UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVAFacoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN.

Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio

L’analisi del ciclo di vita (LCA) della L’analisi del ciclo di vita (LCA) della produzione di 1 MJ di energia termica produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di biomassa legnosada combustione di biomassa legnosa

Relatore: Ch.mo prof. Davide PettenellaCorrelatore: Ing. Paolo Neri

Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’AmbienteIn collaborazione con

Laureanda: Alice Tanfoglio

Obiettivo dello studio

Valutazione

• impatto ambientaleimpatto ambientale• convenienza energeticaconvenienza energetica• costo economico esternocosto economico esterno

della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato

con il metodo LCA - Life Cycle Assessment

(norma europea UNI EN ISO 14040)

Il metodo LCA

“ Processo che permette di valutare gli impatti ambientali associati ad un prodotto, processo o attività, attraverso l’identificazione e la quantificazione dei consumi di materia,

energia ed emissioni nell’ambiente.” (SETAC, 1991)

CICLO DI VITA:

• Fase di produzione:

• Fase d’uso:

• Fase di fine vita:

Materie prime

Realizzazione

Riutilizzo, riciclo, smaltimento…

Il metodo LCA

“From cradle to grave”

Uso

Dismissione

1 - Fase preliminare

2 - Inventario

3 - Elaborazione dati

Il metodo LCA

Classificazione

Caratterizzazione

Normalizzazione

Valutazione

Alle sostanze catalogate nell’inventario vengono assegnate una o più categorie

di impatto

Sostanza x Fattore di Caratterizzazione

Il risultato della caratterizzazione viene rapportato ad un valore di riferimento

Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto

Elaborazione dati

Applicazione del metodo LCA

al sistema oggetto di studio

• Obiettivo dello studio:

Valutazione

1 - Fase preliminare

• impatto ambientaleimpatto ambientale• convenienza energeticaconvenienza energetica• costo economico esternocosto economico esterno

della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato

• Sistema oggetto di studio:

Impianto di produzione di energia termica di proprietà dell’Azienda Agricola Reffo

(Dolo – VE)

1 - Fase preliminare

Componenti principali:

• CALDAIA

• ARBORETO

• Sistema oggetto di studio:

1 - Fase preliminare

CALDAIA• Potenza: 35 kW t

• Accumulo acqua calda: 1 m3

• Volumetria riscaldata: 1100 m3

• Energia / anno: 110.400 MJ• Potenza per automazione: 3 kW

• Sistema oggetto di studio:

1 - Fase preliminare

ARBORETO

• Superficie utilizzata: 3500 m2

• Quantità raccolta : 12 t / anno

• Produttività: 1,2 t /ha/anno/100m

• Turno: 30 anni

• Arboreto misto: platano, ontano, olmo, ciliegio, noce, frassino e farnia

• Ciclo taglio: 5 anni

• Unità funzionale: 110.400 MJ

• Confini del sistema:

produzione legna (12 t)

produzione energia (110.400 MJ)

• Dati:• AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali• banca dati di SimaPro7

• Strumento elaborazione dati: software SimaPro 7.0

1 - Fase preliminare

2 - Inventario

Cippato, arboreto di pianura, in caldaia,35

kW

Electricity LV use in I +

imports 2005

Produzione del legno fresco

Taglio e cippatura

Furnace, wood chips, hardwood,

50kW

Emissioni e ceneri

(0.00025m3)

Vivaio

Power sawing, with

catalytic converter

Wood chopping,

mobile chopper

Emissioni e ceneri da

legno (0.000309m3)

PROCESSOPRINCIPALE

1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW

Unità funzionale: 110.400 MJ

Sottoprocessi: • Electricity LV use in I + imports2005: 460 kWh

• Produzione del legno fresco (3500m2):12 t

• Taglio e cippatura:12 t

• Furnace, wood chips, hardwood, 50kW: 0,0117 p

• Emissioni e ceneri (0.00025m3): 9,6 t

Inventario

2- Produzione legno

Unità funzionale: 360 t

Risorse: • Occupation, forest, extensive:105.000 m2a

• Carbon dioxide, in air: 327,6 t

• Vivaio: 0,03333p

• Energy, gross calorific value, in biomass: 3.330.000 MJ

Materiali: • PVC film: 202,5 kg

Elettricità: • Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2

• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg

• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2

Inventario

Stima CO2 assorbita

Contenuto idrico del legno fresco (w): 50%

Sostanza secca (SS): 0,5 t /t legno fresco

Contenuto di C nella SS: circa 50%

Inventario

Peso 1 mole CO2: 44 g

0,25 t / t legno fresco

Peso 1 mole C: 12 g

Stima CO2 assorbita

10,92 t/anno

Rapporto tra i pesi molecolari di CO2 e C: 44/12 = 3,66

3,66 / 4 = 0,91 t CO2 / t legno fresco

3,66 t CO2 / t C

1 t C 4 t legno fresco

quantità di CO2 assorbita dalla biomassa raccolta:

Inventario

12 t * 0,91 =

3- Coltivazione in vivaio

Elettricità: • Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2

• Planting/CH: 3500 m2

• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg

• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2

Risorse: • Occupation, forest, intensive: 60 m2a

• Carbon dioxide, in air: 21,84 t

• Energy, gross calorific value, in biomass: 2.220.000 MJ

• Water, unspecified natural origin: 2,1kg

Unità funzionale: 1 p

Inventario

3- Coltivazione in vivaio

Materiali:•PET bottle grade: 60 kg

•Fertiliser (N):1,824kg

•Fertiliser (P):0,582kg

•Fertiliser (K):0,708kg

•Molybdenum, in ground: 0,002112kg

•Magnesium, in ground: 0,24kg

•Iron, in ground0,0504kg

•Manganese, in ground0,00576kg

•Zinc, in ground0,001728kg

•Copper, in ground0,00768kg

•Sulfur, in ground0,384kg

•[thio]carbamate-compounds/RER S0,03kg

•Glyphosate, at regional storehouse/RER S0,102kg

Inventario

3- Coltivazione in vivaio

Materiali: •2,4-D, at regional storehouse/CH: 0,001998 kg

•Pyretroid-compounds: 0,001998 kg

•Organophosphorus-compounds: 0,001998 kg

•Sulphur B 2500: 003996 kg

•Triazine-compounds: 0,003996 kg

•Dithiocarbamate-compounds: 0,003996 kg

Inputs tecnologici:

•Irrigating: 289,98 m2

•Application of plant protection products, by field

sprayer/CH: 60 m2

•Transport, lorry 28 t: 0,12337 tkm

Inventario

3- Coltivazione in vivaio

Emissioni in aria: •Thiram: 0,000108kg

•Ziram: 0,00000432kg

•Glyphosate: 0,0115kg

Emissioni in acqua: •Deltamethrin: 0,0000028kg

•Chlorpyrifos: 0,000046kg

•Cyproconazole: 0,001005kg

•Ziram: 0,0011796kg

•Thiram: 0,0295kg

•Glyphosate: 0,000714kg

Inventario

3- Coltivazione in vivaio

Emissioni al suolo: •Thiram: 0,000189 kg

•Deltamethrin: 0,001015 kg

•Chlorpyrifos: 0,000992 kg

•Cyproconazole: 0,0000972 kg

•Ziram: 0,00000756 kg

•Glyphosate: 0,000278 kg

Trattamento rifiuti: •Recycling PET: 60 kg

Inventario

Ripartizione ambientale (%) fitofarmaci*

* archivio APAT prodotti fitosanitari

Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)

P.A. Aria Acqua Suolo SedimentiSolidi

sospesiBiomassa acquatica

Biomassa terrestre

Thiram 0,36 98,3 0,63 0,59 0 0 0,13

Ziram 0,36 98,3 0,63 0,59 0 0 0,13

Deltamethrin 0 0,14 50,82 47,43 0,08 0,01 1,52

Chlorpyrifos 0 2,29 49,64 46,43 0,08 0,01 1,65

Cyproconazole 0 83,77 8,1 7,56 0,01 0 0,55

Ripartizione ambientale Glyphosate

P.A. Aria Acqua Suolo SedimentiSolidi

sospesiBiomassa acquatica

Biomassa terrestre

Glyphosate 1,15*10-08 5,77*10-02 7,14*10-02 1,37*10-02 2,28*10-05 4,13*10-10 2,81*10-03

• Molecola fortemente ionizzabile scelta Koc• Unità di mondo “Basso Piave”

Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)

4- Taglio e cippatura

Unità funzionale: 12 t

Elettricità: • Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h

• Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg

Inventario

5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)

Emissioni in aria: • Acetaldehyde 6,1E-08 kg

• Ammonia 1,73 E-06 kg

• Arsenic 1E-09 kg

• Benzene 9,1E-07 kg

• Benzene, ethyl- 3E-08 kg

• Benzene, hexachloro- 7,2E-15 kg

• Benzo(a)pyrene 5E-10 kg

• Bromine 6E-08 kg

• Cadmium 7E-10kg

• Calcium 5,85E-06 kg

Unità funzionale: 0,074 kg

Inventario

5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)

Emissioni in aria: • Carbon dioxide, biogenic 0,134 kg

• Carbon monoxide, biogenic 0,000118 kg

• Chlorine 1,8*10-07 kg

• Chromium 3,96*10-09 kg

• Chromium VI 4*10-11 kg

• Copper 2,2*10-08 kg

• Dinitrogen monoxide 0,000003 kg

• Dioxins, as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin

3,1*10-14 kg

• Fluorine 5*10-08 kg

• Formaldehyde1,3*10-07 kg

• Heat, waste1,08 MJ

Inventario

5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)

Emissioni in aria: • Hydrocarbons aliphatic unspecified 9,1*10-07 kg• Hydrocarbons aliphatic unsaturated 3,1*10-06 kg• Lead 2,5*10-08 kg• Magnesium3,6*10-07 kg• Manganese1,7*10-07 kg• Mercury 3*10-10 kg• Methane, biogenic7E-07kg• m-Xylene1,2E-07kg• Nickel6E-09kg• Nitrogen oxides0,00013kg• NMVOC, non-methane volatile organic compounds, unspecified origin9E-07kg• PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons1,11E-08kg

Inventario

5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)

Emissioni in aria: • Particulates, < 2.5 um0,000034kg• Phenol, pentachloro-8,1E-12kg• Phosphorus3E-07kg• Potassium2,34E-05kg• Sodium1,3E-06kg• Sulfur dioxide2,5E-06kg• Toluene3E-07kg• Zinc3E-07kg

Rifiuti da trattare: • Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to landfarming/CH 0,00025kg• Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to municipal incineration/CH 0,00025kg

Inventario

3- Elaborazione dati:

Il metodo Eco-indicator 99

Categorie di impatto Categorie di danno

Analisi dei risultati

Eco-indicator 99

55,11% Human Health

27,27% Ecosystem Quality

17,62% Resources

Emissioni e ceneri 88%

Produzione legno -13%

Impatto totale:0,00164913 Pt

EPS 2000

49,23% Human Health33,28% Ecosystem Production Capacity 16,88% Abiotic Stock Resource0,61% Biodiversity

Emissioni e ceneri 175%

Produzione legno -193%

Impatto totale: 0,00838478 Pt

IMPACT 2002+

53,24% Human Health35,21% Ecosystem Quality6,71% Climate Change4,86% Resources

Emissioni e ceneri 83%

Impatto totale:1,017*10-5 Pt

EDIP/UMIP 97

Impatto totale: 0,000264 Pt

Emissioni e ceneri 75,18%

Analisi dei risultati

Carbon dioxide biogenic 108 g

Carbon dioxide 4,07 g

Carbon dioxide, fossil 2,14 g

Carbon dioxide in air 105,6 g

CO2 EMESSA

CO2 ASSORBITA

Analisi di sensibilità

Produzione 1 MJ da diverse fonti

1. Heat industrial coal fornace 1-10 MW

5. Cippato, bruciato in caldaia, 35 kW

(centrale termica a carbone)

2. Heat natural gas at boiler atm., low NOx(centrale termica a gas)

3. Heat, light fuel oil, at boiler 10 kW condensing(impianto a olio combustibile per utenza monofamiliare)

4. Heat, at plate collector, one familiy house for(impianto solare termico per utenza monofamiliare)

(sistema oggetto di studio)

Produzione 1 MJ da diverse fonti

Processo meno impattante

1 2 3 4 5

Analisi dei costi esterni

Analisi dei costi esterni

Human Health Ecosystem Quality/ Biodiversity

Resources/Abiotic Stock Resource

Ecosystem Production capacity

EPS 2000 0,0041 0,00005102 0,0014 0,0028

Eco-indicator 99 (UE15) 0,00131268 0,0010588 0,000171138  

Eco-indicator 99(pop. mondiale) 0,0218 0,0175 0,0028  

Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è Human Health

Conclusioni

Conclusioni

• IMPATTO:

Emissioni e ceneri • PM < 2.5m

• NOxHuman Health

Rapporto efficienza: 1 / 0,075 = 13,3

1 MJ 0,075 MJ

Bilancio energetico: 1 – 0,075 = 0,925

• ENERGIA:

• COSTI ESTERNI: Human Health