alcuni criteri

minimi (-35% GHG; no food vs. fuel; biodiversità; protezione ambiente; prosperità economica)

• Congelamento produzione 1° generazione biofuel• Blocco dei sussidi• Uso non-food crops

• Focus su scarti e biomassa esistente: utilizzo di residui del settore agroalimentare e forestale vs. coltivazione di energy crops

• Possibili vantaggi: • no crescita uso del suolo; • possibilità di integrazione con attività esistenti (es.

prod. di cibo); • > indipendenza energetica;

• Possibili esternalità negative:• particolato e altre sostanze inquinanti;• impatto su paesaggio (aree rurali);• smaltimento di prodotti ancora edibili;

Biomassa, bioenergia e sostenibilità

Obiettivi dello studio

• Valutazione del danno ambientale del ciclo di vita del nettare di pesca, con focus su– aspetti energetici; – spreco di cibo edibile.

• Confronto fra filiere con diversi utilizzi degli scarti:– F. convenzionale: produzione del succo di pesca e smaltimento

tradizionale degli scarti (spargimento al suolo nella coltivazione, compostaggio e mangimistica nella trasformazione, acque reflue nella distribuzione e nel consumo)

– F. integrata: produzione del succo di pesca e di energia rinnovabile da scarti per autoconsumo

– F. non integrata: produzione di succo di pesca e vendita degli scarti a produttori di energia (no autoconsumo)

Funzione e confini del sistema

• Funzione principale è alimentare => UF 1l di nettare di pesca consumato

• I confini del sistema includono tutti segmenti dalla raccolta delle materie prime alla dismissione di tutti gli scarti: – Conv.: coltivazione, trasformazione, distribuzione,

consumo e fine vita degli scarti delle diverse fasi– Integr. & Non integr.: inclusione delle produzioni di

energia (con o senza autoconsumo)

Qualità dei dati

• I dati utilizzati sono stati raccolti in letteratura, disciplinari di produzione, web

• In mancanza di dati sono state fatte delle ipotesi

• Ca. 60 processi creati (es: 11 proc. di trasformaz)

• Uso e/o modifica di processi Ecoinvent

Metodologia

• Codice: SimaPro 7.3.3

• Database: Ecoinvent 2.2

• LCIA condotto con metodo IMPACT 2002+ modificato e nuovo indicatore:– Fabbisogno calorico recuperabile: misura lo

spreco di cibo in kcal alimentari da scarti edibili, impatto in Human Health come mancato apporto calorico

LCI F. convenzionale: alcuni aspetti

• 1 processo che rappresenta la filiera (Peach nectar, farm to fork) con i segmenti separati inclusi come sottoprocessi:– Coltivazione (UF 240t di pesche in 20 anni):

• fertilizzanti, pesticidi e lavorazioni (dati disciplinari, calcolo emissioni su modelli Ecoinvent e distribuzione comparti Mackay);

• consumi energetici di un capannone• 2% di non raccolto (dati ISTAT) tradotto in kcal (INRAN); • potature al suolo: difficile tradurre come apporto SO e MP

– Trasformazione (UF 3697 brik di nettare): • 13 fasi lavoraz. con consumi di acqua ed energia da dati produttori

macchinari; • smaltimento scarto in mangimistica e compost;

– Distribuzione (UF 3660 brik distribuiti): • modellato su base LCAfood.dk;• scarto da dati fatturato settore, smaltimento in reflue;

– Consumo (UF 0,99 l di nettare consumato): • modellato su base LCAfood.dk;• ipotesi di scarto 1%, smaltimento in reflue.

LCI F. integrata - energie evitate• Filiera integrata (produz. e autoconsumo di energia)

rappresentata secondo due differenti modalità: prodotto evitato vs. coprodotto

• Inventario include in entrambi i casi entrambe le produzioni (cibo e energia) negli stessi processi

• Filiera con energie evitate: 1 processo con i 4 segmenti come sottoprocessi

• Inclusione nei sottoprocessi delle energie elettrica e termica cogenerate dagli scarti come prodotti evitati (elett. da rete e termica da gas) e come input:– Cogenerazione da cippato di potature nella coltiv.– Cogenerazione da biogas da scarti pesca in trasf. distrib. e cons.

LCI F. integrata - energie coprodotte• Filiera rappresentata dal processo Peach nectar, integrated

bioenergy, farm to fork (coproduct), con UF = 0,99l di nettare consumato

• Processi che rappresentano i segmenti sono multi output, con prodotto principale (pesche o succo) e coprodotti (energia elettrica, termica e scarti), criterio di allocazione economica

• Struttura dei processi: no segmenti come sottoprocessi sequenziali ma serie di processi concatenati (a cascata) per l’adozione del coprodotto: – Ripartizione del danno fra i vari output in ogni segmento– Nel segmento successivo, l’allocazione ripartisce il danno del segmento

precedente fra i vari output• Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera

convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni a cascata

• Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è stato realizzato

LCI F. integrata - energie coprodotte

• Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni a cascata

• Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è stato realizzato

• A diff. della filiera con energie evitate, autoconsumo rappresentato mediante sostituzione degli input energetici della filiera conv. con i coprodotti stessi (es. “electricity from peach prunings” vs. “electricity, low voltage at grid”)

• Autoconsumo e ripartizione del danno per allocazione => una parte del danno viene reinserito nella filiera stessa: – annullamento dell’effetto dell’allocazione nel caso tutta l’energia

coprodotta sia consumata– aumento dell’effetto all’aumentare dell’eventuale surplus

LCI F. non integrata - scarti coprodotti e filiere energie

• Prod. alimentare e prod. energie rinnovabili collegate ma separate

• F. alimentare => succo e scarti come coprodotti (all. economica e concatenazione)

• 2 f. energetiche => scarti utilizzati per la produzione di energia elettrica e termica

• Obiezione: comparabilità dei sistemi vs. focus su impatti congiunti

LCIA: Network - F. convenzionale

LCIA Caratt. - F. convenzionale

LCIA Caratt. - F. convenzionale• Carcinogens, Ozone layer depletion, Respiratory

organics: danno dovuto principalmente alla produzione del contenitore

• Non-Carcinogens: dovuto principalmente a emissioni da incenerimento packaging, coltivazione e compost

• Respiratory inorganics: derivante soprattutto da trasporti e produzione di energia

• Ionizing radiation: derivante da smaltimento rifiuti nucleari

• Acquatic ecotoxicity e Terrestrial ecotoxicity : pesticidi e metalli nella coltivazione

• Terrestrial acid/nutri: coltivazione e trasporti• Land occupation: coltivazione di mais e barbabietola da

zucchero• Global warming, Non-renewable Energy Mineral

extraction : dovuto all’energia per la trasformazione e per il capannone

• Fabbisogno calorico recuperabile: per il 38.72% in distribuzione

LCIA: Damage ass. - F. convenzionale

HH EQ CC RES ER

5.1637E-7 DALY

3.4431 PDF*m2*yr

0.90941 kgCO2eq

15.309 MJ 0.020289MJ

LCIA: Single score - F. convenzionale

Danno tot: 0.00051674 Pt dovuto per il 30.06% alla coltivaz., per il 53.21% alla trasformazione, per l’8.19% alla distribuzione e per l’8.54% al consumo

Categorie di danno: 14.09% a Human Health, 48.64% a Ecosystem Quality, 17.78% a Climate change e 19.49% a Resources.

F. convenzionale vs. F. con riciclo

Il processo con il riciclo produce un impatto maggiore del 3%, a causa di Terrestrial ecotoxicity e Non-carcinogens, (+ 176,5% e + 21,48%), per la maggiore emissione di metalli pesanti nella produzione del compost. Nella categoria Non-renewable energy si registra un aumento del danno dell’1,18%, a causa del maggior consumo di energia.

LCIA: Damage ass - Confronto 2 filiere

LCIA: Damage ass - Confronto 2 filiere• In Human Health la differenza è dovuta a Sulfur dioxide in aria, nei processi di

combustione di carburanti fossili nelle centrali elettriche, che nel caso del “prodotto evitato” e del “coprodotto”, si riducono per effetto rispettivamente dell’energia evitata e dell’utilizzo delle energia coprodotte e dell’allocazione del surplus. In tutti e 3 i casi, la categoria d’impatto che produce il danno massimo è Respiratory inorganics.

• In Ecosystem quality la differenza è dovuta principalmente a Zinc nel suolo, perché scompare il processo di compostaggio. In tutti e 3 i casi, la categoria d’impatto che produce il danno massimo è Land occupation. Inoltre si registra la maggiore riduzione del danno nella categoria Terrestrial ecotoxicity.

• In Climate change il “convenzionale” produce il danno massimo (0,90941 kgCO2eq) e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (0,60414 kgCO2eq)

• In Resources il “convenzionale” produce il danno massimo (15,309 MJ primary) e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (9,5433 MJ primary).

• In Energia rinnovabile il “convenzionale” produce il danno massimo e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (vedi caratterizzazione per Energia rinnovabile).

LCIA: Single score - Confronto 2 Filiere

LCIA: Single score - Confronto 2 Filiere Danno totale:

0,00051674 Pt per il “convenzionale”, 0,00043548 Pt per il “prodotto evitato” (pari a una riduzione del 15,73% rispetto al “convenzionale” e del 2,76% rispetto al “coprodotto”) 0,00044783 Pt per il “coprodotto” (pari a una riduzione del 13,33% rispetto al “convenzionale”).

Il “convenzionale”ca. il 50% del danno è dovuto alla categoria Ecosystem quality, seguita da Resources, Climate change e Human health

In “prodotto evitato” e “coprodotto” il danno dovuto a Ecosystem quality, pur ridotto in termini assoluti, assume maggiore peso, a causa della maggiore riduzione del danno nelle categorie Climate change e Resources

La produzione integrata delle bioenergie (e il loro autoconsumo) ha maggiori benefici in termini di risorse ed emissioni di gas a effetto serra, rispetto agli impatti in termini di salute umana e di qualità dell’ecosistema

LCIA: Single score - Confronto 3 Filiere

La f. non integrata produce il danno totale massimo (0,000523519 Pt), pari a un +1,31%, +20,22% e +16,9% rispetto al “convenzionale”, al “prodotto evitato” e al “coprodotto”;

Per quanto riguarda le singole categorie di danno, la filiera non integrata presenta il danno massimo in tutte le categorie, eccezione di Ecosystem quality (per mancanza compostaggio)

LCIA: Single score - Confronto fra elettricità da rete e da scarti

Danno inferiore del 63,94%: riduzione maggiore in Resources (-86,85%) e Climate change (-77,88%)In Ecosystem quality (5% del danno totale dell’elettricità da rete), danno circa il doppio imputabile principalmente alla categoria d’impatto Land occupation

LCIA: Single score - Confronto fra termica da gas e da scarti

Danno inferiore del 77%: riduzione maggiore in Resources (-97%) e Climate change (-93%). In Human health (7% del danno totale dell’energia termica da gas), il danno è maggiore del 52%, in particolare per Respiratory inorganics, a causa delle maggiori emissioni di Particulates, <2,5um in aria e Ammonia in aria, derivanti dai processi di produzione di bioenergia

Conclusioni• Autoproduzione e autoconsumo di energia

portano a riduzione maggiore del danno

• Nel caso di mancato autoconsumo, si ha un aumento del danno totale, a meno che il mix energetico nazionale non cambi

• In generale, la produzione di energia da scarti della filiera agroalimentare sembra rispondere a requisiti di sostenibilità

Conclusioni 2

• Prodotto evitato vs. coprodotto:– energie evitate: annullamento dell’energia da

rete e da gas consumata + effetto del surplus– energie coprodotte: riduzione per sostituzione

dell’energia con i coprodotti e lieve vantaggio derivante da surplus (esce dal sistema)

– il vantaggio del “prodotto evitato” scompare quando le energie evitate non incidono sulla categoria di impatto considerata e, in questo caso passa al “coprodotto