Analisi del ciclo di vita (LCA) – Esempio 2

Analisi del ciclo di vita (LCA) – Esempio 2
Perché questo studio è stato scelto come esempio?
Realizzare un’indagine LCA (Life Cycle Analysis – analisi del ciclo di vita) è un progetto
complesso, che occupa molto tempo. Una presentazione dettagliata del metodo (sia in termini
strutturali, che di progettazione) non è, quindi, realizzabile all’interno del progetto NOP. Per
rimediare a questo problema, di seguito viene presentato un esempio pratico, il cui obiettivo è
quello di mettere in pratica le regole indicate nella normativa DIN/ISO 14040. Entrando nello
specifico, si è deciso di presentare il progetto “Confronto tra imballaggi derivanti da amido e
da polistirene tramite LCA (Comparing the LCA for loose-fill-packaging from amylum or
polystyrene)”, promosso dalla Federazione Ambientale Tedesca (German Environmental
Federation DBU - Würdinger et al., 2002). Insieme all’approccio generale al problema,
vengono presentati anche i risultati dello studio in esame, che sono particolarmente
interessanti, in quanto dimostrano come l’utilizzo di materiale grezzo rinnovabile non sia
automaticamente una scelta vantaggiosa sotto il profilo ambientale.
Introduzione allo studio
“I materiali biodegradabili, basati su materie prime rinnovabili, sono stati per lungo tempo
proposti, sviluppati e incentivati come soluzione a diversi problemi ambientali: nonostante
questo, ad oggi non è ancora stata raggiunta una grande diffusione a livello commerciale. Le
cause di questa scarsa popolarità sono spesso attribuite ad una mancanza di chiarezza circa la
valutazione ecologica della sostanza stessa; queste incertezze hanno, a loro volta, un peso
notevole sul comportamento del consumatore, sullo sviluppo del prodotto e sullo smaltimento
dei rifiuti. Finora, i risultati che consentono una valutazione affidabile dei benefici ambientali
di tali materiali sono stati pubblicati solo raramente” (Würdinger et al., 2002). Questo studio è
dettato dalla volontà di capire se le plastiche basate su materie prime rinnovabili debbano
essere promosse maggiormente da qui in avanti. Come esempi al centro dell’indagine, sono
stati scelti due diversi tipi di imballaggio: uno di essi è basato sull’amido naturale, mentre il
secondo su polistirene espanso (EPS), che viene prodotto a partire da materie prime fossili.
Figura 1: Materiale per imballaggio
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Definizione di ambito ed obiettivo dello studio
Obiettivo
L’analisi di un esempio di notevole interesse pratico è un ottimo metodo per stabilire se
l’utilizzo di plastiche (derivanti da materiale fossile) sia vantaggioso dal punto di vista
ecologico, rispetto all’impiego di materie prime rinnovabili. Come oggetto della ricerca sono
stati scelti i seguenti sistemi di imballaggio:
1- Imballaggio basato su polistirene espanso (EPS);
2- Imballaggio basato su amido espanso (materiale grezzo rinnovabile);
3- Imballaggio basato su materiale riciclato (polistirene).
La terza alternativa (sistema di imballaggio basato su materiale riciclato) non verrà discussa in
questo articolo, così da garantire una maggiore chiarezza dell’esempio e limitare l’ambito di
questa indagine.
La funzione scelta e l’unità funzionale
Per quanto riguarda la funzione, si è deciso di indagare l’impiego dei materiali descritti come
riempimento per pacchi destinati al trasporto. Durante l’analisi, si è partiti dal presupposto che
i diversi sistemi dei prodotti non differissero tra loro sotto il profilo delle caratteristiche
tecniche. Il volume di imballaggio è stato scelto come unità funzionale del bilancio: tutti i dati
riportati sono stati riferiti ad un valore complessivo pari a 100 m³ di imballaggio.
I confini del sistema
I confini del sistema dividono tutto ciò che è oggetto dell’indagine dall’ambiente esterno. Tali
limiti sono stati scelti “dalla culla fino alla tomba”: con questa espressione si intende che tutti
i flussi di materiale ed energia sono stati considerati a partire dall’esplorazione delle materie
grezze, dal loro approvvigionamento e trasporto, passando tramite i processi preliminari e
quello di produzione vero e proprio, per poi concludere con l’utilizzo del prodotto e con lo
smaltimento dei rifiuti.
Come area di riferimento per lo studio sono stati considerati i territori dentro i confini politici
della Germania; per tutte le sostanze (ad esempio: petrolio) provenienti da nazioni diverse da
quella in esame, è stato scelto il territorio di provenienza come area di riferimento. Il
materiale è stato quindi valutato secondo la particolare situazione commerciale presente in
Germania. Come anno di riferimento è stato scelto il 1997.
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Criteri di taglio (Limiti del dettaglio)
Nel presente studio si è deciso di tagliare tutti i flussi di materiale ed energia (relativi ad un
determinato processo) che non superassero la soglia dell’ 1% rispetto alla massa dell’output
desiderato; si è tuttavia scelto di porre un limite massimo per la somma di tutti i tagli: in
particolare, questo valore è stato fissato al 5% della massa totale. Le uniche eccezioni alla
regola appena presentata hanno riguardato i flussi di materiale particolarmente importanti
nell’ambito della valutazione degli aspetti energetici e tossici: in situazioni di questo genere,
infatti, si è deciso di non effettuare alcun taglio.
Come è stata costruita l’analisi dell’inventario?
Scenari calcolati
Per raggiungere gli scopi fissati dello studio (ad esempio: per valutare l’opportunità o meno di
utilizzare materie prime rinnovabili), sono state predisposte e calcolate alcune situazioni
differenti tra loro. Tali scenari sono molto importanti, in quanto permettono di considerare
l’effetto di diversi fattori sul sistema in questione. A proposito dello studio in esame sugli
imballaggi, sono stati valutati 20 scenari diversi: in Tabella 1 se ne trova una selezione.
Amido di
Produzione
Amido di
patate II
mais
(filtrato dallo
scarto totale)
Utilizzo
Utilizzo
Utilizzo
singolo
singolo
Unire ai rifiuti Unire ai rifiuti
Smaltimento
Amido di frumento
(prodotto
Amido di
Amido di
frumento
mais
(prodotto
convenzionalmente)
estensivamente)
Riciclo
Utilizzo singolo
interno
(4 utilizzi)
Riciclo interno
(2 utilizzi)
Unire ai rifiuti
Unire ai rifiuti
Unire ai rifiuti
rimanenti e
rimanenti e
rimanenti e
rimanenti e
biologici e
raccogliere
raccogliere
raccogliere come
raccogliere
destinare a
come rifiuti
come rifiuti
rifiuti misti
come rifiuti
compostaggio
misti
misti
misti
Tabella 1: Selezione degli scenari esaminati – imballaggi da amido espanso
Processi parziali all’interno di uno scenario
Così come fatto per gli imballaggi ricavati da materie rinnovabili, sono stati analizzati alcuni
scenari anche nell’ambito degli imballaggi ottenuti da polistirene espanso, i quali differivano
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tra loro in alcune delle aree prese in considerazione. Come esempio di questa tipologia di
scenari, di seguito (Figura 2) viene riportato lo schema relativo alla produzione di imballaggi
da polistirene vergine (EPS): nella trattazione di questa situazione, si è deciso di considerare
un singolo utilizzo dell’imballaggio, un successivo smaltimento e un riciclo per il recupero
del materiale. Per delineare con esattezza i confini del sistema, la produzione di polistirene
vergine è presentata in dettaglio in Figura 3.
Approvvigionamento
materie prime
Produzione della gomma
Produzione di polistirene
Produzione di
stirene-butadiene (SBR)
vergine (GPPS)
pentano / butano
Produzione di imballaggi
di polistirene
Distribuzione / vendita
Utilizzo (singolo)
Imballatrice
Contenitore
Deduzione
dall’output
Smaltimento
Produzione GPPS
Raccolta secondo
il tipo
Riciclo,
ri-granulazione
(matrice)
GPPS
Figura 2: Processi parziali in uno scenario EPS
Come procedere con la raccolta dati?
I flussi più importanti di materiale ed energia dei processi parziali (necessari per la
descrizione del prodotto finale) sono stati raccolti con lo scopo di costruire quello che può
essere considerato il cuore del metodo LCA, ovvero l’ “analisi dell’inventario”. I dati relativi
ad input ed output dei vari processi sono stati derivati ed elaborati, quindi si è passati al
calcolo e alla registrazione dei risultati. Le linee-guida, i tagli e le limitazioni (fissati nella
fase di definizione di ambito ed obiettivo dello studio) sono stati seguiti rigorosamente,
oppure modificati, così da rispettare le condizioni poste dal set di dati iniziali.
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Successivamente, è stata realizzata la valutazione dell’impatto ambientale sulla base dei
risultati ricavati dall’analisi dell’inventario.
Approvvigionamento
di gas naturale
Lavorazione del gas naturale
Produzione di etilene
Produzione di benzene
Approvvigionamento
di benzina grezza
Sorgente idrocarburica
Distillazione a nafta
Nafta
Reforming a benzene
Etilene
Benzene
Benzene
Produzione di etilbenzene
Produzione di stirene
Polimerizzazione dello stirene
Polistirene vergine
Figura 3: Diagramma di flusso – produzione di polistirene vergine
Valutazione
Come descritto nella normativa ISO 14042, la stima dell’impatto ambientale del metodo LCA
è composta da tre parti:
-
Selezione delle categorie d’impatto da considerare;
-
Assegnazione dei risultati dell’analisi dell’inventario alle categorie d’impatto
(classificazione);
-
Calcolo dei risultati degli indicatori d’impatto (caratterizzazione);
Nello studio qui presentato, sono state considerate le seguenti categorie:
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Categorie d’impatto scelte
Riscaldamento globale
Riduzione dell’ozono presente nella stratosfera
Formazione fotochimica dell’ozono nella troposfera
Eutrofizzazione
Acidificazione
Tossicità per l’uomo
Eco-tossicità
Riduzione delle risorse abiotiche
Utilizzo del territorio
Tabella 2: Categorie d’impatto considerate
Dopo aver scelto le categorie d’impatto, si è passati all’assegnazione dei parametri
determinati nell’analisi dell’inventario (ad esempio: emissioni di anidride carbonica o di
metano) ai rispettivi effetti ambientali.
Classificazione
Nel corso della classificazione, i parametri risultanti dall’analisi dell’inventario assegnati ad
una certa categoria d’impatto sono stati rapportati ad un’unità di misura comune (NB: un solo
parametro dell’analisi dell’inventario può essere assegnato a svariate categorie d’impatto).
Riscaldamento globale
CO2, CH4, N2O
Riduzione dell’ozono
N2O
Formazione
fotochimica Benzene, CH4, NOx, Formaldeide, NMVOC, VOC,
dell’ozono
pentano, butano
Eutrofizzazione
NOX, NH3, P-totale, CSB, N-totale, NH4+, Nitrato
Acidificazione
H2S, HCl, HF, NH3, NOX, SO2
Tossicità per l’uomo
As, BaP, benzene, Cd, Cr, PCDD/F, Ni, Pb, SO2,
particelle diesel, biocidi
Eco-tossicità
AOX, cloruro, NH4+, H2S, HF, NH3, NOx, SO2
Riduzione delle risorse abiotiche
Benzina grezza, gas naturale, carbone
Utilizzo del territorio
Area
Tabella 3: Classificazione
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Caratterizzazione
Uno degli obiettivi della caratterizzazione è quello di uniformare i parametri relativi ai bilanci
di materiale ed energia, precedentemente assegnati ad una determinata categoria d’impatto,
fino ad ottenere delle unità di misura comuni; questo passaggio è molto importante, in quanto
i contributi dei diversi materiali ad un certo effetto ambientale differiscono notevolmente gli
uni dagli altri. Il metano, ad esempio, possiede un potenziale ai fini del riscaldamento globale
25 volte più alto rispetto a quello dell’anidride carbonica, mentre il dato relativo al gas
esilarante N2O ha un potere 320 volte maggiore (sempre rispetto alla CO2). Nel passaggio
successivo, sono stati quindi ricavati i risultati degli indicatori a partire dai valori modificati
dell’analisi dell’inventario; per finire, si è passati all’analisi dei risultati.
I risultati dello studio
Sulla base degli scenari scelti per il metodo LCA, non è stato possibile evidenziare alcun
vantaggio ecologico per i diversi prodotti analizzati. Di seguito, viene presentata parte dei
risultati ottenuti dallo studio (come esempio).
L’importanza dello smaltimento dei rifiuti
Il confronto tra gli scenari relativi all’amido e all’EPS mostra chiaramente che l’applicazione
dell’espressione “CO2-neutral”, che viene comunemente usata come sinonimo della neutralità
di un certo processo rispetto al riscaldamento globale, non si adatta alla produzione di
imballaggi a partire da materie prime rinnovabili, anche se in futuro questo obiettivo potrebbe
essere raggiunto: tutto ciò sarà, tuttavia, possibile, solo a patto di rispettare delle richieste ben
precise. Innanzitutto, è necessario che gli imballaggi ricavati da amido, una volta usati,
vengano impiegati per scopi energetici oppure come fonte di materia prima; viceversa, un riutilizzo del materiale (tal e quale) non sembra praticabile. Qualora non si seguissero queste
alternative, sarebbe necessario smaltire il tutto attraverso un processo che comporterebbe
l’emissione di un certo quantitativo del gas serra metano. Si è, inoltre, visto che, rinunciando
all’aggiunta di additivi basati su materie prime fossili, si conseguirebbero degli effetti positivi.
Riunendo insieme tutti questi aspetti, sarebbe possibile ridurre leggermente il pericolo
potenziale per il riscaldamento globale. Un maggiore ricorso a fonti energetiche rinnovabili,
inoltre, potrebbe migliorare ulteriormente i risultati.
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Il riciclo dell’imballaggio riduce drasticamente l’impatto ambientale
Indipendentemente dalla sostanza, il riciclo dei materiali di imballaggio è una misura molto
efficiente per ridurre gli effetti negativi per l’ambiente connessi con il loro utilizzo. Da un
lato, infatti, le fasi di vendita e utilizzo forniscono un contributo limitato alla stima
dell’impatto ambientale. Al contrario, i risparmi in termini di consumo di materiale e le spese
ridotte dovute al riciclo a livello di produzione, contribuiscono notevolmente ai risultati; lo
stesso vale per la riduzione delle quantità di rifiuti, che è sostanziale praticamente in tutti i
casi. Dall’altro lato, gli effetti benefici del riciclo degli imballaggi devono essere attribuiti
(anche) al fatto che questo genere di materiale può essere ri-utilizzato senza bisogno di
particolare pulizia e trasportato con costi relativamente bassi (a volte addirittura nulli) – a
differenza di quello che succede con i cartoni delle bevande, ad esempio.
Per finire, si è visto che riciclando due volte il materiale, si riesce a dimezzare i risultati
dell’indagine, mentre riciclando quattro volte, tali valori si riducono ad un quarto.
Confronto tra scenari: EPS vs Amido
Ci sono differenze molto nette tra i diversi scenari degli imballaggi in merito ai loro effetti
ambientali. Un aspetto molto importante da sottolineare consiste nel fatto che non emergono
particolari vantaggi dall’utilizzo di imballaggi ricavati da amido, piuttosto che da polistirene.
Le modalità concrete di produzione del materiale, così come lo smaltimento dei rifiuti sono
aspetti estremamente importanti sotto il profilo dell’impatto ecologico: per quanto riguarda la
fase di smaltimento, un fattore decisivo è quello che riguarda (ad esempio) l’energia
recuperabile tramite l’utilizzo termico dell’imballaggio usato.
Di conseguenza, non è l’origine delle materie prime a rivestire il ruolo principale sotto il
profilo ambientale all’interno dei vari scenari, bensì la tipologia dei processi a cui gli
imballaggi vanno incontro lungo l’intero arco della loro vita. Esistono, ovviamente, scenari
molto buoni sia per gli imballaggi ricavati da mais che per gli analoghi basati sull’impiego di
polistirene, così come è possibile prevedere degli scenari altrettanto sfavorevoli da ambo le
parti. Le variazioni che intercorrono tra scenari basati sulla stessa tipologia di materia prima,
sono analoghe a quelle che intercorrono tra la totalità degli scenari presi in considerazione.
Indipendentemente dal materiale di partenza, quindi, esistono notevoli potenziali di
ottimizzazione: gli scenari legati all’amido potrebbero funzionare bene quanto i migliori tra
quelli basati sull’EPS, a patto che l’imballaggio venga riciclato termicamente.
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La bio-degradabilità è un vantaggio?
La bio-degradabilità degli imballaggi basati sull’amido non è una proprietà del materiale
necessaria affinché il prodotto possa svolgere la propria funzione: al contrario, questo aspetto
deve essere valutato nell’area relativa allo smaltimento dei rifiuti. Questa proprietà, infatti, ha
un effetto positivo, solo nel caso in cui l’imballaggio venga fermentato (microbiologicamente) fino ad ottenere bio-gas, il quale può essere successivamente destinato alla
produzione di energia con alta efficienza. Una valida alternativa è quella del compostaggio, la
quale dipende a sua volta dalla bio-degradabilità: ad un esame attento, tuttavia, questa scelta
si rivela sfavorevole rispetto all’utilizzo termico. I risultati indicano chiaramente che la biodegradabilità di per sé non è un criterio sufficiente per poter affermare che un materiale o un
prodotto siano sostenibili o compatibili sotto il profilo ambientale. Al contrario, risultano
cruciali le modalità concrete di smaltimento del prodotto dopo l’uso, nonché gli effetti che la
bio-degradabilità possiede nei confronti della sostenibilità ecologica del prodotto stesso.
Queste conclusioni, tuttavia, potrebbero rivelarsi completamente errate, qualora la biodegradabilità dovesse essere una proprietà essenziale del prodotto. Alla luce di questi risultati,
gli autori si interrogano sulla convenienza o meno di sviluppare plastiche a partire da
materiali grezzi rinnovabili, che non siano bio-degradabili, bensì a lunga durata: questo
genere di plastiche potrebbe essere ri-utilizzato diverse volte e, solo alla fine, riciclato per
produrre energia.
Würdinger, E., Roth, U., Wegener, A., 2000. Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen:
Vergleichende Ökobilanz für Loose-fill-Packmittel aus Stärke bzw. Polystyrol.
DBU-Az. 04763.
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