Valutazione del Ciclo di VitaSviluppo di strumenti di LCA e di Ecodesign

Paolo Masoni

Le attività di ricercadi PROT INN

Contenuti

Cenni introduttivi sull’LCAPunti critici di una LCAPrincipali attività di R&S:– VerdEE– eVerdEE– TOWEF0– Ecodesign-QFD

Cos’è la Valutazione del Ciclo di Vita LCA

LCA é una tecnica per valutare gli aspetti ambientaliassociati a un prodotto/servizio, mediante:

– la compilazione di un inventario di ciò che di rilevante entra edesce dal sistema (prodotto o servizio);

– la valutazione dei potenziali impatti ambientali associati a ciòche entra e a ciò che esce;

– l’interpretazione dei risultati riguardanti le fasi di analisidell’inventario e di stima degli impatti in relazione agli obiettividello studio.

Definizioni dello standard ISO 14040(Principi e quadro di riferimento)

LCA studia gli aspetti ambientali e gli impattipotenziali lungo tutta la vita del prodotto/servizio(dalla culla alla tomba), dall’acquisizione dellematerie prime, attraverso la fabbricazione el’utilizzazione, fino allo smaltimento.Principali categorie di impatto ambientale datenere in considerazione riguardano l’utilizzo dirisorse, la salute dell’uomo e le conseguenzeecologiche.

PROGETTAZIONE:

ECODESIGN

ESTRAZIONEMATERIEPRIME EFONTI DIENERGIA

MANIFATTURA(TECNOLOGIE, MATERIALI,SISTEMI DI GESTIONEAMBIENTALE)

DISTRIBUZIONE

USO

FINE VITA:CHIUSURA DELCICLO(RICICLAGGIO ERECUPERO)

ENERGIA

TRASPORTI

METODOLOGIA INTEGRATA DI VALUTAZIONE ENERGETICO-AMBIENTALE(R&S LCA)

CICLO DI VITA DI UNSISTEMA (O DI UNPRODOTTO

Che cos’è l’LCAOUTPUTINPUT

materiali

energia

acqua

prodotti principali

co-prodottieffluenti in acquaemissioni inaria

rifiuti solidi

altre interazionicon l’ambiente

estrazione delle materie

processamento e fabbricazione

distribuzione

uso del prodotto

riuso, riciclaggiorecupero energetico

gestione dei rifiuti

LCA - Fasi della metodologia(ISO 14040)

Inquadramento della valutazione delciclo di vita

Analisi dell’inventario

Valutazione dell’impatto

Definizione dell’obiettivoe del campo

di applicazione Interpretazione

Perché usare l’LCA

LCA fornisce uno schema per analizzare laperformance ambientale delle singoleoperazioni della gestione dei rifiuti edell’intero sistema.LCA permette l’analisi di molteplici impattiambientaliFornisce lo schema per organizzare unamole notevole di dati ed informazioni.

Esempio: pannello a base di legno

TRASPORTO

prima lavorazione in segheria

Produzione edistribuzione

Elettricità

prod. urea

prod. colla

prod. formaldeideattività in foreste

Ulteriori lavorazioni

Frantumazioni

Raccolta legnousato

FABBRICAZIONE PANNELLI A BASE DI LEGNO(truciolare, MDF, multistrato)

LEGNAME COLLA

ELETTRICITÀtranciati

truciolo, segatura,corteccia

legno massello

- prelievo acqua- combustione gas naturale, gasolio e legname- altre emissioni in aria (particelle, formaldeide);- emissioni in acqua- produzione rifiuti

produzione e distribuzionemateriali ausiliari, del gasolio e

del gas naturale

Modellizzazione al computer

Punti critici di una LCA

Raccolta e validazione dati– Banche dati non complete, inomogenee, non

integrabiliModellizzazione– Software complessi e costosi– Competenze specialistiche

Interpretazione risultati– Competenze specialistiche

Principali attività ENEA di R&S

VerdEE: CD per autovalutazione semi quantitativa del profiloambientale di un prodottoeVerdEE: software on line per LCA di screeningTOWEF0: Banca dati e strumento software per l’industria tessileEcodesign-QFD: integrazione dell’ambiente nella progettazione deiprodotti

VerdEE

Schema di

Definizione degli obiettivie del campo diapplicazione

Inventario

Calcolo automatico evisualizzazione in

matrice dei risultati diValutazione di impatto

Miglioramento

Confrontoautomatico deirisultati in un

grafico a bersaglio

Banca datidegli indicatoridelle sostanzee dei processi

Help on line

Dati richiesti da

Cradle-to-Gate Cradle-to-Market Cradle-to-Grave

Packaging&Distribution Use&End of Life Premanufacture Manufacture Packaging Ditribution Use End of Life

Materials&Semi-finished Mat_Transport Mat_Packaging

EVerdEE_Components Comp_Transport Comp_Packaging

NO_EVerdEE_Components Comp_Transport Comp_Packaging Materials

Processes Proc_Packaging

Packaging Materials Pack_Mat_Transport

Transportation

Energy Consumptions

Airborne Emissions Waterborne Emissions

Waste

Name of the study: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Premanufacture: Inventory of Components

Procedure Methodology

List of Components

Risultati di un confronto

TOWEF0Il progetto, coordinato da PROT IDR, ha l’obiettivo dipromuovere l’uso efficiente delle risorse, in primoluogo l’acqua, nelle aziende tessili.PROT INN esegue studi di LCA su alcuni prodottitessili selezionati all’interno di aziende italiane ebelghe.E’ prevista la creazione di un database di Life CycleInventories di processi tessili pensato per analistiambientali ed esperti di LCA.

Name HT ScouringSources Report LCA I09: TM-108-004Reference year 2000Geographic reference ItalyTechnological level averageReference flow 100 kg of silk yarnEquipment Autoclave

operating mode: batchbatch volume (lit.): 2000run time (h): 1,1absorbed power (kW): 4processed fabric per run (kg): 200processed fabric (kg/yr): 110397

Procedural steps (flow-chart)Water: equip volume Solubilizing agent = 5 g/l; Sequestering agent = 2 g/l. Steam

1st bath T=130°C t=40 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]=18785; TSS [mg/l]= 1500

Water: equip volume Sequestering -dispersant agent = 2 g/l; Steam

2nd bath T=98°C t=20 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 2900; TSS [mg/l]=25

Water:equip volume Steam

Warm washing T=50°C t=10 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 720; TSS [mg/l]= 15.

Water:equip volume

Washing

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 220; TSS [mg/l]= 25.

LCA databaseformat (1)

LCA database format (2)

(s) Arsenic (As) g 4,32E-04(s) Chromium (Cr III, Cr VI) g 5,41E-03(s) Zinc (Zn) g 1,62E-02(w) Ammonia (NH4+, NH3, as N) g 6,29E-02(w) Benzene (C6H6) g 2,07E-02(w) Cadmium (Cd++) g 9,72E-05(w) Chromium (Cr III) g 1,14E-02(w) Chromium (Cr III, Cr VI) g 2,49E-04(w) COD (Chemical Oxygen Demand) g 8,07E-01(w) Nitrate (NO3-) g 2,02E-02(w) Nitrogenous Matter (unspecified, as N) g 5,37E-02(w) Oils (unspecified) g 2,24E+00

REMINDERS COD (to WWTP) kg 2,26E+04TSS (to WWTP) kg 1,57E+03E Feedstock Energy MJ 1,06E+01E Fuel Energy MJ 2,24E+03E Non Renewable Energy MJ 2,24E+03E Renewable Energy MJ 8,81E+00E Total Primary Energy MJ 2,25E+03Electricity MJ elec 5,18E+01

Flow Units ValueINPUTS (r) Coal (in ground) kg 1,55E+00

(r) Iron (Fe, ore) kg 2,53E-01(r) Natural Gas (in ground) kg 5,22E+01(r) Oil (in ground) kg 8,34E-01(r) Uranium (U, ore) kg 1,01E-04Water (gate to gate) l 4,00E+03Water (out of gate) l 1,09E+02

OUTPUTS (a) Alkane (unspecified) g 6,06E+00(a) Arsenic (As) g 1,01E-03(a) Benzene (C6H6) g 9,02E-01(a) Butane (n-C4H10) g 1,81E+00(a) Cadmium (Cd) g 9,83E-04(a) Carbon Dioxide (CO2, fossil) g 1,32E+05(a) Carbon Monoxide (CO) g 7,96E+01(a) Ethane (C2H6) g 7,17E+00(a) Ethylene (C2H4) g 2,58E+01(a) Hydrocarbons (except methane) g 3,28E+01(a) Hydrocarbons (unspecified) g 1,66E-02(a) Hydrogen Chloride (HCl) g 1,23E+00(a) Lead (Pb) g 5,33E-03(a) Manganese (Mn) g 1,25E-02(a) Methane (CH4) g 1,64E+02(a) Nickel (Ni) g 1,96E-02(a) Nitrogen Oxides (NOx as NO2) g 7,60E+01(a) Nitrous Oxide (N2O) g 3,47E-01(a) Propane (C3H8) g 2,16E+00(a) Sulphur Oxides (SOx as SO2) g 7,28E+01(a) Toluene (C6H5CH3) g 4,40E-01(a) Vanadium (V) g 7,00E-02

Tavola riassuntiva dei prodottitessili analizzati

Code Production cycle % of productionI02 Viscosa fabric "Dominant" product (27%)I04 Acetate fabric Non "Dominant" product (33%)I06 Flax-PES fabric Non "Dominant" product(16%)I09 Silk yarn "Dominant" productI15 Silk fabric "Dominant" product

B01 PES Non "Dominant" product (11%)B02 Cotton fabric non "Dominant" product (16%)B03 Cotton/PA fabric non "Dominant" product B04 Cotton yarn the entire production is CO (fabricB05 Cotton-PES fabric "Dominant" product

Software TOWEF0

E’ in corso lo sviluppo di un software di LCAbasato su WEB, pensato per non esperti eprogettato per assistere, con la creazione diprofili ambientali, le decisioni dei tecnicidelle aziende sul riciclo e il trattamento delleacque di scarico.

Alcune schermate del software

Ecodesign - QFD

VoS

V

oE

Technical correlations

W H

A T

H O W

Relationships

Priorities Product benchmark Competition benchmark

Planning Matrix

L’approccio del QFD

Finalizzato allaottimizzazione dei prodotti apartire dai bisogni del clienteInterviene nella fase diprogettazione oreingegnerizzazione deiprodottiCoinvolge tutte le funzionidell’impresa, analizzandotutti gli aspetti prestazionali,di qualità, di costo, ecc.

Bisogni del cliente

Specifiche di progetto

Caratteristiche sottosistemi componenti

Specifiche del processo di fabbricazione

Specifiche per la qualità

Esempio di QFD semplificato

Componente Sub-componente este

tica

faci

lità

man

uten

zion

e

faci

lità

rego

lazi

one

dura

ta

peso

imm

agin

e

funz

iona

men

to

canne+crocera+cannotto cannottocroceratappicanne

gruppo pompante pistonevalvolacontromollagruppo boccolaastaasta di registrovite di regolazione dado di fondoolio e grasso

archetto+gambe archetto+gamberaschiapolvere+tenutaboccoleperni guidapattino

= correlazione forte=correlazione media

Perché uno strumento di ecodesignintegrato con il QFD?

L’innovazione del prodotto nelle PMI ètrainata da qualità e costiQFD permette pianificazione e sviluppostrutturati del prodotto mediante:– la specifica dei requisiti del cliente– la valutazione di quanto sono soddisfatti i requisiti

Obiettivi dello strumento

Obiettivi generaliIntegrare l’ambiente nella fase di progettazione prodottiIntroiettare l’ambiente in tutte le funzioni dell’impresa

Obiettivi tecniciIdentificare i componenti ed i processi critici nel ciclo di vita del

prodottoMettere in evidenza se sono necessarie delle valutazioni di

compromesso tra esigenze contrastanti

Caso studio effettuato:Combinazione QFD e LCA

Componente Sub-componente este

tica

faci

lità

man

uten

zion

e

faci

lità

rego

lazi

one

dura

ta

peso

imm

agin

e

funz

iona

men

tocanne+crocera+cannotto cannotto

croceratappicanne

gruppo pompante pistonevalvolacontromollagruppo boccolaastaasta di registrovite di regolazione dado di fondoolio e grasso

archetto+gambe archetto+gamberaschiapolvere+tenutaboccoleperni guidapattino

+

QFD semplificato LCA

Componente Sub-Componente Este

tica

Faci

lità

di m

anut

enzi

one

Faci

lità

di re

gola

zion

e

Dur

ata

Peso

Imm

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e

Funz

iona

men

to

Prio

rità

funz

iona

li

Prio

rità

funz

iona

li no

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Smog

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Smog

foto

chim

ico

Pest

icid

i

Ris

orse

ene

rget

iche

Rifi

uti

Prio

rità

Am

bien

tali

Archetto + Archetto 9 9 9 9 3 39 0,12 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 1440 gambe Gamba 9 9 9 9 3 39 0,12 3 3 9 3 3 9 9 3 9 9 750 Raschia polvere + tenuta 3 3 9 3 3 21 0,06 0 Boccole 9 9 3 3 9 33 0,1 1 2,5 Perni guidapattino 3 3 6 0,02 1 2,5 Gruppo Pistone 3 3 6 0,02 3 3 3 3 3 3 3 9 232,5 pompante Valvola 9 9 0,03 0 Contromolla 3 3 6 0,02 1 1 7,5 Gruppo boccola 3 3 3 9 0,03 1 1 1 1 3 1 1 1 77,5 Asta 3 3 3 9 0,03 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 1440 Asta di registro 3 3 6 0,02 1 1 1 1 1 1 1 3 77,5 Vite di regolazione 3 9 3 3 18 0,05 0 Dado di fondo 3 3 3 9 0,03 0 Olio e grasso 9 3 9 3 3 9 36 0,11 0 Canne + Cannotto 3 9 3 15 0,04 9 3 9 9 9 9 9 9 9 3 780 crocera + Crocera 9 3 9 3 3 3 30 0,09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 1440 canotto Tappi 3 3 9 3 3 3 24 0,07 0 Canne 3 9 3 9 24 0,07 3 3 3 3 3 3 3 1 3 9 535 1,00 PESI 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2,5 100,0 10,0 5,0 5,0 10,0 5,0 2,5 25,0 10,0 10,0 Peso generale degli elementi di qualità 0,5 Peso generale degli elementi ambientali 0,5

Prio

rità

Am

bien

tali

Nor

mal

izza

te

Prio

rità

0,2122 0,16 0,1105 0,11

0 0,03 0,0004 0,05 0,0004 0,01 0,0343 0,03 0,0000 0,01 0,0011 0,01 0,0114 0,02 0,2122 0,12 0,0114 0,01

0 0,03 0 0,01 0 0,05

0,1150 0,08 0,2122 0,15

0 0,04 0,0789 0,07 1,0000 1,00

Attività in corso

Valutazione di modalità di integrazione di una LCA discreening (eVerdEE) con un approccio di QFDDifficoltà da affrontare: il QFD non considera lediverse fasi del ciclo di vitaApprocci possibili secondo letteratura:

– GQFD (LCA e QFD separate e poi unite successivamente).– QFDE (Inserimento dei requisiti ambientali congiuntamente

a quelli dei clienti)

Prospettive

Arricchire e completare gli strumenti diecodesign disponibili per ecosmes.netENEA ha già sviluppato una serie distrumenti di supporto ai SGA, sia generaliche settoriali, che possono essere inseriti,con piccoli adattamenti, nella “toolbox” diecosmes.netAltri strumenti di ecodesign saranno fornitidai partner