gli indicatori della sostenibilità, un manuale - Agenda 21

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gli indicatori
della sostenibilità
UN manuale
SUSTAINABILITY
INDICATORS
A HANDBOOK
DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE E DEI BIOSISTEMI
indice
introduction
ecological footprint
emergy analysis
greenhouse gas inventory
natural capital accounting
life cycle analysis
exergy analysis
environmental certification
glossary
useful equivalents
ARCA studies
introduzione
impronta ecologica
analisi emergetica
bilancio di CO 2
capitale naturale
life cycle analysis
analisi exergetica
certificazione ambientale
glossario
relazioni utili
le ricerche di ARCA
3
introduzione
Non esistono
venti favorevoli
per chi non sa
dove andare
(Seneca)
Questo manuale descrive i principali indicatori e/o indici di sostenibilità messi a punto in questi ultimi anni in Europa e negli Stati
Uniti d'America, per affrontare in
termini scientifici i problemi relativi allo sviluppo sostenibile e alle
analisi di sostenibilità.
Si tratta di diverse famiglie di
indicatori che sono in grado di dare
risposte diverse sia per quanto riguarda il tipo di analisi (a), sia per
quanto riguarda i sistemi a cui possono essere applicati (b). In particolare:
a) si tratta di indicatori di tipo
energetico, ecologico, eco-economico, termodinamico e relativi ad
analisi del territorio, di eco-sistemi,
di produzioni agricole (agro-alimentari, agro-forestali), di produzioni industriali, del ciclo dei rifiuti,
dei cicli bio-geo-chimici globali
(clima, acqua ecc.);
b) i sistemi che possono essere
studiati, con la vasta gamma di indicatori presentati in questo manuale, vanno dalla singola fattoria
agricola alla dimensione regionale,
dalla città al territorio di un'intera
provincia, da una produzione industriale all'attività turistica. Sono indicatori sia di processo che di prodotto e forniscono la base scientifica indispensabile per la successiva
certificazione ambientale di un Co5
introduzione
mune, di una Provincia, di una produzione industriale, di un prodotto
agro-alimentare ecc.
A R C A e il Diparti mento di
Scienze e Tecnologie Chimiche e
dei Biosistemi dell'Università di
Siena hanno, unici in Italia, il
know-how complessivo su tutti i
modelli relativi agli indicatori descritti in questo manuale e una vasta esperienza relativa a studi svolti in diverse città, province e regioni italiane; nonché l'esperienza acquisita in varii progetti della Comunità Europea e internazionali. In
particolare i professori Claudio
Rossi e Enzo Tiezzi sono stati, negli
ultimi dieci anni, coordinatori di
progetti che hanno coinvolto sia
nazioni della Comunità Europea sia
nazioni Americane.
Il know-how è stato acquisito
dal gruppo di ricerca in oltre 10
anni di intenso lavoro caratterizzato dal continuo e fertile scambio
con gruppi di ricerca internazionali.
Molti dei componenti di ARCA e
del dipartimento hanno trascorso
periodi variabili da 6 mesi a 1 anno
all'estero portando in Italia le conoscenze relative ai modelli e alle
applicazioni degli indicatori in oggetto. In particolare le Università e
i Centri internazionali con cui è avvenuto tale scambio sono:
6
– Università del Maryland, USA,
Proff. Robert Costanza e Herman
Daly;
– Università del Tennessee, USA,
Prof. Thomas Hallam;
– Università di Copenaghen, Danimarca, Prof. Sven Jørgensen;
– Università di Bruxelles, Belgio,
Prof. Ilya Prigogine, premio Nobel;
– Università di Berlino, Germania,
Prof. Christian Leipert;
– Università della Florida, USA, Prof.
Howard Odum;
– Università di Buenos Aires, Argentina, Prof. ssa Graciela Canziani.
Molti dei suddetti scienziati, di
riconosciuto livello internazionale,
fanno parte del Comitato Scientifico di A R C A. Robert Costanza e
Sven Jørgensen sono direttori delle
due principali riviste scientifiche
internazionali del settore: Ecologi cal Economics e Ecological Model ling, rispettivamente.
La finalità delle analisi da condurre sulla base degli indicatori descritti in questo manuale è quella
di fornire ad Amministrazioni Pubbliche o a Imprese private gli strumenti per costruire uno sviluppo
sostenibile. Del resto le esperienze
del nostro gruppo vanno dall'analisi dei rifiuti del Comune di Modena
allo studio dell'intera Provincia
modenese, dall'analisi di sostenibi-
introduzione
lità della Regione Piemonte alla
costruzione di mappe territoriali di
sostenibilità (vere e proprie “TAC”
ambientali del territorio) per tutte
le province della Regione piemontese, dall'analisi emergetica della
provincia di Viterbo allo studio dei
vini Barbera d'Asti e Brunello di
Montalcino, dallo studio sul comparto ceramico di Sassuolo a quello
sulle ciliege di Vignola.
Il libro di riferimento è: Che co s'è lo sviluppo sostenibile? di Enzo
Tiezzi e Nadia Marchettini, editore
Donzelli (Roma, 1999).
Oltre al bilancio della CO2 in relazione al protocollo di Kyoto, lo
scopo di tali studi è anche mirato a
mettere a punto l'uso razionale
delle energie e delle risorse, ai fini
di costruire, con lo sviluppo, la
massima possibile "occupazione
sostenibile" all'interno del sistema
studiato.
È importante, infine, sottolineare i due seguenti punti:
a) nessuno degli indicatori qui
descritti è esaustivo di per sè; spesso un'analisi integrata con l'uso di
set di indicatori diversi permette risposte più adeguate e puntuali ai
problemi da risolvere e porta, quindi, a indicazioni più precise e praticamente più utili per i "decision
makers";
b) spesso la modellistica relativa
agli indicatori in oggetto è difficile
e complessa; ARCA e il dipartimento si impegnano a rendere di
facile lettura e comprensione i risultati delle analisi di sostenibilità
e a fornire indici numerici di immediata e semplice applicazione.
D'altra parte la sfida relativa alla gestione dello sviluppo sostenibile è una sfida di grande complessità e la complessità va governata
con la complessità.
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impronta ecologica
L’impronta ecologica (o ecologi cal footprint) è un indicatore recentemente introdotto per fornire
nuovi riferimenti quantitativi al
concetto di sviluppo sostenibile.
Questa metodologia di contabilità delle risorse ambientali è stata
messa a punto da William Rees
(ecologo della British Columbia
University di Vancouver, Canada) in
collaborazione con Mathis Wackernagel (direttore dell'Indicators Pro gram of Redefining Progress a San
Francisco e coordinatore del Center
for Sustainability Studies a l l a
Anahuac University di Xalapa, Messico) a partire dagli anni novanta.
L'impronta ecologica è una misura della superficie degli ecosistemi ecologici produttivi (foreste,
terre agricole, pascoli, bacini idrici,
ecc.) necessari per sostenere a lungo termine le attività economiche e
sociali di un individuo, di una particolare comunità, di un paese, di
una nazione o del mondo intero;
una misura che tiene conto dei
prevalenti sistemi produttivi, delle
tecnologie e dell'organizzazione
sociale. L’impronta ecologica viene
espressa in ettari di superficie ecologicamente produttiva.
In pratica si può affermare che
l'impronta ecologica misura la necessità di capitale naturale di un'economia.
8
impronta ecologica
L'impronta ecologica, come si
può facilmente desumere dal nome
stesso, è la misura del peso che una
data popolazione imprime sulla
Natura, ovvero la quota di carrying
capacity di cui una particolare popolazione si è appropriata. La
carrying capacity esprime la capacità di un sistema di portare, di
sorreggere dinamiche più o meno
intense. Attraverso la sua conoscenza siamo quindi in grado di
quantificare il massimo “c a r i c o ”
che l'uomo può imporre all'ecosfera senza che venga permanentemente incrinata la produttività degli ecosistemi che la compongono.
Il carico umano non è solo funzione della popolazione intesa come
numero di individui, ma dipende in
primo luogo dai consumi pro-capi te che stanno assumendo un peso
via via crescente.
Gli elementi di base su cui si
fonda la metodologia di analisi dell’impronta ecologica sono:
1) flusso di energia e materia
dall'ambiente: qualunque cosa produciamo e/o usiamo, qualunque sia
la tecnologia produttiva adottata,
per poter esplicare le funzioni vitali abbiamo bisogno di un flusso di
energia e di materiali ricavato dall'ambiente;
2) capacità di assorbimento de gli scarti: il processo economico si
basa sull'utilizzo di un flusso di
materia ed energia a bassa entropia e rilascia come risultato finale,
sotto forma di rifiuti ed inquinamento, materia ed energia ad alta
entropia. Si deve quindi disporre di
uno "spazio" di sistema ecologico
sufficiente a riassorbire gli scarti
generati durante il ciclo di produzione, durante l'utilizzo e al termine della vita dei prodotti;
3) occupazione spaziale: p e r
tutti gli insediamenti, le infrastrutture e gli impianti dobbiamo occupare degli spazi, riducendo così la
superficie degli ecosistemi produttivi disponibile.
L'analisi dell'impronta ecologica
rilegge il bilancio ecologico locale,
regionale o globale ribaltando l'approccio tradizionale alla definizione
della sostenibilità: il modello dell'impronta ecologica misura la superficie di territorio richiesta da
ogni persona (o popolazione) anziché definire la popolazione che potrebbe essere sostenuta per unità
di territorio.
Alla luce delle considerazioni riportate, l'impronta ecologica di
una data popolazione può essere
intesa come la quantità di territorio, acquatico o terrestre, ecologicamente produttivo nelle diverse
categorie (distinte in terreni agricoli, pascoli, foreste, superfici edifi9
impronta ecologica
cate, ecc.) che è necessaria per:
a) fornire tutte le risorse di
energia e materia consumate;
b) assorbire tutti gli scarti di
quella popolazione.
L'analisi dell'impronta ecologica, così come è stata definita, ci
consente di stimare l'eventuale so vraccarico globale e il deficit ecolo gico di qualsiasi regione o Paese.
Il sovraccarico globale è la parte
di impronta complessiva dell'umanità che supera la carrying capacity
globale: oltre un certo punto, la
crescita materiale dell'economia
mondiale può essere ottenuta solo
attraverso l'impoverimento del capitale naturale e minando i servizi
naturali vitali da cui noi tutti dipendiamo.
Il deficit ecologico è invece la
misura del sovraccarico locale: stima cioè la differenza tra la capacità ecologica di una data regione
o nazione e la sua effettiva impronta ecologica, svelando così
quanto la specifica regione sia dipendente da capacità produttive
extra-territoriali, attraverso il commercio o l'appropriazione dei flussi
naturali.
Usare la superficie territoriale
come unità di misura significa fare
riferimento alle leggi fondamentali
della fisica, soprattutto alla legge
della conservazione della massa e
10
ai principi della termodinamica. In
particolare ci si riferisce alla seconda legge della termodinamica, secondo la quale un sistema complesso e auto-organizzante (come il
sistema economico) per mantenersi, cioè per superare il proprio decadimento entropico interno, deve
avere una continua immissione di
energia e materia da parte del sistema "ospitante". Da questo punto
di vista, il concetto di superficie
territoriale o ecosistemica è più
adatto a rendere conto del peso
dell'economia umana di quanto
non lo siano i soli flussi di energia,
perché riflette sia le quantità che le
qualità di energia e materia disponibili per le attività umane.
La trattazione relativa a questo
indicatore è ovviamente antropocentrica: serve a renderci coscienti
della sproporzionata appropriazione di risorse e di habitat condotta
dall'uomo a danno di altre specie o
di altre popolazioni umane.
Procedura di calcolo
Il concetto dell'impronta ecologica si basa sull'idea che ad ogni
unità materiale o di energia consumata corrisponda una certa estensione di territorio, appartenente ad
uno o più ecosistemi, che garanti-
impronta ecologica
sce il relativo apporto di risorse per
il consumo e l'assorbimento dei rifiuti. Così, per determinare la superficie totale di territorio necessaria per sostenere un dato modello
di consumo, devono essere calcolate le necessità in termini di uso del
territorio per ogni categoria di consumo significativa.
Poiché non è possibile calcolare
la superficie di territorio necessaria
per la fornitura, la manutenzione e
lo smaltimento di ciascuna delle
decine di migliaia di beni di consumo, il conteggio deve per forza limitarsi alle categorie principali e ai
beni specifici.
Per ricavare il valore dell'impronta ecologica di una determinata popolazione si segue una procedura a step:
1) calcolo del consumo indivi duale medio (C, espresso in kg/per sona) di un particolare bene (B),
sulla base di dati aggregati a livello
territoriale e dividendo il consumo
totale per la popolazione.
2) calcolo della superficie ap propriata pro-capite (SA, ha/perso na) per ciascun bene B, dividendo il
consumo medio annuale di quel
bene C, per la sua produttività o
rendimento medio annuale (P, in
kg/ha):
SAB=CB/PB
3) calcolo dell'impronta ecologica
totale di una persona media (IE ,
espressa in ha di superficie produttiva), sommando la superficie appropriata per gli n beni (B) consumati annualmente:
n
∑SA
IE=
B
B=1
4) calcolo dell'impronta ecologi ca della popolazione in esame (IE p),
moltiplicando IE per la popolazione
totale (T):
IEp=T(IE)
Il numero che si ricava da tale
procedura rappresenta una stima
per difetto della reale appropriazione di spazio produttivo a causa
dell'elevato numero di approssimazioni introdotte e delle semplificazioni delle categorie e dei parametri presi in considerazione.
Anche questo indicatore acquista in significato qualora lo si adoperi come strumento di confronto
nelle analisi comparative, ad esempio se lo si paragona con la superficie realmente disponibile nella regione che ospita una determinata
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impronta ecologica
NAZIONE
IMPRONTA
ECOLOGICA
BIOCAPACITÀ
DEFICIT
ECOLOGICO*
(ha/persona)
(ha/persona)
(ha/persona)
Australia
9,0
14,0
5,0
Canada
7,7
9,6
1,9
Italia
4,2
1,3
-2,9
Perù
1,6
7,7
6,1
Svizzera
5,0
1,8
-3,2
USA
10,3
6,7
-3,6
Mondo
2,8
2,1
-0,7
tabella 1: Impronta Ecologica di alcune nazioni con relativa biocapacità e
deficit ecologico (*se negativo).
popolazione o con le ipotetiche impronte ecologiche che potrebbero
risultare da cambiamenti nel suo
stile di vita.
Dall'inizio del secolo lo spazio
ecologico disponibile pro-capite,
secondo le stime degli autori citati
in bibliografia, è diminuito da 5-6
ha a solo 1,5 ha. Nello stesso tempo, aumentando il benessere generale, l'impronta ecologica in alcuni
paesi industrializzati ha superato i
4 ha. Questi opposti trend illustrano il conflitto e la sfida per la sostenibilità che l'umanità deve affrontare: l'impronta ecologica di un
cittadino medio nei paesi ricchi è
da 2 a 3 volte più grande della sua
"legittima" fetta di terra.
A titolo d'esempio presentiamo
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una tabella relativa all'impronta
ecologica di alcune nazioni e una
mappa che indica il deficit ecologico e l'impronta ecologica dell'Italia.
ARCA propone di usare questa
metodologia per calcolare l'impronta ecologica di un Comune o di
una Provincia, con lo scopo di vedere se la superficie del territorio
considerato è in condizioni o meno
di far fronte ai bisogni della popolazione residente e delle relative
attività produttive.
Non potendo essere individuati
tutti i consumi analiticamente,
l'impronta ecologica offre un risultato orientativo, anche se molto
immediato e comprensibile. Serve,
comunque, ad individuare eventua-
impronta ecologica
li deficit e a tenere la situazione
sotto controllo. Abbinato con gli
altri strumenti proposti nel manuale consente di aggiungere una diagnosi complementare, di alto profilo biologico.
In conclusione l'impronta ecologica, ponendo il concetto di sostenibilità in termini semplici e concreti,
ci consente di delineare uno scenario intuitivo dei requisiti fondamentali della sostenibilità ecologica.
Bibliografia
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4. M. WACKERNAGEL et AL., Ecological
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1. M. WACKERNAGEL, W. R EES, L'im pronta Ecologica, Edizione Ambiente, 1996. Prefazione a cura
di Gianfranco Bologna.
13
analisi emergetica
A differenza delle analisi energetiche ed economiche classiche
che tengono conto solo delle voci
quantificabili su base energetica o
monetaria, trascurando così la
maggior parte degli inputs forniti
gratuitamente dall'ambiente, l'analisi emergetica (emergy analysis)
è una metodologia termodinamica
introdotta negli anni '80 da H.T.
Odum (Facoltà di Ingegneria Ambientale dell'Università della Florida, USA), capace di considerare sia
gli aspetti economici che ambientali di un certo sistema, uniformandone tutti gli input, i flussi e
gli output, al comune denominatore dell’energia solare: l'energia primaria che muove tutti i processi
che si verificano all'interno della
biosfera.
Questo è un fattore di primaria
importanza, perché, anche se sul
mercato è riconosciuto solo il valore monetario, l'economia si basa
anche su notevoli quantità di risorse fornite dall'ambiente, delle quali
è indispensabile tenere conto, attribuendo loro un valore, per progettare e mettere in atto un piano
di sfruttamento sostenibile nel
lungo periodo.
Per riportare i prodotti ed i servizi ambientali ed economici nelle
dimensioni dell'unità energetica
comune, essi sono valutati in ter14
a
analisi emergetica
mini di energia solare equivalente,
chiamata solar emergy o emergia,
e definita come l'energia solare direttamente o indirettamente necessaria per ottenere un certo bene
o servizio.
Per effettuare la conversione a
energia solare si parte dalla constatazione che esistono diverse
qualità di energia (per esempio, per
ottenere poche unità di un'energia
di alta qualità, come quella elettrica, sono necessarie molte unità di
energia di bassa qualità come il
petrolio) e si utilizza quindi per i
diversi tipi di energia un fattore di
conversione a energia solare chiamato solar transformity, l'energia
solare equivalente necessaria per
ottenere un'unità energetica (Joule) di un certo prodotto.
Mentre l'emergia è una grandezza estensiva, cioè dipendente
dalle dimensioni del sistema, e si
misura in solar emergy joule (sej),
la t r a n s f o r m i t y è una grandezza
intensiva e la sua unità di misura è
il solar emergy joule/Joule (sej/J).
Talvolta, per certi tipi di prodotto o
di flusso più facilmente quantificabili in unità di massa, si può usare
una transformity espressa in sej/g.
L'analisi emergetica si presta
per l'applicazione del primo principio dello sviluppo sostenibile enunciato da Daly, il cosiddetto princi -
pio del rendimento sostenibile, secondo il quale le risorse devono essere consumate ad una velocità tale da permettere alla natura di ripristinarle; essa è infatti in grado
di identificare le linee guida per un
corretto uso delle risorse naturali
compatibile con i loro tempi di for mazione.
L'emergia può essere considerata come una "energy memory", ovvero come una memoria di tutta
l'energia solare necessaria per supportare un certo sistema; più grande quindi risulta essere il flusso
emergetico complessivo necessario
per un processo, maggiore è la
quantità di energia solare che questo "consuma", ovvero maggiore è
il costo ambientale presente e passato necessario a mantenerlo.
La t r a n s f o r m i t y è allo stesso
tempo un indicatore di qualità e di
efficienza: di qualità perché, per
processi con prodotti diversi, tanto
più è alta tanto più il processo è
complesso e il suo prodotto è di
qualità superiore, e di efficienza
perché, per processi analoghi, a
parità di prodotto, tanto più è bassa tanto migliore risulta l'efficienza di produzione.
Distinguendo gli input che afferiscono ad un certo sistema in base
alla diversa natura, ovvero in base
al grado di rinnovabilità e alla pro15
analisi emergetica
venienza, e suddividendo l'emergia
totale che lo supporta in tre diversi
contributi: locale rinnovabile (R),
locale non rinnovabile (N) e importata dal mercato esterno (F), si
possono calcolare tutta una serie
di indicatori di sostenibilità che,
assieme all'emergia e alla transfor m i t y, sono in grado di valutare
l'impatto ambientale del sistema e
di fornire indicazioni su quelle che
sono le direzioni da seguire affinché esso sia sostenibile.
Tra gli indicatori più comunemente utilizzati troviamo il rendimento emergetico (emergy yield
ratio, EYR), dato dall'emergia di un
output di un processo divisa per
l'emergia degli input che derivano
dal sistema economico. Se il valore
di questo rapporto è poco superiore a quello unitario, il sistema restituisce, in termini emergetici, solo quanto gli è stato fornito dall'economia. Questo indice dà quindi
una misura della competitività di
un sistema rispetto a quelli alternativi nel fornire uno stesso prodotto, in quanto è una misura della
capacità del sistema di sfruttare le
risorse fornite gratuitamente dall'ambiente. Maggiore è il suo valore, più efficace è il sistema nello
sfruttare le risorse naturali a parità
di investimento economico
(espresso in termini emergetici).
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La densità di emergia (empower
d e n s i t y ), data dall'emergia per
unità di area, è una misura della
concentrazione spaziale dell'emergia. Un valore elevato di questo indice sarà riscontrato in quelle zone, come i centri urbani o i poli industriali, nei quali l'uso di emergia
è grande rispetto alla superficie a
disposizione. In questi casi l'area
disponibile può diventare un fattore limitante per lo sviluppo. Zone
rurali o meno tecnologicamente
sviluppate presentano, in generale,
un valore più basso di questo indice. Per processi analoghi, per i
quali il livello tecnologico è da
considerarsi equivalente, un valore
maggiore della densità di emergia
corrisponde ad un più elevato
stress ambientale. La densità di
emergia rappresenta anche una
sorta di misura della carrying ca pacity del sistema, che è il carico
massimo sostenibile da parte di un
sistema.
Il rapporto di impatto ambientale (environmental loading ratio,
ELR), è dato dall'emergia degli input provenienti dal sistema economico e da risorse locali non rinnovabili divisa per l'emergia derivante
da risorse locali rinnovabili. Un valore elevato di questo indice riflette un elevato stress ambientale e/o
un elevato livello tecnologico.
analisi emergetica
Questo rapporto cresce, infatti,
quando è usata una maggiore tecnologia o quando sono forniti meno input rinnovabili dall'ambiente.
La figura riassume il calcolo dei
tre indici sopra introdotti per un
generico sistema alimentato da inputs rinnovabili R, non rinnovabili
N, ed economici F.
Oltre a quelli sopra citati possono essere calcolati molti altri indicatori di sostenibilità, e ne possono
essere costruiti di nuovi in relazione alle caratteristiche del sistema
analizzato. Dovendo per esempio
studiare, come è spesso accaduto
negli studi già effettuati dai ricercatori di A R C A, sistemi urbani
come Province o Regioni, è utile
calcolare il rapporto emergia/persona, dato dall'emergia utilizzata
in una certa area divisa per il suo
numero di abitanti. Questa fornisce, infatti, una sorta di misura
dello standard di vita, inteso come
disponibilità di beni e risorse. Un
elevato uso di emergia pro-capite
indica di norma un elevato livello
di sviluppo tecnologico e industriale, ma anche un elevato stress ambientale, qualora non si utilizzino
risorse rinnovabili.
17
analisi emergetica
Ovviamente la possibilità di impiegare sinergicamente indicatori
diversi che si focalizzano su differenti aspetti, si dimostra particolarmente efficace per valutare la
sostenibilità e i risultati dell'analisi
emergetica esplicano ancora meglio tutta la loro potenzialità se il
sistema sotto studio è confrontato
con altri sistemi simili e/o se uno
stesso sistema è monitorato nel
corso degli anni.
L'ampia gamma di indicatori
utilizzabili va inoltre ad allargare il
campo di impiego dell'analisi
emergetica, così che la sua applicazione risulta vastissima sia per la
diversa natura, sia per le diverse
dimensioni dei sistemi che possono
essere studiati, da quelli agricoli a
quelli urbani, da quelli turistici a
quelli industriali o biologici, dai sistemi micro a sistemi di grandi dimensioni, come Comuni, Province o
anche Nazioni.
I ricercatori di ARCA hanno
già realizzato numerosi studi di valutazione della sostenibilità e dell'impatto ambientale di sistemi di
vario tipo utilizzando l'analisi
emergetica e i suoi indicatori. Tra
questi ricordiamo:
- studi di sistemi di produzione
agricola;
- studi di sistemi di produzione industriale;
18
- analisi territoriali su scala comunale, regionale, provinciale ed anche nazionale;
- studi di sistemi di gestione rifiuti;
- analisi dell'attività turistica.
L'utilizzo dell'analisi emergetica
presenta l'enorme vantaggio di poter impiegare una stessa metodologia per lo studio di sistemi anche
assai diversi tra loro e gli indicatori emergetici hanno il grosso pregio
di saper conciliare la facilità di lettura e di interpretazione con una
solida base scientifica, caratteristica, quest'ultima, per lo più estranea alla maggior parte dei metodi
correntemente utilizzati da chi si
occupa di ambiente e sostenibilità.
ARCA propone pertanto, nell'interesse degli utilizzatori, l'impiego dell'approccio emergetico e
degli indicatori emergetici di sostenibilità, perché questi strumenti
consentono di effettuare un'analisi
articolata ed approfondita sull'impatto ambientale dell'attività esaminata, di individuare le linee di
intervento per migliorare la
"performance ambientale" e di monitorare, infine, l'evoluzione temporale del sistema, come richiesto
dalle norme e dai regolamenti vigenti (ISO 14001, ISO 14040,
EMAS, etc.).
I risultati dell'analisi emergetica
analisi emergetica
La provincia di Modena: densità
emergetica (ED) dei distretti
possono essere inoltre utilizzati per
creare specifici marchi di ecocompatibilità/sostenibilità, particolarmente adatti a tutelare e promuovere sul mercato l'attività agricola,
turistica, industriale, etc. e di notevole interesse non solo per il singolo imprenditore, ma anche per le
Associazioni di categoria che possono così orientare e meglio tutelare sul mercato i propri associati.
L'analisi emergetica, in particolare attraverso il rapporto di im-
patto ambientale, permette di costruire delle vere e proprie mappe
di sostenibilità territoriale (che potremmo chiamare "tac" del territorio). La figura sopra mostra una di
queste mappe elaborata dal nostro
gruppo per la provincia di Modena.
In sintesi l'analisi emergetica si
presenta come uno dei più moderni
ed efficaci metodi investigativi per
la valutazione della sostenibilità e
dell'impatto ambientale di sistemi
di varia natura, utilizzabile sia in
19
analisi emergetica
fase di pianificazione che di certificazione, miglioramento o recupero
di sistemi, sempre nell'ottica di
uno sfruttamento sostenibile delle
risorse naturali e di uno sviluppo
economico capace di rispettare la
natura e di integrarsi con il proprio
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20
il bilancio della co2
Come ormai noto a tutti per
la pressante opera divulgativa
dei media, l'attività dell'uomo
sta inquinando oltre al suolo ed
alle acque, anche l'atmosfera:
esistono infatti massicce emissioni di gas che ne mutano la
conformazione e le caratteristiche provocando variazioni climatiche.
La principale responsabile è
l'anidride carbonica che viene
prodotta dalla combustione di
fonti fossili (petrolio e derivati,
gas metano, carbone) il cui effetto è intensificato dalle attività
di deforestazione. I suoi effetti
sono comunque aggravati da altri gas quali il protossido di azoto (N 2O), il metano (CH4), i composti alogenati (CFC-11 e HCFC22), i perfluorocarburi (CF 4) e l'esafluoruro di zolfo (SF6).
La CO2 ha la capacità di assorbire le radiazioni termiche
(infrarosse) riflesse dalla superfice terrestre, impedendone la dispersione nello spazio esterno,
ed è pertanto la principale responsabile di quello che viene
comunemente definito l'effetto
serra, vale a dire il progressivo
riscaldamento dell'atmosfera.
Fin dal secolo scorso famosi
scienziati avevano inquadrato il
problema dell'anidride carbonica,
21
tuttavia, fu solo negli anni '70
che la crescente conoscenza circa il funzionamento del sistema
atmosferico terrestre fece aumentare l'attenzione riservata a
questo ramo dell’indagine scientifica. Nel 1988, per consentire
ai politici ed all'opinione pubblica di avere una migliore comprensione di quanto i ricercatori
avevano scoperto, il Programma
sull'Ambiente delle Nazioni Unite (UNEP) e l'Organizzazione
Meteorologica Mondiale (WMO)
costituirono la Commissione Intergovernativa sui Cambiamenti
Climatici (IPCC). Tale commissione pubblica tuttora rapporti sullo stato delle conoscenze e fornisce linee guida per la trattazione del problema.
Enrico C. Lorenzini dell'Har vard-Smithsonian Center for
Astrophysics, Cambridge, Massachusetts (USA) così descrive gli
scenari del futuro: «la stima più
recente all'aumento futuro della
temperatura media globale alla
superficie, dovuta all'incremento
dei gas da effetto serra, è compresa fra 1 e 4 °C prima della fine del prossimo secolo, ipotizzando (come indicato dal le
proiezioni odierne) che la concentrazione di CO2 dell'atmosfera raddoppi durante lo stesso pe22
riodo di tempo. Il valore medio
più probabile è quindi intorno a
2,5 °C in circa un secolo. Per capire meglio che cosa significhi
un aumento di questa portata
bisogna guardare indietro nel
tempo, alla storia climatica della
Terra. Da studi paleoclimatici si
può determinare che la temperatura media della terra aumentò
di circa 10 °C durante un periodo
di 4000 anni dopo la fine dell'ultima glaciazione che ebbe luogo
14000 anni fa. La massima variazione della temperatura media
della terra, misurata sui tempi
dell'ordine del secolo, dall'ultima
glaciazione in poi, è stata quindi
di circa 0,25 °C al secolo. La variazione predetta per il prossimo
secolo, dovuta all'aumento dell'effetto serra legato alle attività
umane, è quindi 10 volte più
grande dei valori storici».
I dati raccolti dall'IPCC indicano, sulla base delle attuali
tendenze, che entro la metà del
prossimo secolo la concentrazione di biossido di carbonio e degli
altri gas serra sarà doppia rispetto ai valori dell'epoca preindustriale e triplicherà entro il 2100.
Ciò porterà all'aumento da 15 a
95 cm del livello dei mari, allo
spostamento verso i poli delle
attuali fasce climatiche di 150-
CO2
CH4
N2O
CFC-11*
HCFC-22
CF4
SF6
1
21
310
140-11700
6500-9200
23900
concentrazione
pre-industriale
280
ppmv
700
ppbv
275
ppbv
zero
zero
zero
concentrazione
attuale
358
ppmv
1720
ppbv
312
ppbv
268, 110
pptv
72
pptv
3-4
pptv
tempo (in anni) di
persistenza in atmosfera
50-200
12
120
50, 12
50000
3200
contributo globale
in termini di effetto serra
64%
20%
6%
potere climalterante
rispetto alla CO2 (GWP)
10%
Tabella 1. Caratteristiche dei gas climalteranti
*i CFC sono stati banditi dal Protocollo di Montreal del 1987
Riferimento: Climate change 1995, IPCC Gruppo di Lavoro I, p.15, IPCC 1996
550 Km, all'esasperazione di tutti i fenomeni atmosferici, ecc.
con conseguenze facilmente intuibili. Inondazioni, desertificazioni, cataclismi naturali, che
mineranno l'ulteriore progresso
dell'umanità, ammesso che non
mettano in discussione, così come già avviene per numerose
specie vegetali ed animali, la
stessa sopravvivenza umana in
alcune zone della terra.
Di questo problema è stata
presa coscienza a livello internazionale. Nel 1992 le delegazioni
governative di 178 paesi, riunitesi a Rio de Janeiro per la Conferenza delle Nazioni Unite per
l'Ambiente e lo Sviluppo, firmarono le Convenzione sul Clima,
convenzione che prevedeva, per i
paesi industrializzati, l'assestamento delle emissioni di gas serra per il 2000 ai valori del 1990.
Gli impegni presi si sono dimostrati inadeguati e nel dicembre
1997 si è giunti al Protocollo di
Kyoto che prevede, a livello di
ogni nazione, per i 6 settori d'attività individuati come principali
fonti di inquinamento, una riduzione dei "gas serra" e principalmente di CO2 (che pesa sugli effetti complessivi per oltre il 64%,
vedi tabella 1, e per oltre l' 81%
in l'Italia, vedi tabella 2). Il Protocollo di Kyoto rappresenta un documento legalmente vincolante
che impegna i paesi industrializzati a ridurre globalmente le
23
quote % CO2 equivalente
CO2
CH4
N2O
totale
settore energetico
74,6
1,8
2,5
78,8
processi industriali
4,2
0
1;1
5,3
uso di solventi
0,4
0
0
0,4
agricoltura
0
3,3
4,3
7,6
camb. uso suolo e foreste
2,1
0,7
1,2
4,0
rifiuti
0,1
3,8
0
3,9
totale
81,3
9,6
9,1
100
Tabella 2. Emissioni di CO2 equivalente in Italia - Ripartizione per fonte e per gas
Riferimento: Seconda Comunicazione Nazionale, 1995
emissioni di gas serra per il 20082012 di un valore pari a circa il
5,2% rispetto al 1990, valore da
pesare in base alle responsabilità
specifiche di ogni paese.
Dal momento che l'anidride
carbonica ha un alto tempo di
permanenza in atmosfera (50200 anni) e si riduce soltanto per
l'assorbimento da parte della vegetazione, è chiaro che l'obiettivo di progressivo riequilibrio si
realizza soltanto attraverso la
convenuta riduzione delle emissioni. Ma, segmentando la rilevazione, è altrettanto chiaro che
alcune zone a più alta densità di
insediamento umano e industriale saranno chiamate ad effettuare un maggior sforzo di
24
contenimento.
Scendendo dal globale al particolare è quindi importante eseguire un accurato bilancio della
CO2 anche per programmare una
tendenziale equità delle azioni di
riequilibrio, che non saranno affatto indolori.
Effettuare un bilancio della
CO2 consiste nel quantificare le
emissioni antropogeniche di anidride carbonica e degli altri gas
climalteranti, valutate rispetto
alla capacità dell'ambiente di assorbirle. Per fare questo è necessario monitorare e schematizzare
le "sorgenti" di emissioni di CO2
(dirette ed indirette) e degli altri
gas climalteranti e i "serbatoi",
le strutture cioè in grado di as-
SORGENTI/SERBATOI
emissione CO2 equivalenti
unita'
energia elettrica
+ 2,03E+05
t
combustione di metano
+ 2,19E+05
t
combustione di GPL
+ 6,64E+04
t
combustione di benzina
+ 3,34E+05
t
combustione di gasolio
+ 3,88E+05
t
combustione di olio comb.
+ 8,12E+05
t
combustione di lubrificanti
+ 8,43E+05
t
attivita' zootecniche
+ 1,68E+05
t
aree verdi
- 2,56E+05
t
TOTALE
+ 1,21E+06 T CO2 eq. ovvero 4,16 t CO2 eq./abitante
Tabella 3. Bilancio Serra della Provincia di Viterbo
sorbire e immagazzinare l'anidride carbonica. In genere i gas a
effetto serra maggiormente diffusi in un territorio sono CO 2,
N2O, CH 4 e vapor d'acqua. Gli altri, quali i composti alogenati
precedentemente citati, raramente vengono considerati, in
quanto, a meno che non siano
presenti specifiche produzioni
industriali che ne aumentano la
concentrazione, essi non apportano un contributo significativo
ai fini del calcolo. L'analisi viene
effettuata su dati raccolti nel
corso di un anno per evitare che
variazioni climatiche e stagionali
possano alterare l'esattezza dei
risultati.
ARCA e il Dipartimento di
Scienze e Tecnologie Chimiche e
dei Biosistemi dell'Università di
Siena hanno già effettuato il bilancio serra di diversi sistemi
territoriali quali la provincia di
Viterbo (Tabella 3) e il comune di
Torino.
Il gas serra più importante è
chiaramente la CO2, le cui emissioni sono principalmente collegate allo sfruttamento di fonti
fossili utilizzate per far fronte
alla domanda energetica. Il settore energetico viene suddiviso
in emissioni dirette, date dalla
combustione di metano, olii
combustibili, GPL, benzine e gasolio, e emissioni indirette date
dal consumo di elettricità.
La produzione di energia elet25
trica in Italia è quasi completamente dovuta all'utilizzo di risorse combustibili non rinnovabili, il contributo dato dalle
"energie pulite" è limitato al
7,4% su scala nazionale. È comunque necessario verificare se
nel territorio in analisi siano presenti produzioni rinnovabili di
energia. Tenuto conto di questo
fattore, il consumo locale di
elettricità viene tramutato in
tonnellate di CO2 grazie ad opportuni fattori di conversione,
che tengono conto delle modalità di produzione della corrente
elettrica. Metano, olii combustibili, GPL, benzine e gasolio vengono inoltre utilizzati direttamente nei settori civile, industriale e agricolo. Queste emissioni di CO2 si calcolano in base
allo specifico processo di combustione di ogni singolo elemento.
Alcuni gas, se rilasciati direttamente in atmosfera, contribuiscono a loro volta all'effetto serra (tabella 1). Per valutare il loro
specifico contributo al bilancio
finale è necessario, una volta riscontratane la presenza nel territorio in analisi, quantificarne il
rilascio e quindi convertirlo in
CO2 equivalenti. Questa operazione è necessaria per poter confrontare tra loro tutti i dati rica26
vati.
Successivamente si calcola la
capacità del territorio di assorbire CO 2. Le aree verdi, ed in particolare le aree boschive, grazie
alla fotosintesi clorofilliana, sono
in grado di fissare l'anidride carbonica atmosferica producendo
biomassa. Verificando la distribuzione di tali aree, il tipo di vegetazione e il suo stadio di sviluppo si riesce a quantificare
l'ammontare di carbonio assimilato e quindi sottratto all'atmosfera.
La differenza tra il totale della CO2 (e CO 2 equivalente) emessa dalle sorgenti e quella assorbita dai serbatoi, fornisce il bilancio globale dei flussi di CO2
nel sistema sotto studio.
In Italia il secondo rapporto
dell'IPCC prevede, secondo le attuali tendenze, la scomparsa nei
prossimi cento anni del 95% dei
ghiacciai alpini attualmente esistenti, l'estendersi di zone aride
soprattutto al sud e isole (fenomeno che già si sta verificando)
e l'aumento del livello del mare
(tra i 5 e i 29 cm) che avrà conseguenze preoccupanti data la
conformazione del paese. Diviene evidente l'importanza dell'impegno assunto dall'Italia firmando il protocollo di Kyoto. L'Italia
Azioni nazionali per la riduzione
tonnellate di CO2 (milioni)
delle emissioni dei gas serra
riduzione delle emissioni nei settori non energetici
-15/19
assorbimento delle emissioni di carbonio dalle foreste
-0,7
aumento di efficienza del sistema elettrico
-20/23
produzione di energia da fonti rinnovabili
-18/20
riduzione dei consumi energetici nei
settori industriale/abitativo/terziario
-24/29
riduzione dei consumi energetici
nel settore dei trasporti
-18/21
Totale
-95/112
Tabella 4. Ripartizione e azioni nazionali di riduzione dei gas serra.
deve ridurre le emissioni del
6,5% rispetto al 1990 per un totale che si stima essere intorno a
100 milioni di tonnellate di CO2
equivalenti. Nonostante il protocollo non sia stato ancora ratificato l'Italia si sta già muovendo
per delineare i provvedimenti necessari a rispettare l'impegno di
Kyoto.
Si individuano sei azioni a livello nazionale e per ogni azione
sono individuati gli obiettivi di
riduzione da raggiungere entro il
2008-2012 ripartiti come nella
Tabella 4.
Il ministero dell'ambiente e la
FIAT hanno istituito un protocollo d'intesa con il quale la casa
automobilistica si è impegnata a
ridurre i consumi specifici dei
propri veicoli venduti. Un decisivo apporto a dimostrare l'impegno preso dal governo italiano è
stato l'inserimento nella finanziaria del 1999 della carbon tax
(strumento fiscale che impone
un tributo sulle emissioni di CO2)
i cui proventi si spera vengano
utilizzati per favorire il rimboschimento, quanto meno in virtù
del fatto che le aree verdi sono
l'unico "capitale naturale" in
grado di diminuire la CO 2 rilasciata in atmosfera. Il fatto che
l'Italia abbia aggiunto il proprio
peso a quello dei cinque paesi
nordici (Svezia, Norvegia, Olanda, Danimarca e Finlandia) che
avevano già adottato questo
27
strumento, sia pure in forme
parziali, è destinato a riaprire il
tema della carbon tax a livello
europeo.
Da tutto quanto detto sopra,
emerge evidente l'importanza del
bilancio della CO2 per comprensori territoriali quali comuni,
provincie e regioni, ma anche per
i vari operatori economici che
producono emissioni di gas serra,
così come testimonia il protocollo FIAT. Parimenti interessate appaiono le industrie produttrici di
energia elettrica, le aziende di
trasporti (è utile citare a questo
proposito il Protocollo d'Intesa
sottoscritto tra il Ministero dell'Ambiente e la Federtrasporti) e
le società petrolifere, che saranno chiamate a ridurre le proprie
emissioni inquinanti, all'inizio,
presumibilmente, con incentivi e
moral suasion e poi con provvedimenti legislativi penalizzanti,
adottati nell'interesse dell'intero
genere umano.
Già diverse province italiane e
estere hanno utilizzato il bilancio della CO 2 come strumento
per quantificare gli impegni che
spettano loro per rientrare nei limiti dettati dal Protocollo di
Kyoto, anticipando i provvedimenti che verranno imposti su
scala nazionale.
28
Se poi l'impegno di Kyoto non
risulterà, come pare, sufficiente,
dovrà ess ere individuato un
obiettivo di riduzione più avanzato: è chiaro allora quanto sia
necessario controllare su base
annua l'andamento dei gas climalteranti.
ARCA propone l'utilizzo di
questo strumento per monitorare
i contributi che i sistemi portano
all'effetto serra globale, opportunamente calcolati rispetto al
1990 (anno di riferimento di
Kyoto), al fine di poter valutare e
distinguere i diversi settori responsabili. Il bilancio della CO2,
se associato a studi con altri indicatori, fornisce poi informazioni supplementari per una analisi
completa della sostenibilità di un
territorio.
bibliografia
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UNEP e WHO, IPCC Second Asses sment Report, 1995.
E. TIEZZI, Fermare il tempo, Raffaello
Cortina Editore, 1996.
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Pubblicazione del Ministero dell'Ambiente, 1998.
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Programma delle Nazioni Unite
per l'Ambiente (UNEP), 1999.
N. MARCHETTINI, C. MOCENNI, V. NICCOL U C C I e E. T I E Z Z I , C o r r e l a t i o n
between Greenhouse Effect and
Exceptionally High Tides in Veni ce, in: “Annals of the New York
Academy of Sciences”, Vol 879,
1999.
29
introduzione
il capitale naturale
La valutazione del capitale
naturale, cioè la stima di quanto
la natura contribuisce alla produzione di benessere per l'uomo,
è uno dei metodi di contabilizzazione ambientale più innovativi
in campo scientifico e si presta
particolarmente bene per definire una politica di sviluppo sostenibile.
In generale, per capitale si intende una quantità di materia o
di informazione contenuta nella
materia stessa in un dato istante. Esistono varie forme fisiche di
capitale: il capitale naturale (ad
es. gli alberi, i minerali, gli ecosistemi, l'atmosfera, ecc.), il capitale prodotto dall'uomo (ad es. le
macchine, i palazzi, ecc.) e il capitale umano rappresentato dai
corpi fisici (ad es. le persone).
Ogni forma di capitale genera, autonomamente o congiuntamente ad altri tipi di capitale,
un flusso di servizi, che l'uomo
utilizza per aumentare il proprio
benessere.
L'uomo si avvale dei flussi di
materia, energia ed informazione, immagazzinati nel capitale
naturale e, combinandoli con le
altre forme di capitale (quello
prodotto dall'uomo e quello
umano), produce ricchezza per
se stesso.
30
Pertanto, il capitale naturale
è essenziale per il benessere
umano e non può in alcun modo
essere sostituito dalle altre forme di capitale esistenti; inoltre il
capitale prodotto dall'uomo ed il
capitale umano necessitano del
capitale naturale per sussistere.
Per uno sviluppo sostenibile è
fondamentale, non tanto che il
capitale totale (ovvero l'insieme
dei capitali prima citati) sia
mantenuto costante (definizione
di sostenibilità debole) ma, soprattutto, che le singole forme di
capitale siano mantenute costanti, in quanto non sostituibili
tra di loro (definizione di sostenibilità forte).
Negli ultimi anni sono stati
scritti su prestigiose rivis te
scientifiche internazionali diversi
articoli in materia di sostenibilità
e sull'importanza del capitale
naturale, ma probabilmente lo
studio più importante è stato
pubblicato su "Nature" nel maggio 1997. Primo firmatario dell'articolo è il professor Robert
Costanza dell'Università del
Maryland, uno dei padri fondatori della teoria dello sviluppo
sostenibile. Il lavoro, ricco di dati, tabelle e referenze bibliografiche, pone in luce una cosa già
nota agli addetti ai lavori, cioè la
prevalenza, anche in termini
economici, del valore dell'ambiente rispetto al prodotto globale lordo.
Questo studio, inoltre, fornisce un contributo essenziale per:
- definire quali sono i servizi più
importanti degli ecosistemi;
- stabilire in prima approssimazione l'ordine di grandezza complessivo dei servizi degli ecosistemi;
- costruire una base teorica per
ulteriori analisi;
- definire le aree e gli ecosistemi
che necessitano di maggiore approfondimento;
- stimolare la ricerca futura e il
dibattito.
I servizi che i sistemi ecologici offrono all'uomo e il capitale
naturale che li produce contribuiscono al benessere umano, sia
direttamente che indirettamente,
e rappresentano parte del valore
economico totale del Pianeta.
Per l'intera biosfera, il valore con
cui l'ambiente contribuisce al
benessere dell'umanità è stimato
tra 16 e 54 trilioni (1012) di dollari USA all'anno, con una media
di 33 trilioni di dollari. Il prodotto globale lordo totale (PNL: prodotto nazionale lordo o GNP:
global gross national product) è
invece stimato in circa 18 trilioni
31
di dollari all'anno. Tutto questo
sapendo che la maggior parte dei
servizi degli ecosistemi è rappresentato da beni estranei a logiche di mercato, come ad es. il
valore estetico e affettivo del
paesaggio.
La stima proposta deve essere
considerata un valore minimo,
probabilmente destinato ad aumentare con ulteriori ricerche, se
si considerano alcuni valori prudenziali assunti nei casi di maggiore incertezza. Inoltre, dal momento che il capitale naturale e i
servizi degli ecosistemi divente32
ranno sempre più scarsi in futuro, il loro valore è destinato a
crescere.
La valutazione del capitale
naturale può essere realizzata sia
su scala globale che su scala locale. Il metodo di calcolo richiede la suddivisione del sistema da
analizzare nei vari ecosistemi
che lo costituiscono e l'individuazione dei principali servizi
che questi forniscono. La natura
offre senza sosta all'uomo i suoi
servizi, quali ad es. la regolazione del clima, la formazione di
suolo, l'impollinazione, il riciclo
dei nutrienti, ecc., che comunemente non vengono contabilizzati fra i beni che contribuiscono
al benessere dell'uomo. L'offerta
di questi servizi è costantemente
garantita dalla natura e prescinde dalla domanda.
Si costruisce poi una matrice
(matrice di calcolo dei servizi) in
cui, lungo le colonne, sono riportati i valori di un singolo servizio
per i differenti ecosistemi presi
in considerazione, in modo che
lungo una riga siano rilevabili i
valori dei differenti servizi appartenenti ad uno stesso ecosistema (Figura 1).
Il valore complessivo del capitale naturale è dato dalla somma
dei valori su tutte le righe e su
tutte le colonne.
I metodi di calcolo di un singolo servizio dell'ecosistema sono svariati e si differenziano a
seconda del servizio considerato.
Generalmente viene considerato
o il valore di mercato, o il prezzo,
o il ricavo netto. Altrimenti, il
valore del servizio dell'ecosistema può essere stimato considerando la disponibilità degli individui a pagare per quel determinato servizio (willingness-to-pay,
WTP).
Ad esempio: se l'ecosistema
fornisce un servizio quale la purificazione delle acque attraverso
la filtrazione e lo scorrimento tra
le rocce, i beneficiari del servizio
saranno disposti a pagare per
questo fino al costo, ad esempio,
di un depuratore.
Se l'ecosistema fornisce un
servizio quale la fissazione dell'azoto tramite microrganismi, i
beneficiari del servizio saranno
disposti a pagare per questo fino
al costo, ad esempio, della pratica del "sovescio" (cioè l'utilizzo
delle leguminose per concimare
il terreno).
Il calcolo del capitale naturale
consente:
- di aiutare a modificare i sistemi di valutazione economica, per
meglio tener conto del valore dei
servizi degli ecosistemi e del capitale naturale, proprio perché
non cresce il benessere, al crescere del solo GNP;
- di valutare meglio i benefici di
specifici progetti o interventi, in
quanto, essendo i servizi degli
ecosistemi fuori dal mercato, essi vengono spesso ignorati o sottovalutati, portando ad errori
nella valutazione dei costi sociali ed economici che, spesso, rischiano di essere superiori ai benefici indotti.
33
Va detto che diverse obiezioni
sono state mosse in questi ultimi
anni sulla necessità di calcolare
il valore del capitale naturale.
Alcuni, infatti, sostengono
che sia impossibile valutare il
valore degli ecosistemi, poiché
non si possono valutare cose intangibili quali la vita umana, la
bellezza ambientale o i benefici
ecologici a lungo termine. Ma, in
realtà, noi facciamo bilanci di
questo tipo ogni giorno quando,
ad esempio, vogliamo costruire
strade più sicure nonostante i
costi più elevati.
Altri, invece, sostengono che
bisognerebbe proteggere gli ecosistemi per pure ragioni etiche o
estetiche, a prescindere dal loro
valore. Ci sono però argomenti
morali ugualmente stringenti,
che ci spingono a sfruttare gli
ecosistemi anziché a proteggerli.
Il limite principale del processo di calcolo del capitale naturale va individuato nel fatto che,
inevitabilmente, viene realizzata
una fotografia statica di quello
che è invece un complesso sistema dinamico.
In conclusione, quindi, per
perseguire la strada dello sviluppo sostenibile è fondamentale
considerare sia argomenti economici, primo fra tutti la valuta34
zione del capitale naturale, che
argomenti etici e, in particolare,
è importante valutare come
cambiamenti qualitativi e quantitativi dei servizi degli ecosistemi possano modificare i costi e i
benefici associati alle attività
umane.
ARCA si propone di utilizzare questa metodologia di analisi
al fine di determinare, a livello
territoriale, il contributo dei beni
e dei servizi che la natura offre
quotidianamente per mantenere
e migliorare il benessere di ogni
singolo cittadino.
In ultima analisi, proprio perché siamo soliti interpretare ogni
evento in termini economici, si
tratta di un indicatore molto immediato che, se reiterato nel
tempo e rapportato alla quantità
dei beni utilizzati ed all'evoluzione dei costumi, permette di individuare le azioni che realizzano
reali vantaggi per l’uomo e per la
natura e non solo ingannevoli
profitti momentanei.
Bibliografia
H.E. DALY. Toward some operational
principles of sustainable deve R. COSTANZA (a cura di), Ecological
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world ecosystem services and
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G. DAILY (ED.). Nature's Services So cietal Dependence on Natural
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H.E. DALY. Beyond Growth: Avoiding
Uneconomic Growth, ISEE Conference, Santiago, 1988.
f
35
life cicle analysis
Uno strumento che permette
di misurare in modo sistematico
gli effetti dell'attività umana
sull'ambiente è la cosiddetta
Analisi del Ciclo di Vita del Prodotto (oppure di un processo o di
un’attività) o life cicle analysis
(LCA), mediante la quale si studiano gli impatti ambientali di
un intero ciclo produttivo, dall'uso di materia ed energia, fino al
consumo e alla gestione dei rifiuti generati da esso. Questa
metodologia permette una diagnosi ambientale di tutta la storia di un prodotto, un ciclo cosiddetto "dalla culla alla tomba",
vale a dire dalla sua nascita fino
all'esaurimento delle sue funzioni e dei suoi effetti.
La LCA è una diretta discendente degli studi di configurazione globale e di audit energetici degli ultimi anni '60 e primi
anni '70 e rappresenta, come naturale estensione, la base per gli
schemi di eco-labelling richiesti
per i prodotti dalle imprese produttrici, per i quali il mercato si
fa sempre più esigente.
La metodologia LCA, conosciuta anche con altre denominazioni come Cradle to Grave
Analysis, Eco-balancing o Mate rial Flow Analysis, si articola nelle seguenti fasi:
36
-Determinazione degli scopi e
dei limiti dello studio
- Raccolta dei dati riguardanti le
varie fasi del ciclo di vita (Life
Cycle Inventory)
- Elaborazione dei dati e valutazione degli impatti ambientali
(Life Cycle Assessment).
- Interpretazione dei risultati (Life Cycle Interpretation)
La fase della determinazione
degli scopi dell'analisi riguarda
gli obiettivi che si vogliono raggiungere. Essi consistono, come
già si è accennato in precedenza,
nel valutare le prestazioni ambientali ed energetiche di un
prodotto, individuando le fasi più
critiche dal punto di vista ecologico, sulle quali operare dei
cambiamenti; nel confrontare
diversi beni e servizi surrogabili,
anche per scopi commerciali, o
che svolgono le medesime funzioni, in modo da ottimizzare le
scelte che li coinvolgono. La determinazione degli scopi è utile,
inoltre, affinchè siano chiare le
metodologie utilizzate, le ragioni
per cui si effettua l'analisi e l'audience a cui si intende comunicare i risultati.
La fase chiamata Inventario
(Life Cycle Inventory) è l'essenza
life cycle analysis
dello studio del ciclo di vita. Essa
si realizza in quattro momenti
successivi che descrivono le implicazioni ambientali del ciclo di
vita del sistema studiato.
L'Inventario è un processo
iterativo nel senso che gli stadi
che lo costituiscono si ripropongono più di una volta fino al raggiungimento dell'obiettivo finale.
Il primo stadio è chiamato
Diagramma di Flusso e consiste
nella traduzione grafica dell'evoluzione del processo con le sue
varie fasi, rappresentate da generici rettangoli, collegate tra
loro dai flussi di materiali, rappresentati da frecce. Coerentemente con il significato di Life
Cycle Analysis, il grafico descrive
il processo, dall'ideazione del
prodotto alle condizioni di produzione e consumo, fino allo
stadio dei rifiuti. Il Diagramma di
Flusso è quindi un modello della
realtà che può essere più o meno
dettagliato. Il suo scopo è quello
di dare un primo orientamento
alla ricerca dei dati necessari allo studio.
Il passo successivo consiste
nel fornire una connotazione numerica alle informazioni che si
sono ricavate rappresentando il
processo, vale a dire raccogliendo dati per ogni sottoprocesso o
flusso individuato. A questo proposito, si possono classificare
due tipi di input e di output rispetto al processo: quelli economici e quelli ambientali. I flussi
in entrata (inflows) possono essere di origine economica, come
alcuni materiali grezzi, i servizi e
gli input energetici, o di origine
ambientale come le materie prime estratte o coltivate. Pe r
quanto riguarda i flussi in uscita
(outflows), sono economici i prodotti finiti, i semilavorati, i coprodotti e gli scarti della produzione, mentre sono ecologici
quelli che incidono sull'ambiente
come le emissioni che provocano
inquinamento atmosferico e idrico, nonché i rifiuti solidi. In generale, le caratteristiche della
raccolta dei dati possono essere
riassunte nel modo seguente:
- precisione, completezza e rappresentatività dei dati;
- descrizione spazio-temporale e
tecnologica;
- coerenza e riproducibilità dei
metodi usati;
- fonti dei dati e loro attendibilità;
- margine di incertezza delle
informazioni.
A questo punto, una volta fissato l'obiettivo dello studio e
una volta individuato il ciclo di
37
life cycle analysis
vita del prodotto, sia graficamente che numericamente attraverso la raccolta dei dati, è
necessario approfondirne la conoscenza rapportando il processo all'ambiente circostante e ad
altri processi interrelati e, all'interno di esso, individuare le
componenti rilevanti rispetto a
quelle di minore importanza.
Questa è la fase in cui si determinano i confini del sistema, vale a dire si decide quali parti del
processo si includeranno nell'analisi e quali no.
Una volta raccolti i dati, si
rendono disponibili una serie di
informazioni ulteriori sul sistema
analizzato, cosa che potrebbe
anche portare a nuove esigenze
o limitazioni e a rivedere i procedimenti di raccolta affinchè si
possano meglio realizzare gli
obiettivi dello studio. In alcuni
casi, possono essere identificate
nuove argomentazioni e problemi tali da indurre a rivedere gli
stessi scopi dell'analisi.
L'ultima fase del procedimento chiamato I n v e n t a r i o è una
prima elaborazione dei dati raccolti che prevede, innanzi tutto,
la tabulazione di tutti i dati per
ogni fase del processo o ciclo di
vita. Ad esempio, sarebbe necessario conoscere l'ammontare di
38
energia ed avere informazioni
quali-quantitative sulle materie
prime utilizzate e sul prodotto o
coprodotto generato da ogni singola fase. Il fatto di raggruppare
i dati in una serie di tabelle permette di costituire una base sulla quale valutare lo sviluppo di
tutto un processo o confrontarlo
con un altro.
Alla fase chiamata Inventario
segue il cosiddetto life cycle as sessment durante il quale si associano ai dati trovati i corrispondenti valori in termini di impatto ambientale, vale a dire che
tutta l'evoluzione del prodotto
"dalla culla alla tomba" viene
tradotta in termini di effetti sull'ambiente. Sono stati realizzati
appositi software che consentono l'elaborazione dei dati facilitando dunque l'operazione di interpretazione e valutazione dei
risultati.
L'uso delle risorse e dei fattori produttivi, nonché le emissioni
e la produzione dei rifiuti incidono sui parametri descrittivi scelti
per valutare i dati rilevati nella
fase dell'Inventario. Essi sono, ad
esempio, lo sfruttamento delle
risorse non rinnovabili e dell'energia, il riscaldamento globale
del pianeta (noto come Global
life cycle analysis
Warming), gli effetti nocivi sulla
fascia di ozono, la tossicità dell'acqua e del suolo e l'esposizione umana alle sostanze tossiche.
Chiaramente, non tutte le variabili ambientali hanno lo stesso
peso nelle diverse analisi, soprattutto se si analizzano processi
diversi. Ad esempio, un tipo di
processo, o una fase della produzione di un bene, può incidere
più in termini di consumi di risorse non rinnovabili che di
emissioni di gas serra rispetto ad
un'altra. Pertanto è necessario
effettuare una ponderazione appropriata. Il fatto di pesare le diverse componenti ambientali
permetterà di passare da un'analisi più generale detta profilo
ambientale del processo ad un
vero e proprio indice ambientale
numerico dato dalla somma
ponderata di tutti i risultati parziali.
Dal momento che i fattori di
ponderazione sono generalmente
determinati secondo criteri soggettivi e non c'è largo consenso
riguardo all'approccio da scegliere, è bene selezionare diversi
gruppi di tali fattori in modo tale da ottenere un intervallo (ran ge) di risultati che identifichi anche l'incertezza e gli eventuali
scostamenti dei dati dalla realtà.
La determinazione dell'indice
ambientale permette di individuare quali sono le aree del ciclo
di vita del prodotto che sono
passibili di miglioramenti o quale
tra due prodotti differenti presenta un minore impatto sull'ambiente.
La fase di a s s e s s m e n t, dal
punto di vista scientifico e metodologico, è in via di sviluppo, nel
senso che l'operazione che permette di associare i dati raccolti
nella fase dell'Inventario alle variabili ambientali critiche scelte
nella fase di valutazione degli
impatti non è dettata da regole
unanimamente riconosciute ed
accettate. In ogni caso è comunque necessario che tutte le fasi
della ricerca siano ispirate a criteri di trasparenza in modo tale
da assicurare che le ipotesi fatte
siano chiaramente enunciate.
L'ultima fase è chiamata life
cycle interpretation ed è il risultato della combinazione delle fasi dell'Inventario e della Valutazione degli impatti (assessment).
Dall'interpretazione dei dati è
possibile formulare delle conclusioni o raccomandazioni, coerenti con gli scopi dell'analisi stabiliti inizialmente, le quali dovranno anch'esse essere presentate in
39
life cycle analysis
modo trasparente e dettagliato
affinchè i risultati siano fruibili
dagli organi decisori.
L'analisi del ciclo di vita, pur
essendo un utile strumento di
valutazione delle prestazioni
ambientali di un processo o prodotto, presenta per sua natura
dei limiti.
Innanzi tutto è inevitabile investire molto tempo nella raccolta di dati dettagliati e puntuali (fase dell'Inventario), condizione necessaria per ottenere
un'accurata rappresentazione
della realtà. In questa fase operativa sono spesso coinvolte le
stesse imprese, le quali non sempre sono disposte alla diffusione
e alla pubblicazione delle informazioni che le riguardano.
I dati rilevati vengono successivamente elaborati e sottoposti
a valutazioni che sovente sono
soggettive e, di conseguenza,
opinabili, così come le interpretazioni, le diagnosi e gli eventuali suggerimenti volti ad attenuare gli impatti sull'ambiente.
Non è unanime, inoltre, la
convinzione che tradurre i risultati dell'analisi in un indicatore
numerico o score sia una semplificazione profittevole a causa
della natura unidimensionale di
40
un numero rispetto alla complessità del fenomeno studiato
(l'interazione tra attività umana
ed ambiente).
Conclusivamente, la LCA rappresenta un approccio di tipo
tecnico multidisciplinare ai problemi ambientali, i cui risultati
sono collegati alla capacità degli
analisti di scomporre, di individuare e di misurare le fasi significative dei processi, capacità
correlata anche all'esperienza
acquisita sul campo dagli analisti stessi.
Pur non potendo affermare
che si tratta di una metodologia
con valenza assoluta - se mai ce
ne sono! - si può senz'altro sostenere che essa costituisce un
approccio serio e concreto, capace di far individuare le azioni
correttive e di verificarne l'efficacia con un rapido aggiornamento delle precedenti risultanze.
arca, che annovera al proprio interno anche esperienze ingegneristiche, propone quindi
l'adozione di LCA:
- alle imprese, per le quali le potenzialità di un'analisi del ciclo
di vita si dispiegano nell'ambito
della valutazione comparativa di
diversi prodotti con funzioni
analoghe; in alternativa, la LCA
life cycle analysis
permette di ottimizzare, in termini di impatto ambientale, le
varie fasi del ciclo di vita di un
unico prodotto, con uno sguardo
alla tecnologia e all'impiantistica
che presiedono alle fasi di produzione, nonché ai metodi di distribuzione e ai tipi di rifiuti che
dal ciclo scaturiscono. Il tutto
potrebbe essere finalizzato all'ottenimento di un marchio di
qualità ambientale o ecolabel il
quale rivestirebbe importanza
anche dal punto di vista del
marketing e della concorrenza.
- alla Pubblica Amministrazione,
soprattutto a livello locale, che
può essere interessata a progetti
di LCA dal momento che essi,
prendendo in considerazione le
interazioni tra il sistema socioeconomico e l'ambiente, ben si
prestano ad essere strumento di
valutazione finale della sostenibilità delle politiche di sviluppo
economico del territorio.
Lo scopo di arca è quello
di proporre l'analisi del ciclo di
vita a diversi interlocutori con
una duplice finalità:
- integrare il bagaglio di informazione scientifica a disposizione del soggetto committente per
una migliore gestione delle risorse ambientali coerentemente con
i principi dello sviluppo sosteni-
bile che ispirano la ricerca;
- fornire i metodi più appropriati
per mettere a punto un corretto
Sistema di Gestione Ambientale
che presieda all'ottenimento della Certificazione secondo gli
standard internazionali EMAS e
ISO 14000.
BIBLIOGRAFIA
ISO - INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR
S TA N D A R D I Z AT I O N , E n v i r o n m e n t a l
Management-Life Cycle Asses sment-Principles and Framework, 1997.
P. MASONI, B. SÀRA, D. SCARTOZZI, M.
TARANTINI, A. RAGGI, A Life Cycle As sessment Pilot Study in an Ita lian Dairy Company. 3rd International Conference on Ecobalance, Tzukuba (Japan), 1998.
NATIONAL REUSE OF WASTE RESEARCH PROGRAMME , Beginning LCA; a Guide
into Environmental Life Cycle
Assessment, 1994.
A. RIVA, La Valutazione del Ciclo di
Vita per l'Incenerimento di Rifiu ti Solidi Urbani, Atti della Scuola
Nazionale "I Rifiuti: chimica, valorizzazione, smaltimento, controllo ambientale", 1998.
A. RIVA, E. TIEZZI, I rifiuti come risor sa sostenibile, Ricicla '97, Rimini
1997.
41
analisi exergetica
Oggi, nel mondo industrializzato, l'uso dell'energia e delle altre risorse è organizzato in una
rete che sta diventando sempre
più complessa. I miglioramenti
tecnologici apportati nelle trasformazioni di materia ed energia hanno portato a soluzioni più
sofisticate, ma solo raramente
più efficienti. Ad esempio è possibile usare elettricità prodotta
da impianti alimentati ad energia nucleare per cuocere cibi,
scaldare acqua o alimentare impianti di aria condizionata.
L'uso dell'exergia come indicatore è il metodo più efficace
per verificare se un sistema, sia a
livello di singolo processo produttivo sia a livello territoriale,
risulti efficiente e fino a qual
punto. L'exergia trae la sua origine dalla termodinamica classica,
con applicazioni nel campo dell'ingegneria e, più recentemente,
in quelli dell'ecologia e della sostenibilità.
Per le applicazioni ingegneristiche e per i calcoli dell'exergia
di molti composti chimici un lavoro fondamentale è stato svolto
da J. Szargut e collaboratori (si
veda in bibliografia), mentre le
applicazioni dell'exergia a livello
di pianificazione delle scelte
energetiche di un territorio sono
42
state iniziate da G. Wall che, per
le sue critiche all'energia nucleare, non conveniente dal punto di
vista exergetico, ha dovuto lasciare il suo posto all'Università
di Stoccolma. La scuola danese
di S.E. Jørgensen ha invece sviluppato, negli ultimi anni, l'applicazione dell'exergia ai sistemi
ecologici, specialmente a quelli
acquatici. Recentemente quest'ultimo approccio è stato utilizzato anche per lo studio di sistemi agricoli.
L'exergia misura il massimo
lavoro che può essere ricavato
quando un sistema viene portato
dallo stato in cui si trova allo
stato di riferimento (detto anche
dead state), ovvero in uno stato
che sia in equilibrio termico,
meccanico e chimico con l'ambiente in cui il sistema è immerso.
La formula dell'exergia è data
da:
Ex = S (T-T0) - V (p-p0) +
+ ∑i Ni (µi -µ0i) = T (S-Seq)
dove T, p, µi, T0, p0 e µ0i sono
temperatura, pressione e potenziale chimico del sistema e dell'ambiente esterno rispettivamente; V è il volume, N il numero di molecole delle diverse spe-
analisi exergetica
cie chimiche e S l'entropia del
sistema, mentre Seq è l'entropia
del sistema all'equilibrio. La sua
unità di misura è il Joule.
Le risorse naturali sono tradizionalmente divise in energia ed
altre risorse. Questa separazione
è spesso arbitraria, in quanto ad
esempio il legno può essere considerato sia come materiale per
costruzione sia come combustibile; lo stesso vale per il petrolio.
Sicuramente è utile cercare di
considerare tutti questi aspetti
contemporaneamente secondo
una base comune, che non sia il
puro e semplice valore economico. L'exergia è una grandezza
adatta a valutare l'utilità di una
risorsa dal punto di vista dell'utilizzatore. In generale il contenuto exergetico di un oggetto può
essere calcolato moltiplicando il
suo contenuto energetico per un
fattore di conversione, che è
sempre minore di 1, in quanto il
lavoro che è possibile compiere
utilizzando una certa quantità di
energia è sempre inferiore al suo
contenuto di calore. In questo
modo si ha un sistema di valori
che può essere confrontato con
il valore economico.
L'uomo di solito utilizza una
parte molto piccola dell'exergia
proveniente dal sole, ad esempio
mediante l'agricoltura. Del flusso
totale di risorse che convergono
verso i sistemi produttivi delle
società industrializzate, solo meno del 20% raggiunge l'uso finale. Alcune delle enormi perdite
energetiche potrebbero essere
evitate con una diversa progettazione dei sistemi produttivi.
Per tali sistemi la misura dell'exergia è per lo più basata sulla
considerazione degli elementi
costitutivi del sistema, ovvero
delle materie prime dell'energia
utilizzata e del prodotto finale.
Questo approccio è basato sull'ipotesi che molte proprietà e funzioni di una sostanza o di un
composto chimico possano essere pensati, almeno in prima approssimazione, come la sovrapposizione di contributi di atomi e
legami presenti in una molecola.
Un'analisi exergetica a livello
territoriale mostra quanto un sistema è organizzato, bilanciato
ed oculato nella gestione delle
risorse. Queste informazioni possono essere utilizzate per identificare aree dove introdurre miglioramenti tecnici o dove prevedere misure di conservazione.
Questo tipo di analisi è maggiormente efficace se utilizzata per
confrontare vari sistemi della
stessa tipologia.
43
analisi exergetica
Recentemente S.E. Jørgensen
ha esteso questo approccio anche a sistemi bio-ecologici. Si è
arrivati a questi risultati grazie
alle relazioni fra entropia ed
inform azione, e utilizzando
l'informazione genetica per tenere conto del diverso grado di
organizzazione delle specie viventi. Per un ecosistema acquatico schematicamente composto
da fitoplancton (P), zooplancton
(Z), pesci (F) e materiale organico disciolto (D), l'exergia è data
dalla relazione
cosistema stesso (misurata con
l'exergia "alla Jørgensen"). Jørgensen stesso ha poi mostrato
che a regime, dopo che la selezione naturale ha avuto tempo
sufficiente per operare, emergia
ed exergia hanno una fortissima
correlazione. Il rapporto exergia/emergia può quindi essere
usato anche per determinare a
che punto della sua evoluzione
sia l'ecosistema in esame, oltre
che per confrontare ecosistemi
diversi fra loro, naturali ed artificiali.
Ex = RT [P (1.79·106)+
+Z (3.15·107) + F (2.52·108)+
+(D+P+Z+F)·7.34·105]
ARCA si propone di utilizzare le metodologie di analisi exergetica (già sperimentate) soprattutto per:
- diagnosticare (con riferimento
al territorio) lo stato di salute di
ecosistemi acquatici quali laghi,
fiumi, lagune etc., anche in riferimento a precedenti studi condotti dal gruppo di ricerca su
una valle da pesca nella laguna
di Venezia e su una laguna del
Parco Nazionale del Circeo;
- individuare (con riferimento alle attività umane) l'efficienza di
un sistema, con particolare riguardo all'agricoltura alla piscicultura ed all'allevamento di bestiame.
Questa formula è valida però
solo per fare confronti fra vari
ecosistemi e non come misura
assoluta, a causa delle approssimazioni introdotte. Riesce comunque a dare una stima del livello di organizzazione in cui si
trova il sistema in esame.
Negli ultimi anni è stato anche introdotto, come indicatore,
il rapporto fra exergia ed emergia. Questa funzione indica l'efficienza con cui un ecosistema
trasforma un insieme di input in
ingresso (misurato tramite l'emergia) in organizzazione dell'e44
analisi exergetica
Bibliografia
R.U. AYRES e A. MASINI,. Waste exergy
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S.E. JØRGENSEN, Integration of ecosy stem theories: a pattern, Kluver
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J. SZARGUT, Energy and Exergy Analy sis of the Preheating of Combu stion Reactants, in: “International Journal of Energy Research”,
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G. WALL, Exergy conversion in the
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G. WALL, E. SCIUBBA e V. NASO, Exergy
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“Energy” , 19, 1267-1274, 1994
45
la certificazione ambientale
Negli ultimi anni la tutela
dell'ambiente ha assunto un ruolo fondamentale nel panorama
della politica internazionale, soprattutto per quanto riguarda le
imprese che si trovano a fronteggiare richieste sempre più
pressanti di "qualità ambientale"
dei propri prodotti e servizi sia
da parte dei governi che di associazioni e movimenti ambientalisti.
Sta divenendo inoltre sempre
più frequente la richiesta di certificazione ambientale da parte
di amministrazioni pubbliche.
Mentre fino a pochi anni fa la
responsabilità delle iniziative a
tutela dell'ambiente era totalmente nelle mani delle Istituzioni pubbliche, che si trovavano a
dover conciliare evidenti e forti
esigenze ambientali con necessità produttive, disponendo di
strumenti operativi e legislativi
spesso inadeguati, negli ultimi
decenni, nei paesi più sviluppati
si è invece andata diffondendo
una mentalità nuova, che non
vede più una competizione tra
ambiente e sviluppo, ma cerca di
instaurare una collaborazione tra
tutti gli attori per la soluzione
dei problemi ambientali, che diventano sempre più urgenti.
46
In questa ottica è nata la cer tificazione ambientale, ovvero
l'adesione volontaria ad un programma di gestione ambientale
che, a partire dal rispetto e dall'ottemperanza a leggi, norme e
accordi esistenti, si prefigge un
continuo miglioramento dell'efficienza ambientale
Mentre in Europa vige dal 29
Giugno 1993 il Regolamento CEE
1836/93 denominato EMAS
(Eco-Management and Audit
Scheme), a livello internazionale
si è affermata la certificazione
secondo la norma ISO 14001, del
novembre 1996, che può essere
intrapresa da qualsiasi organizzazione senza limiti di tipo o dimensione.
In entrambi i casi ottenere la
certificazione ambientale comporta la messa a punto di un
programma con obiettivi ben
precisi e l'organizzazione, per
conseguirli, di un adeguato "sistema di gestione ambientale"
(environmental management sy s t e m), che deve essere tenuto
continuamente sotto stretto
controllo e sottoposto a verifica
periodica (audit). Requisito indispensabile per ottenere e mantenere entrambi i tipi di certificazione è che l'azienda dimostri
quali/quantitativamente che la
propria performance ambientale
è in continuo miglioramento; a
questo scopo l'EMAS prevede
una vera e propria dichiarazione
ambientale che deve essere presentata periodicamente.
Chiaramente l'adesione ad un
programma di certificazione ambientale comporta benefici e costi e i primi devono essere tali da
giustificare i secondi. Vanno pertanto tenuti presenti:
- investimenti in apparecchiature e impianti (es. per controllo ed
abbattimento inquinanti, recupero energetico, etc....)
- costi di variazione dei processi
- costi di certificazione e di iscrizione
- costi e benefici legati al miglioramento dell'immagine e dei
rapporti con attori esterni
- costi e benefici di carattere gestionale derivanti dal miglioramento dell'efficienza ambientale,
con particolare riguardo a:
- ottimizzazione nell'uso delle risorse
- riduzione dei rischi ambientali
- razionalizzazione e semplificazione delle procedure
- ampliamento delle possibilità
di ottenere finanziamenti agevolati connessi alla salvaguardia
del pubblico interesse
- semplificazione nelle procedure
47
necessarie per il rilascio di autorizzazioni.
Per dimostrare il continuo miglioramento dell'efficienza ambientale, requisito indispensabile
di ogni tipo di certificazione, il
regolamento europeo suggerisce
l'utilizzo di indicatori, capaci di
fornire una facile e rapida visione dello status dell'azienda. In
questa ottica può essere particolarmente adatto l'utilizzo degli
indicatori di sostenibilità introdotti in questo manuale ed in
particolare di quelli forniti dall'analisi emergetica di Odum, capaci di monitorare nel tempo la
variazione della performance
ambientale di un sistema e di
rapportarla a quella di sistemi
dello stesso tipo. Questi, infatti,
a differenza di molti altri indicatori comunemente usati, oltre ad
essere di facile interpretazione,
presentano anche solide basi
teoriche e riescono a conciliare
l'esigenza di praticità con quella
del rigore scientifico.
Qualsiasi organizzazione intenda intraprendere il cammino
della certificazione non può prescindere dal ricorrere ad una
consulenza specifica di esperti in
tema ambientale, che sappiano
individuare i fattori di impatto
sui quali intervenire, organizzare
48
una corretta politica ambientale
con obiettivi definiti, mettere a
punto e tenere sotto controllo
un adeguato sistema di gestione
ambientale per raggiungere gli
obiettivi prefissati. Si ritiene altresì che detti esperti debbano
garantire stretto collegamento
con la ricerca più avanzata a livello mondiale e quindi l'applicazione delle metodologie più
all'avanguardia. A questi requisiti risponde perfettamente arca che opera a stretto contatto
con il Dipartimento di Scienze e
Tecnologie Chimiche e dei Biosistemi dell'Università di Siena ed
è quindi in grado di offrire l'utilizzo di metodi scientificamente
rigorosi e di mantenersi al passo
con la ricerca più qualificata ed
avanzata in campo ambientale.
arca è inoltre disponibile ed
in grado di formare, per i soggetti che lo richiedono, personale
interno che possa seguire autonomamente le rilevazioni ambientali. Inoltre il carattere di
ONLUS dell'associazione, senza
fine di lucro e finalizzata esclusivamente all'utilità sociale della
tutela dell'ambiente, è garanzia
di serietà e imparzialità del suo
operato. La presenza, infine, di
un comitato scientifico formato,
oltre che dal Prof. Tiezzi, da
scienziati di chiara fama come, il
Prof. Ilya Prigogine (Premio Nobel per la Chimica, 1977) e il
Prof. Robert Costanza, non fa altro che qualificare ulteriormente
l'associazione.
Oltre alla ISO 14001 e all'EMAS, un altro tipo di certificazione ambientale per la quale
possono essere usate le metodologie qui introdotte e che sta
sempre più prendendo piede è
quella di ecocompatibilità dei
prodotti basata sul concetto del
Life Cycle Assessment (LCA -ISO
14040). Questa prende in considerazione tutto l'iter produttivo
di un dato prodotto, compresa
l'ideazione e lo smaltimento e
costituisce un fattore sempre più
importante di competitività, perché esiste la propensione dei
mercati a premiare i prodotti rispettosi della natura. Essa assume quindi, anche più degli altri
due tipi di certificazione, particolare valenza per i prodotti
agricoli ed alimentari.
La diffusione della certificazione ambientale è comunque
enorme, se si pensa che non sono più soltanto le aziende del
settore industriale, ma anche
strutture pubbliche come i Comuni che si stanno certificando,
e che anche nel settore turistico
le adesioni ai programmi di certificazione ambientale sono sempre più frequenti. Sono infatti
sempre più ricercate strutture ricettive che hanno particolari caratteristiche di ecocompatibilità,
e certi tour-operators cominciano ad indicare, assieme alla categoria alberghiera, anche i requisiti ambientali.
La certificazione ambientale
rappresenta in sintesi l'applicazione concreta dei metodi scientifico-teorici sinteticamente illustrati all'interno di questo manuale e costituisce il primo passo
importante da compiere da parte
di qualsiasi azienda, Ente od organizzazione senza limiti di tipo
o dimensione, che voglia operare
nel rispetto e nella tutela dell'ambiente e voglia dar prova di
questo. La certificazione ambientale deve comunque essere sempre vista non come un punto di
arrivo, ma come l'individuazione
di una situazione di partenza
ben precisa, che deve essere
continuamente superata nel lungo cammino di recupero dell'ambiente e di attuazione dello sviluppo sostenibile.
Ultimamente si sta diffondendo in particolare la certificazione
ambientale dei comuni, soprattutto di interesse turistico, stori49
Tabella 1. Riscontro tra uno studio di sostenibilità di un sistema produttivo realizzato utilizzando l'analisi emergetica e le norme ISO 14001 e ISO 14040
50
co e culturale, che vogliono dimostrare il loro impegno in campo ambientale, migliorare le proprie prestazioni ambientali e
promuovere quindi la loro immagine. Tutto questo avviene sull’onda del grande interesse suscitato dalla prima certificazione
ambientale ottenuta da Varese
Ligure, attraverso il RINA (Registro Italiano Navale, uno dei
principali enti italiani di certificazione) con il quale il Dipartimento di Scienze e Tecnologie
Chimiche e dei Biosistemi dell'Università di Siena ha sottoscritto,
a partire dall'anno 2000, una
lettera di intenti che sancisce la
reciproca volontà a collaborare
per la diffusione della certificazione e della tutela ambientale.
Le Tabelle 1 e 2 (cfr. pag 52)
evidenziano, rispettivamente, come uno studio di sostenibilità
ambientale di un sistema produttivo e di un sistema territoriale, entrambi realizzati utilizzando l'analisi emergetica, possano essere facilmente utilizzati
tanto per ottenere la certificazione secondo la norma ISO
14001 (e quindi anche secondo il
Regolamento EMAS) e la norma
ISO 14040.
bibliografia
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Switzerland: ISO/TC 207, 1997.
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2000.
Regolamento Europeo EMAS (Envi ronmental Management and Au dit Scheme) n.1836, 1993.
51
Tabella 2. Riscontro tra uno studio di sostenibilità di un territorio realizzato utilizzando l'analisi emergetica e le norme ISO 14001 e ISO 14040
52
glossario
BILANCIO ENERGETICO: calcolo dell’energia totale coinvolta nel funzionamento di un determinato sistema.
B I O M A S S A : termine generico che
comprende tutta la materia organica, sia essa di natura vegetale o animale, vivente o meno.
CA L O R E : è una forma dell’energia
posseduta da un corpo, connessa al moto di agitazione delle
molecole che lo costituiscono.
CAPACITÀ PORTANTE (carrying capacity):
è definita come il carico che le
popolazioni possono imporre su
un certo habitat senza alterazioni irreversibili.
CAPITALE NATURALE: l’insieme dei sistemi naturali (mari, fiumi, laghi,
foreste, flora, fauna, territorio),
ma anche i prodotti agricoli, i
prodotti della pesca, della caccia
e della raccolta e il patrimonio
artistico e culturale, presente
nel territorio.
COMPLESSITÀ: caratteristica di un sistema il cui comportamento non
è determinato dalla somma delle sue parti.
CONTABILITÀ AMBIENTALE (environmental
accounting): misura mediante
indicatori (monetari e non) del
valore delle risorse naturali e
ambientali, al fine di quantificare i servizi resi dall’ambiente e i
danni arrecati allo stesso.
53
glossario
CRESCITA: aumento in dimensioni di
un sistema (economico e non)
per aggiunta di materia, per assimilazione o aggregazione.
EMERGIA: quantità di energia solare
che è necessaria direttamente o
indirettamente per ottenere un
prodotto o un flusso in un dato
processo.
E N E R G I A : capacità di un corpo di
compiere lavoro, posseduta in
virtù del suo stato chimico e/o
fisico.
ENTROPIA: tendenza al peggioramento della qualità dell’energia posseduta da un corpo, da un sistema o dall’Universo.
E XERGIA: misura il massimo lavoro
meccanico che può essere
estratto da un dato flusso di
energia. Nell'analisi degli ecosistemi la funzione exergia fornisce una misura del livello di organizzazione.
FOTOSINTESI: processo biochimico che
utilizza la luce solare come fonte di energia per sintetizzare sostanze organiche molto energetiche da molecole inorganiche
semplici.
IRREVERSIBILE: si dice di ogni processo
o reazione che abbia una sola direzione di svolgimento e per il
quale non si possano ottenere
nuovamente le condizioni iniziali.
LAVORO: è il prodotto della forza F
54
che agisce su un corpo per lo
spostamento s che il corpo compie lungo la direzione della forza.
PRODOTTO INTERNO LORDO (PIL): indica il
valore dei beni e dei servizi prodotti in un anno all’interno di
una nazione.
RINNOVABILITÀ: possibilità di ricostituire una risorsa in modo naturale.
SISTEMA: parte determinata del mondo fisico distinta dall’ambiente
circostante.
SOSTITUIBILITÀ: possibilità di sostituire
una risorsa con un’altra.
STATO STAZIONARIO (economia in): «Se
usiamo il termine crescita per
indicare un cambiamento quantitativo e il termine sviluppo per
riferirsi ad una modifica qualitativa, allora possiamo dire che
l’economia in stato stazionario
si sviluppa ma non cresce, proprio come la Terra, di cui l’economia umana è un sottosistema.» (H. Daly)
SVILUPPO: espansione o realizzazione
di potenzialità; miglioramento
qualitativo di un sistema (economico o non).
SVILUPPO SOSTENIBILE: uno sviluppo che
«soddisfi i bisogni della popolazione presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i
glossario
propri» (Rapporto Brundtland,
1987). H. Daly ha definito due
principi guida per la sua realizzazione:
1) impiegare le risorse con un tasso
di sfruttamento minore o uguale
rispetto al tasso di rigenerazione;
2) emettere inquinanti ad un tasso
pari a quello con cui possono
essere riciclati o assorbiti dall’ambiente.
modello generale di rappresentazione dei flussi energetici in un sistema territoriale
55
relazioni utili
Unità di Misura di Energia
e Lavoro
tonnell ata
(t)
di
carbone.
1tec=2,930x1010J
Joule (J): è la quantità di energia necessaria
Solar Emergy Joule (sej): quantità di energia
per spostare di 1 metro (m) il punto di
solare diretta e indiretta equivalente a 1
applicazione di una forza di 1 Newton
joule (J) di energia.
(N). 1J=107 erg
Erg (erg): è la quantità di energia necessaria
Unità di Misura di Potenza
per spostare di 1 centimetro (cm) il punto di applicazione di una forza di 1 dyne
(dyne).
Watt (W): è la potenza corrispondente al lavoro di 1 joule (J) al secondo (s).
Caloria (cal): è la quantità di energia neces-
Cavallo-vapore (CV): è la potenza corrispon-
saria per aumentare di 1°C (da 14,5°C a
dente al lavoro di 75 chilogrammetri
15,5 °C) la temperatura di 1 grammo (g)
(kgm) al secondo (sec). 1CV=735,499W
di acqua distillata, a pressione standard.
1cal=4,186 J
Chilogrammetro (kgm): è la quantità di
Unità di concentrazione
energia necessaria per spostare di 1 metro (m) il punto di applicazione della for-
Parti Per Milione (ppm)
za di 1 chilogrammo (kg). 1kgm=9,81J
Parti Per Miliardo (ppb)
Wattora (Wh): è l’energia elettrica uguale al
lavoro fornito in un’ora da un dispositivo della potenza di 1 Wa tt (W).
Multipli e Sottomultipli
1Wh=3600J
k = kilo = x103
m = milli = x10-3
Tonnellata Equivalente di Pe t r o l i o ( t e p ) :
quantità di energia contenuta in una
tonnellata
(t)
di
M = mega = x10
6
petrol io.
10
1tep=4,186x10 J
µ = micro = x10-6
9
G = giga = x10
n = nano = x10-9
Tonnellata Equivalente di Carbone ( t e c ) :
quantità di energia contenuta in una
56
T = tera = x10
12
p = pico = x10-12
i lavori di arca
I ricercatori di A.R.C.A. hanno già realizzato numerosi studi di valutazione della sostenibilità e dell’impatto
ambientale di sistemi di vario tipo
utilizzando diversi metodi di analisi
e relativi indicatori. Tra questi ricordiamo:
“Analisi dell’Italia”, 1992, 1994.
“Analisi del sistema agricolo italiano”,
1992.
“Analisi della Toscana”, 1994.
“Valutazione delle politiche energetiche per la Florida”, 1995.
“Analisi di sostenibilità ambientale del
Comune di Vignola e della produzione cerasicola”, 1996.
“Analisi di sostenibilità ambientale di
tre aziende vitivinicole della Provincia di Siena: Chianti, Brunello di
Montalcino e Nobile di Montepulciano”, 1997.
“Progetto Internazionale sulla Gestione
Sostenibile degli Ecosistemi Acquatici in America Latina”, 1997-2001.
“Analisi di sostenibilità ambientale della Provincia di Modena”, 1998.
“Analisi del sistema di smaltimento ri-
fiuti del Comune di Modena”, 1998.
“Analisi di sostenibilità ambientale di
cinque aziende turistico/termali
della Provincia di Siena”, 1999.
“Analisi di sostenibilità della produzione ceramica nel Comune di Sassuolo”, 1999.
“Analisi di sostenibilità ambientale della Provincia di Viterbo e alcuni suoi
comuni”, 1999.
“Analisi di sostenibilità del sistema di
smaltimento rifiuti della Provincia
di Siena”, 1999.
Comune di Torino e della Regione
Piemonte”, 1999.
“Analisi di sostenibilità ambientale relativa alla produzione di vino Barbera d’Asti DOC”, 1999.
Comune di Montalcino e della produzione di vino Brunello”, 2000.
Comune di Pescia”, 2000.
“Studio per un Progetto di Valutazione
di Scenari per uno Sviluppo Sostenibile della Laguna di Ve n e z i a ” ,
2000.
“Analisi di sostenibilità ambientale della Provincia di Ravenna”, 2000.
I risultati delle suddette analisi sono
stati resi noti nell’ambito di numerosi convegni e congressi in Italia e
all’estero e pubblicati in riviste
scientifiche sia nazionali che internazionali.
57
introduction
There are no favourable winds
for one who knows not
where to go
(Seneca)
This manual describes the main indi cators and/or indices of sustainability,
developed in Europe and the United
States of America in the last few years.
They were developed for a scientific ap proach to the problems of sustainable
development and analysis of sustain ability. The indicators can be grouped in
families that give different slants on the
question, depending on the type of
analysis (a) and the systems to which
they can be applied (b). The first family
(a) consists of indicators of the ener getic, ecological, eco-economic and
thermodynamic type for analysis of
land, ecosystems, agricultural produc tion (food and forestry), industrial pro duction, waste cycles and global bio geochemical cycles (climate, water,
etc.). The second family (b) consists of
indicators for systems ranging from the
single farm to agriculture on a regional
scale, from the single town to a whole
province, from industrial production to
tourism. They are indicators of both
processes and products, and provide a
scientific basis for the environmental
certification of municipalities,
provinces, industrial processes, agricul tural products, and so forth.
A R C A and the Department of
Chemical and Biosystems Science and
Technology of Siena University are the
only organizations in Italy with knowhow on all the models of the indicators
described in this manual, and with ex -
59
introduction
perience based on many studies carried
out in the towns, provinces and regions
of Italy. They also have experience ac quired through various European Com munity and international projects. Clau dio Rossi and Enzo Tiezzi have coordi nated European projects in which vari ous nations of Europe and America par ticipated. This know-how has been ac quired by the research group through
more than 10 years of intense work and
exchange with international research
groups. Many of the researchers of ARCA and the Department have worked
abroad for long periods, acquiring
know-how on models and application of
the indicators. The universities and cen tres involved have been:
- University of Maryland, USA (Profs.
Robert Costanza and Herman Daly);
- University of Tennessee, USA (Prof.
Thomas Hallam);
- University of Copenhagen, Denmark
(Prof. Sven Jørgensen);
- University of Brussels, Belgium (Prof.
Ilya Prigogine, Nobel prize for Chem istry);
- University of Berlin, Germany (Prof.
Christian Leipert);
- University of Florida, USA (Prof.
Howard Odum);
- University of Buenos Aires, Argentina
(Prof. Graciela Canziani).
Many of these scientists belong to
60
the Scientific Committee of A R C A.
Robert Costanza and Sven Jørgensen
are directors of the two main interna tional journals in the sector, Ecological
Economics and Ecological Modelling.
The aim of analysis using these indi cators is to provide public administra tors and private firms with tools to work
towards sustainable development. Ap plications completed by our group in clude analysis of the urban wastes of
Modena, sustainability analysis of Mod ena province and the Piedmont region,
sustainablility land maps (which resem ble CT scans of the land) of all the
provinces in Piedmont, emergy analysis
of Viterbo province, and study of the
production of the wines Barbera d'Asti
and Brunello di Montalcino, the ceram ics of Sassuolo and Vignola cherries.
A reference book is "Che cos'è lo
sviluppo sostenibile?" by Enzo Tiezzi and
Nadia Marchettini, Editore Donzelli
(Rome, 1999).
Besides the CO2 balance defined by
the Kyoto protocol, the aim of these
studies is also to promote rational use
of energy and resources to create maxi mum "sustainable employment" in the
system to be developed.
We stress that none of the indica tors described here are exhaustive.
Analysis may be supplemented with ap plication of a different set of indicators
to obtain a different slant on a problem
for decision makers. We also underline
introduction
that the models on which the indicators
are based may be difficult and complex.
ARCA and the Department can inter pret the results of sustainability analysis
and provide numerical indices that can
be applied in a simple and immediate
way. The challenge of sustainable devel opment is the challenge of complexity,
which can only be tackled by an appro priate approach.
61
Since the introduction of the con cept of sustainable development, there
has been an ongoing search for methods
to support decision making for this pur pose. In the last few years, the ecologi cal footprint approach has frequently
been mentioned as one of the indicators
that could be used.
This environmental accounting
methodology was proposed by William
Rees (ecologist at the British Columbia
University of Vancouver, Canada) with
Mathis Wackernagel (director of the In dicators Program of Redefining
Progress, San Francisco, and coordinator
of the Center for Sustainability Studies
at Anahuac University of Xalapa, Mexi co) in the early 1990.
The ecological footprint is a mea sure of the total amount of ecologically
productive land (forests, arable land,
pasture sea, built-up area,..) required to
support the consumption of a given
population, at different scales ranging
from individual and urban to the global
scale, using current technology. Its units
are hectares of biologically productive
land.
The ecological footprint assesses
people’s use of natural capital by com paring their resource consumption and
waste production with the regenerative
capacity of the Earth.
Since the ecological footprint mea sures the ecological services of a popu lation, we can define it as the portion of
62
carrying capacity necessary to that pop ulation.
Carrying capacity is the quantity of
population or activity that an ecosys tem can support without losing its in trinsic integrity.
Human impact is a function of pop ulation and its activities. It includes
both the number of individuals as well
as their individual consumption level.
The method is based on the follow ing concepts:
- space in the productive sense is neces sary for energy and matter flows from
the environment which are necessary
for human life and activities;
- space in the ecological sense is neces sary for the assimilation of waste: every
productive process transforms a low en tropy energy and matter flow into a
high entropy one, generating pollution
and waste that need to be absorbed;
- space in the physical sense is neces sary for human settlements, roads, etc.
which reduce the amount of ecological ly productive land.
The Ecological Footprint Analysis re verses the traditional approach to sus t a i n a b i l i t y, measuring the areas re quired by everyone (or population) in stead of the amount of population per
unit of land.
The ecological footprint (EF) of any
given population (a single individual, a
city or country) is the total area of bio logically productive land and water
ecosystems (in various categories) re quired to produce the resources and ser vices consumed and to assimilate the
wastes generated by that population
wherever the land and water is located.
The analysis also defines the bioproductive capacity of a region (local,
national or global) and compares its EF
with this capacity, to determine socalled ecological deficits or surpluses.
The ecological deficit indicates
whether a region, in principle, is able to
supply itself with local resources or it
has to rely on “net imports of land”.
Since the second principle of ther modynamics states that a complex and
self-organized system needs a continu ous flow of energy and matter from out side to survive, the concept of ecologi cal land is a useful account of energy
and matter flow, because it deals with
the quantity and quality of that flow.
The EF analysis is an anthropocen tric point of view: it reflects the impacts
of human activity on the environment
and resources.
Calculation Procedure
The methodology is based on the
idea that to have a unit of energy or
matter we need a given area of ecosys tem to produce the resources for con sumption and to assimilate wastes. To
determinate the total land necessary for
a certain consumption model, every
f l ow has to be expressed in terms of
ecologically productive land. Due to the
complexity of the systems, we have to
use some approximations, considering
only major categories of goods.
1. average annual consumption procapita (C, kg/per) of a good (B) is the
sum of production and import minus ex port.
2. land pro-capita (L, ha/per) for
each good B, is given by the average
consumption (C) divided by the produc tivity (P, kg/ha)
LB=CB/PB
3. to calculate the EF of a single per son, all footprint components in that
category of bio-productive areas are
added up.
n
∑L
EF=
B
B=1
4. to calculate the EF of a popula tion (EFp) the footprint is multiplied by
total population (T):
EFp=T(EF)
The results are a rough estimate
(underestimate) of actual productive
land due to the number of approxima tions.
63
The EF is useful as a comparative
tool: for example comparing it with the
real supply of biocapacity of a region or
with hypothetical EF derived from
changing in life style of the same popu lation. Since the beginning of the last
century, the area of ecologically pro ductive land per person has decreased
from 5-6 ha to only 1.5 ha. At the same
time, the EF per person of industrialized
nations has exceeded 4 ha. These oppo site trends show the difficulty of achiev ing sustainability: the EF of a man living
in a rich country is 2 or 3 times greater
than the available productive land.
Table 1 is an EF ranking list showing
the EF and bio-capacity of different
countries.
COUNTRIES
ARCA proposes EF as a tool for lo cal and provincial governments, with
the aim to evaluate if a land is able to
support the needs of population and the
activities.
The results are an approximation
because all variables cannot be defined
analytically, but provide immediately
comprehensible information.
Combined with the other indicators
discussed here, it provides a comple mentary view with a high biological
profile.
Because the ecological footprint ex presses the concept of sustainability in
simple terms, it provides an intuitive
scenario of the fundamental require ments for ecological sustainability.
ECOLOGICAL
FOOTPRINT
BIOLOGICAL
CAPACITY
ECOLOGICAL DEFICIT
(NEG) OR SURPLUSES
(ha/person)
(ha/person)
(ha/person)
Australia
9.0
14.0
5.0
Canada
7.7
9.6
1.9
Italy
4.2
1.3
-2.9
Perù
1.6
7.7
6.1
Switzerland
5.0
1.8
-3.2
U.S.A.
10.3
6.7
-3.6
WORLD
2.8
2.1
-0.7
Table 1: Ecological Footprint and bio-capacity of various countries.
64
emergy analysis
Unlike classical energy and econom ic analyses that only consider items that
can be quantified in energy or money
terms, thus omitting most free inputs
from the environment, emergy analysis
is a thermodynamic methodology [in troduced by Odum (Faculty of Environ mental Engineering, University of Flori da, USA) in the 1980s] which considers
both the economic and environmental
aspects of a system by converting all in puts, flows and outputs to the common
denominator of solar energy, the basic
energy behind all the processes of the
biosphere.
This is a primary factor because, al though the market only considers mon etary value, the economy is also based
on quantities from the environment,
which must be considered and assigned
a value, if resources are to be exploited
sustainably in the long period.
To convert all environmental prod ucts and services to a common energy
unit, they are evaluated in terms of
equivalent solar energy, called "solar
emergy", defined as the solar energy di rectly or indirectly necessary to obtain a
good or service.
Energy exists in forms of different
quality (for example, to obtain a few
units of a high quality energy, such as
electricity, many units of low quality en ergy as oil are required). A conversion
factor called “solar transformity”, de fined as the equivalent solar energy
necessary to obtain an energy unit
(Joule) of a certain product, is used.
Emergy is an extensive quantity (it
depends on system dimensions), and is
measured in "solar emergy joules" (sej);
transformity is an intensive quantity
measured in "solar emergy joules/Joule"
(sej/J). For products and flows more
readily quantified in mass units, trans formity can be expressed in sej/g.
Emergy analysis is useful to check
applications of the first rule of sustain able development (Daly), the so called
sustainable yield principle, that states
that resources should be exploited at a
rate compatible with their replacement
by nature. It can be used to define
guidelines for consumption of resources
compatible with their formation times.
Emergy can be regarded as “energy
memory”, the memory of all the solar
energy necessary to sustain a system;
the greater the total emergy flow neces sary for a process, the greater the con sumption of solar energy and thus the
greater the past and the present envi ronmental cost to maintain it.
Transformity is an indicator of qual ity because for processes with different
products, the higher its value, the more
complex is the process and the higher
the quality of its product. It is also an
indicator of efficiency because for
equivalent processes, giving the same
product, the lower the transformity, the
higher the efficiency of production.
65
emergy analysis
All the inputs to a system are distin guished on the basis of their nature,
that means their degree of renewability
and their provenance. Total emergy nec essary for the system is divided into lo cal renewable (R), local non renewable
(N) and imported from outside (F). It is
then possible to calculate a set of sus tainability indicators that can be used
with emergy and transformity to evalu ate the efficiency and environmental
impact of the system and to give indica tions for its sustainable development.
Some of the most commonly used
indicators are:
- The emergy yield ratio, EYR, given
by the emergy of the output divided by
the emergy of the inputs from the eco nomic system. A value of this ratio close
to one means that the system only re turns the emergy that it received from
the economy. This index is thus a mea sure of competitivity of a system to pro vide a certain product, or a measure of
the ability of the system to exploit envi ronmental resources, for a given eco nomic input. The greater the EYR, the
more efficient the system at exploiting
natural resources for a given economic
investment (expressed in emergy terms).
- The empower density is emergy per
unit area. A high value of this index is
found in areas where emergy is concen trated, such as cities and industrial
sites. In such cases the available area
66
can become a limiting factor for devel opment. This index is generally low in
rural or undeveloped areas. For equiva lent processes, we can assume the same
technological level, thus the higher the
empower density, the higher the envi ronmental stress. This index can also be
seen as a measure of the carrying ca pacity of the system, beyond which the
system is not sustainable.
- The environmental loading ratio,
ELR, given by the emergy of inputs form
the economic system and from local non
renewable resources divided by the
emergy from local renewable resources.
A high value of this index reflects high
environmental stress and/or a high level
of technology. This ratio increases when
high technology is used or when less re newable inputs are used.
The figure illustrates how the three
indices are calculated for a generic sys tem based on renewable R, non renew able N, and economic F inputs.
Many other sustainability indicators
can be calculated and new indicators
can be introduced to suit the character -
emergy analysis
istics of a particular system. For exam ple in the previous studies carried out by
ARCA of urban systems like cities or
regions, it was useful to calculate the
emergy/person ratio, namely the emergy
used in a certain area divided by the
population. This ratio is a measure of
the standard of living, where for stan dard of living we mean the availability
of goods and resources. A high emergy
procapita is usually an index of a high
level of technological development, and
if renewable resources are not used, of
high environmental stress.
Different indicators focused on dif ferent aspects can be used sinergically
in the evaluation of sustainability, espe cially in comparisons with similar sys tems or the same system at different
times.
The wide set of possible indicators
also increases the field of application of
emergy analysis, so that systems of very
different nature and different dimen sion can be studied, from the agricultur al, to the urban ones, from the tourist,
to the industrial and biological ones,
from micro-systems to large dimension
systems as cities, prov i n c e s, or even
countries.
The researchers of ARCA have al ready carried out many studies to evalu ate the sustainability and environmen tal impact of different types of systems
using emergy analysis and its indicators.
Among these:
- studies of agricultural production sys tems;
- studies of industrial production systems;
- territorial analyses on provincial, re gional and national scales;
- studies on waste management systems;
- analysis of tourism.
An advantage of emergy analysis is
that the same methodology can be used
to study very different systems and that
emergy indicators are easy to interpret,
presenting at the same time a valid sci entific basis, when most of the currently
methods used in environment and sus tainability field usually lack in this char acteristic.
Thus ARCA proposes the employ ment of emergy approach and emer getic sustainability indicators in the in terest of utilizers, in that these instru ments permit to carry on an articulated
and deep analysis on the environmental
impact of the analysed activity, to de fine guidelines to improve the “environ mental performance” and to monitor
the temporal evolution of systems, as
required by the recent laws and regula tions (ISO 14001, ISO 14040, EMAS,
etc.).
The results of emergy analysis can
be also useful to create specific marks
of ecocompatibility/sustainability to
protect and promote products and ac tivities on the market and of relevant
interest not only for the single manager,
67
emergy analysis
but also for the Associations of category
that can orient and protect on the mar ket their associates.
Emergy analysis and in particular
the environmental loading ratio, can be
used to create territorial sustainability
maps (that could be called CT scans of
the land). The figure on page 19 shows
one such map made by our research
group for the administrations of Mode na province.
To conclude emergy analysis is one
of the most powerful modern methods
to evaluate the sustainability and envi ronmental impact of systems of differ ent types, and can be used in the plan ning phase, and for the certification,
improvement or restoration of systems,
always in the optic of sustainable ex ploitation of natural resources and of an
economic development able to respect
the nature and to find an integration
with the environment.
68
Climate change is widely recognized
as a serious potential threat to the
w o r l d ’s environment. As more people
consume more fossil fuel, increasing
amounts of carbon dioxide (CO 2) re leased into the atmosphere have begun
to dramatically change atmospheric
composition. Fossil carbon is the main
contributor to anthropogenic CO2 emis sions whose effects are enhanced by
land use changes and deforestation.
Carbon dioxide and other gases (nitrous
oxide, methane and halogenated com pounds such as chlorofluorocarbons,
hydrofluorocarbons, perfluorocarbons
and sulfurexafluoride) trap heat in the
lower atmosphere causing global warm ing, the so called Greenhouse Effect.
During the last century a number of
important scientists warned that carbon
dioxide emissions could lead to global
warming. But, it was not until the
1970s, that growing understanding of
the Earth-atmosphere system brought
this field of science to wider attention.
To give policy makers and the general
public a better understanding of what
researchers had learned, the United Na tions Environment Programme (UNEP)
and the World Meteorological Organi zation (WMO) established the Intergov ernmental Panel on Climate Change
(IPCC) in 1988. The IPCC was given a
mandate to assess the state of existing
k n owledge about the climate system
and climate change, the environmental,
economic and social impacts of climate
change, and possible response strate gies.
Enrico C. Lorenzini , Harvard-Smith sonian center for As t r o p h y s i c s, Cam bridge, Massachusetts (USA) describes
global warming: «conforming to recent
estimation, doubling of atmospheric
CO2 will translate into a 1 to 4 degree
Celsius increase in global temperature
by the end of the century. The mean val ue is thus 2.5 °C per 100 years. To better
understand the meaning of such an in crease one must look at Earth’s climatic
history. Palaeoclimatic studies reveal
that, since last glaciation which oc curred 14000 years ago, Earth’s mean
temperature risen in 10 °C during 4000
years. Maximum temperature deviation,
since last glaciation, is 0.25 °C per cen tury. Forecasted temperature increase
for the next century is therefore 10
times higher than historical values».
The IPCC First Assessment Report re leased in 1990 confirmed the scientific
basis for climate change. The projection,
based on current emissions trends, indi cates a scenario leading to the equiva lent of a doubling of pre-industrial CO2
concentrations by 2030, and a trebling
by 2100.
If current trends continue, the mean
sea level is expected to rise some 15-95
cm by 2100, causing flooding and other
damage. Climate zones (and thus
ecosystems and agricultural zones)
69
could shift towards the poles by 150550 km in the mid-latitude regions. The
frequency and intensity of extreme
weather events may change. As a result,
human settlements could be under mined in some regions, individual
species will become extinct, economic
activities and human health will experi ence many direct and indirect effects.
In response to growing scientific un derstanding, a series of intergov e r n mental conferences focusing on climate
change were held in the late 1980s and
early 1990s. In June 1992, negotiators
from 178 countries conveyed in the Rio
de Janeiro for the United Nations Con ference on Environment and Develop ment. During the conference the UN
Framework Convention on Climate
Change was signed. The Convention es tablished that developed countries were
committed to taking measures aimed at
returning their greenhouse gas emis sions to 1990 levels by the year 2000.
The document entered into force in
1994 but it was soon clearly understood
that it could not be sufficient for com bating climate change. The Kyoto Proto col was then adopted by consensus in
December 1997. Under the Protocol in dustrialized countries have a legally
binding commitment to reduce their
collective greenhouses gas emissions by
at least 5% compared to 1990 levels by
the period 2008-2010. Cuts in green house gas must be focused on CO 2 emis -
70
sions since CO 2 is estimated to have
made the biggest contribution to global
warming, representing 64% worldwide
and more than 81% in Italy.
The dominant human activity or dri ving force for climate change is fossilfuel combustion (due to its carbon diox ide emissions). Since CO2 has a long re silience in atmosphere (50-200 years)
and it can be removed only by increased
photosynthetic activity it is obvious that
the most realistic program to reduce
CO2 concentrations, is cutting the emis sions, as it is established by the Kyoto
Protocol. It is also obvious that coun tries with strong human and industrial
settlements are required to handle a
more convincing commitment. An accu rate CO 2 balance becomes a useful tool
to best organize all the policies and
measures needed to achieve consistency
in cutting gas emissions. Overall this
would require strong efforts by the in dustrialized countries.
A CO2 balance lies in quantifying
anthropogenic greenhouse gas emis sions together with the environments
capacity of absorbing them. Therefore it
is necessary to detect and model carbon
dioxide and greenhouse gas emissions
sources (both direct and indirect) and
carbon sinks (carbon sequestration
sites). Globally CO2, N2O and CH4 make
the largest contribution to global
warming. The other gases, as the halo genated compounds, rarely are taken
into account because of their minor
contribution to the analysis, unless spe cific industrial productions raise their
concentrations. Data are collected
through a whole year period in order to
reduce uncertainty of the results due to
climatic and seasonal fluctuations. AR CA and the Department of Chemical and
Biosystems Sciences have calculated
carbon dioxide balance of Viterbo
County and of the city of Turin.
Carbon dioxide from the burning of
fossil fuels is the largest single source of
greenhouse gas emissions from human
activities. Oil, natural gas, and coal fur nish most of the energy used to produce
electricity, run automobiles, heat hous es, and power factories. Energy sector
direct and indirect CO 2 emissions can be
divided in thir major sources: electric
p ower generation, methane, fuel oil,
GPL, petrol and diesel oil.
Italian electric power generation is
mainly produced through non-renew able fossil fuel combustion. Use of re newable sources supplies only to a 7.4%
of the whole national demand. It is nec essary, in any case, to determine the po tential in the system of any renewable
energy source. Once taken this factor
into account electric power can be con verted in CO2 tons. Methane, fuel oil,
GPL, petrol and diesel oil are directly
used in transport, industrial and agri cultural sectors. The specific combus tion process can determines their final
contribution.
N2O and CH 4, direct emissions in the
atmosphere contribute to greenhouse
effect. The amount of their emissions
must be converted in CO2 equivalent in
order to better compare all the data ob tained.
Next step is to calculate environ ment capacity in carbon sequestration.
Land vegetation, particularly forests, act
as carbon sinks assimilating carbon
dioxide through photosynthetic
processes giving biomass as final prod uct. Modeling forests distribution in the
system is therefore necessary to quanti fy the amount of CO2 sequestered from
the atmosphere.
Difference between CO 2 and CO 2
equivalent from sources and CO 2 ab sorbed by sinks gives a model of the car bon fluxes acting through the system.
IPCC Second Assessment Report
concerns the consequences of climate
change at regional level. One of the
possible Italian scenarios was deter mined to be the loss of 95% of the
alpine glacier, enlargement of desert ar eas (phenomenon already observable)
and sea-level rise (15-29 cm). All these
data enhance their importance due to
the structure and organization of the
peninsula. National efforts needed to
achieve Kyoto Protocol consist of a
6.5% reduction. The 6.5% reduction in
Italian emissions equates to total emis sions of the three main greenhouse gas -
71
es by 2008-2012 of about 100 million
tons of carbon dioxide equivalent. Even
though the Protocol has not yet been
ratified future policies and measures to
achieve the commitments have been
delineated.
Italian Ministry of Environment and
FIAT established a Protocol with the tar get of reduction vehicles fuel consump tion. In 1999 financial plan the govern ment introduced Carbon tax (a charge
to be paid on each fossil fuel, propor tional to the quantity of carbon emitted
when it is burned). It would be interest ing to use this tax to enlarge carbon
s i n k s, since green areas are the only
“natural capital” able to sequestrate
carbon from the atmosphere. Only Swe den, Norway, The Netherlands, Denmark
and Finland have implemented taxes
based on the carbon content of energy
products. Recently Italy, adding its con tribution, introduced up the debate on
this kind of taxes in the European Com munity.
Climate change is predicted to have
widespread consequences; common and
coordinated policies and measures at
Community level are expected to be
necessary to complement national ini tiatives. Potential reduction from Com munity measurers cannot be taken
without a precise carbon dioxide fluxes
s t u d y. Economic activities producing
emissions would also need to analyze
their production chain as demonstrated
72
in the FIAT Protocol. Moreover, electric
power producers, transport operators (a
Protocol has already been established
with the Federtrasporti), Petroleum so cieties, ecc. must demonstrate their ef forts in reducing emissions. Efforts that
would be supported, in the beginning,
by incentives and public pressure and
later by legal measures including fines.
Several Italian and European regions
used carbon dioxide balance as a tool to
quantify their commitments to achieve
the Kyoto Protocol.
It should be noted that the Kyoto
Protocol target, anyway, would not be
enough to control climate change and it
would be necessary to embrace a
stronger target. It is therefore useful to
possess a ready to use model of annual
carbon fluxes.
ARCA suggests the use of a carbon
dioxide balance as a tool to quantify
and model emissions (comparing them
to 1990 values) in order to better under stand which sectors have more respon sibility. CO2 balance together with the
other indicators gives a more complete
analysis of sustainability of the system
under study.
The evaluation of natural capital,
namely the estimate of the natural con tribution to human welfare, is one of
the most important factors to take into
consideration when establishing a poli cy of sustainable development.
Generally, capital is considered to be
a stock of materials or information that
is contained in the matter and exists at
a point in time. There are different iden tifiable forms of capital: natural capital
(such as trees, minerals, ecosystems, the
atmosphere and so on), manufactured
capital (such as machines, buildings and
so on) and the human capital of physi cal bodies (such as people).
Each form of capital stock gener a t e s, either autonomously or in con junction with other capital stocks, a
flow of services that humans use to en hance the own welfare.
Humans utilize flows of materials,
energy and information, from natural
capital stock, which combine with other
forms of capital (manufactured and hu man capital) to produce welfare to
themselves. Thus, the natural capital is
essential to human welfare and it is not
feasible to substitute, in total, with oth er forms of capital; moreover manufac tured and human capitals require nat ural capital for their existing.
In sustainable development theory,
it is not only important that the total
capital is kept constant (definition of
weak sustainability) but that each form
of capital is kept constant, as these are
not replaceable between themselves
(definition of strong sustainability).
In recent years, many articles were
written in important international sci entific reviews about sustainability and
the valuation of natural capital, but the
most important study is probably pub lished by "Nature" on May 1997.
Prof. Robert Costanza is the first au thor of this article, he is member of the
International Society for Ecological
Economics (ISEE), at University of Mary land, and one of the most important
theorist of sustainable development.
The article is rich in data, tables and
references and demonstrates a conclu sion that the insiders already knew,
namely that the services provided by
environment have a value higher than
the global gross economic national
product (GNP).
The authors’ conclusions were im portant to:
- make the range of potential values of
the services of ecosystems more appar ent;
- establish at least a first approximation
of the relative magnitude of global
ecosystem services;
- set up a framework for further analy sis;
- point up those areas most in need of
additional research;
- stimulate additional research and de bate.
73
The services that ecological systems
offer to humans and the natural capital
stocks that produce them contribute to
human welfare, both directly and indi rectly, and represent part of the total
economic value of the Planet. For the
entire biosphere, the value of services of
the environment which contributes to
human welfare is estimated to be in a
range of US$ 16-54 trillion (10 1 2) per
year, with an average of US$ 33 trillion
per year. The total global gross national
product is estimated around US$ 18
trillion per year.
Most ecosystem services are situat ed outside the market economy, such as
the aesthetic and affective value of the
landscape. So this must be considered a
minimum estimate, probably increasing
with other researches, if we consider
that the authors have taken some pru dential measures in the cases of major
uncertainty.
Moreover, because the natural capi tal and ecosystem services will become
more stressed and scarce in the future,
their value will grow.
The valuation of natural capital can
be estimate both on global and on local
scale.
The method of calculation is based
on the subdivision of analyzed system in
the various ecosystems constituting it
and on the determination of principal
ecosystem services. Nature continuously
offers to humans its services, such as
74
climate regulation, pollination, nutrient
cycling and so on. These are usually not
included among the economic goods
which contribute to enhance human
welfare. Yet, nature constantly guar anties the supply of these services leav ing aside the demand.
In this way we can build a matrix
(called matrix of calculation of ecosys tem services); the values of each ecosys tem service for all the ecosystems that
we have considered are listed in the
columns, while the values of different
services for the same ecosystem are list ed in the rows.
The total value of natural capital is
obtained with adding all the values
written in the matrix.
The methods of calculation for each
ecosystem service are different and
change depending on the considered
service. We can usually take the market
value, or the price, or the consumer sur plus, or the net rent. Otherwise the val ue of ecosystem service can be estimat ed by the willingness-to pay, WTP.
If the ecosystem provides a service
such as the water purification through
filtration and percolation of surface wa ter into the aquifer, then the beneficia ries of this service should be willing to
pay a cost for this service equivalent to
a water treatment facility.
If the ecosystem provides a service
such as nitrogen fixation through the
microorganisms, then the beneficiaries
of this service should be willing to pay
up to the equivalent cost of the “green
manure” (utilize the leguminous plants
to manure) for it.
The valuation of natural capital al lows:
- to help to modify systems of national
accounting to better reflect the value of
ecosystem services and natural capital,
because human welfare is not truly re flected in GNP;
- to evaluate the benefits of the specific
projects or actions, because the ecosys tem services are largely outside the
market and are often ignored or under valued. This leads to an error in the val uation of social and economic costs
which often far outweigh market based
benefits.
On the other hand some objections
have arisen recently about the valuation
of natural capital. Some people, argue
that valuation of ecosystems is impossi ble, because we cannot place a value on
such intangible things, as human life,
environmental aesthetics, or long-term
ecological benefits. But, in fact, we do
this every day when, for example, we
value the benefit of building safer high ways to reduce travel injuries and
deaths.
Another frequent argument is that
we should protect ecosystems for purely
ethical or aesthetics reasons, passing
over their value. But there are equally
compelling moral arguments that may
be in direct conflict with the argument
to protect ecosystems.
The main limitation of this method
is that this estimate is inevitably based
on a static snapshot of what is a com plex dynamic system.
In short, to continue the way of the
sustainable development it is very im portant to consider both economic ar guments, first the valuation of natural
capital, and moral arguments. Particu larly it is important to value how
changes in quality or quantity of the
ecosystem services can modify the costs
and benefits associated with human ac tivities.
A R C A utilizes this method of
analysis in order to establish on the lo cal scale the contribution of goods and
services which the nature daily offers to
preserve and to enhance the welfare of
each person.
Finally, because decision making in
the present society is often based in
economic terms, natural capital ac counting is a suitable indicator which, if
repeated and related to utilized goods
and evolution of behaviors, can help de fine the actions economically sustain able to defending nature.
75
life cycle analysis
Life Cycle Analysis (LCA) is a tool
that enables us to systematically mea sure the effects of the human activity
on the environment. During the life cy cle analysis of a product (or of a process
or an activity), the environmental im pacts are studied of the whole produc tive cycle, from the use of material and
energy until the consumption and the
management of the waste produced.
This method allows an environmental
diagnosis of the whole story of a prod uct, a cycle called “cradle to grave”, that
is from its production until the exhaus tion of its functions and effects.
LCA is a direct offspring of the glob al configuration and energetic audit
studies of the late 1960s and of the ear ly 1970s, and it represents, as a natural
extension, the basis for the eco-la belling schemes required for the prod ucts by the production companies,
which the market requires more and
more.
The LCA methodology utilises an ap proach that is very similar to other tools
such as Cradle to Grave Analysis, Ecobalancing or Material Flow Analysis.
The structure of a LCA is:
- definition of goals and scopes, and of
the boundaries of the study
- collection of data concerning the dif ferent stages of the life cycle (Life Cycle
Inventory)
- data processing and evaluation of en vironmental impacts (Life Cycle Assess -
76
ment)
- results Interpretation (Life Cycle Inter pretation)
The stage of the scopes determina tion of the analysis concerns the objects
to be achieved. They consist, as already
stated, of the evaluation of the environ mental and energetic performances of a
product, identifying, from the ecological
point of view, the most critical phases
which can be modified; of the compari son of different goods and services, also
for commercial purposes, or accom plishing the same functions, so that the
choices relevant to them can be opti mised. The goals definition is also useful
so that the adopted methodologies, the
reasons why the analysis is done and
the audience to whom communicate
the results are clear.
The phase called Life Cycle Inventory
is the core of the life cycle analysis. It
consists of four successive modules de scribing the environmental implications
of the analysed life cycle.
The Inventory is a repetitive process,
which means that the stages being part
of it take place more than once, until
the final goal is achieved.
The first Inventory stage is called the
F l ow Chart description and it is the
graphic translation of the process evo lution with its different phases, repre sented by boxes, linked by material
lyfe cycle analysis
f l ow s, represented by arrows. Consis tently with the meaning of the Life Cy cle Analysis, the Chart describes the
process, from the product formulation,
through the conditions of production
and consumption, until the waste stage.
The Flow Chart is therefore a model of
the reality which can be more or less
detailed. Its purpose is to give a first ori entation to the search of the data need ed for the study.
The next step is to provide a numeri cal connotation to the information
gathered representing the process, that
is collecting data for each sub-process
or flow identified. With regard to this,
two kinds of inputs and outputs of the
process can be classified: the economic
ones and the environmental ones. The
inflows can be either of economic ori gin, such as some raw materials, ser vices and energetic inputs, or of envi ronmental origin, such as the mined or
grown raw materials. As for the out flows, the final and semi-final products,
the by-products and waste are econom ic, while those affecting the environ ment, such the emissions causing air
and water pollution, as well as the solid
waste, are environmental. In general,
the items that need to be addressed in
the data collection can be summarised
as follows:
- data exactness, completeness and rep resentativeness;
- space-temporal and technological de -
scription;
- consistency and reproducibility of the
methods used;
- sources of data and their representa tiveness;
- uncertainty of the information.
Once the study goal set and the life
cycle identified, both graphically and
numerically through the data collection,
it is necessary to deepen the knowledge
of them by relating the process to the
surrounding environment and to other
inter-related processes, and, within the
process itself, to identify the major
components in comparison with the less
important ones. This is the phase when
the system boundaries are identified,
which means that we decide which unit
processes will be included in the analy sis and which will not. Once the data
gathered, a range of further information
is available about the analysed system,
which could also bring to new require ments or boundaries, and to review the
collection proceedings, in order to bet ter achieve the study goals. In some
cases, new arguments and problems can
be identified, such that the analysis
scopes can be reviewed.
The last stage of the Inventory
process is the data processing which
first of all foresees the transformation
of the data in a tabular form for each
phase of the process or life cycle. For in stance, it would be necessary to know
the amount of energy and some quali -
77
lyfe cycle analysis
tative and quantitative information
about the raw materials used and about
the product or the sub-product generat ed in each phase. The fact of gathering
data in a series of tables allows the cre ation of an information base, upon
which to evaluate the development of a
whole process or to compare it with an other.
The so-called Life Cycle Assessment
follows the phase called Inventory. Dur ing this phase the corresponding values
in terms of environmental impact are
associated to the collected data, which
means that the whole product evolution
“cradle to grave” is translated in terms
of environment effects. Adequate soft ware have been created that enables to
process data facilitating interpretation
and assessment of data.
The use of resources and productive
factors, as well as the emissions and the
waste production, affects the descrip tive parameters chosen to assess data
collected in the Inventory phase. They
are, for instance, the exploitation of
non-renewable resources and of energy,
the Global Warming of the planet, the
negative effects to the ozone layer, wa ter and soil toxicity and the human ex posure to toxic substances.
Of course, not all the environmental
variables have the same weight in the
different analysis, mostly when we
analyse different processes. For in -
78
stance, a type of process, or a produc tion stage of a process can have effects
more in terms of non-renewable re sources consumption than of climate
change related gas emissions, in com parison with another phase. It is there fore necessary to assign weights which
to each category. The weighting of the
different environmental components
will enable the analysis to move from a
more general analysis called process en vironmental profile to a real environ mental index obtained from the weight ed sum of all the partial results. Since
the weighting factors are generally de termined according to subjective crite ria, and since there is no large consen sus concerning the approach to be cho sen, it is adequate to select different
clusters of these factors, so that a range
of results can be obtained, which identi fies also the uncertainty and the possi ble data shifting from reality.
The determination of the environ mental index permits the user to identi fy what are the areas of the product life
cycle that can be improved, or which
one between two different products has
a lower impact on the environment.
The Assessment phase, from a scien tific and methodological point of view,
is still being developed, which means
that the operation which associates the
data collected in the Inventory phase
with the critical environmental vari ables chosen in the impacts assessment
lyfe cycle analysis
phase does not issue from generally ac cepted and acknowledged rules. Howev er, it is necessary that all the phases of
the research are inspired to criteria of
transparency, in order to assure that the
conclusions obtained are comparable
with other studies.
The last phase, Life Cycle Interpreta tion, is the outcome of the combination
of the Inventory phase and the Assess ment phase. Through the data interpre tation, it is possible to draw some con clusions or recommendations, consis tent with the analysis goals previously
set; these findings will have to be pre sented in a transparent and detailed
way, so that the results may be used by
the decision makers.
The life cycle analysis, although a
useful tool of evaluation of a process or
product environmental performances,
has some limitations, because of its very
nature.
First of all, the collection of exact
and detailed data requires much effort
and time (in the Inventory phase) to ob tain an accurate representation of real ity. The enterprises themselves are often
involved in this operational stage, and
they are not always willing to dissemi nate and to publish the information
that they consider confidential.
The collected data are then
processed and submitted to assessment,
which are often subjective. This is also
true of the interpretations, the diagno sis and the possible suggestions aiming
at attenuating the environmental im pacts.
In addition, there is no unanimous
belief that the translation of the analy sis results into a number index, or score,
is a useful simplification, because of the
uni-dimensional nature of a number
with regard to the complexity of the
phenomenon analysed (the interaction
between human activity and environ ment) is debeteble.
Finally, LCA represents a technical
and multi-disciplinary approach to en vironmental problems, whose results are
connected with the practitioners’ ca pacity of decomposing, identifying and
measuring the meaningful phases of the
processes.
Though we can assert that this is a
methodology with absolute value - if
ever they exist! - we can surely state
that it is a serious and concrete ap proach, able to identify the corrective
actions and to verify their effectiveness
by a fast updating of the previous re sults.
arca within which there are also
engineering experiences, proposes then
the adoption of LCA:
- to the companies, for whom the po tentialities of a life cycle analysis can be
expressed within the comparative eval uation of different products with similar
functions; in alternative, the LCA en -
79
lyfe cycle analysis
ables to optimise, in terms of environ mental impact, the different phases of a
single product life cycle, with a view to
the technology and to the production
phases, as well as to the methods of dis tribution and to the kinds of waste is sued from the cycle. The methodology
could be applied to obtain an ecolabel,
which would be also important from the
marketing and competition point of
view.
- to the Public Administration, mostly at
local level, which can be interested in
LCA projects, since they are useful, tak ing into consideration the interactions
between the socio-economic system
and the environment, for an evaluation
of sustainability of the local area eco nomic development politics.
arca proposes Life Cycle Analysis
to different clients with a double aim:
- to increase the scientific knowledge
owned by the client for a better man agement of the environmental re sources, consistently with the principles
of the sustainable development inspir ing the research;
- to provide the most suitable methods
to create a correct Environmental Man agement System enabling to get the
Certificate of EMAS and ISO 14000 in ternational standards.
80
exergy analysis
Today, in an industrial world, the use
of energy and other resources is organ ised in a network that is becoming more
and more complex. Technological im provements in matter and energy trans formations are bringing more advanced
solutions, however these solutions are
more efficient. For instance, we are able
to use electricity derived from a nuclear
power station for cooking, heating wa ter or powering air conditioning sys tems.
The indicator “Exergy” is a more ef fective way to verify if and how much a
system is efficient, whether in a single
productive process or on a territorial
level. Exergy originates from classical
thermodynamics, with applications in
engineering and, more recently, in ecol ogy and sustainability.
Regarding engineering and the exer getic analysis in chemistry, a fundamen tal work that of J. Szargut et al. (see ref erences), while exergy applications at a
level of energetic planning in a territory
was introduced by G. Wall who, for his
controversial position against nuclear
energy (unreasonable from an exergetic
point of view), lost his place at Stock holm University.
Prof. S.E. Jørgensen’s group has de veloped, in recent years, the exergy ap plication to ecological systems and in
particular to aquatic ecosystems. Re cently this approach was used to study
agricultural systems as well. Exergy is
the maximum work that can obtained
from a system when the system is
brought from its present state to the so
called “dead state”, that is, to a state in
thermal, mechanical and chemical equi librium with the surrounding environ ment
The Exergy formula is:
Ex = S(T – To) – V (p – po) +
+ i Ni (µi – µ oi) = T (S – Seq)
Where T, p, µi, To, P o and µ oi, are re spectively temperature, pressure and
chemical potential of the system and of
the surrounding environment; V is vol ume, N number of molecules and S is
the entropy of the system, while Seq is
the entropy of the system at equilibri um. Exergy is measured in Joule.
Natural resources are traditionally
divided in energy and other resources.
Such a division is often arbitrary: for in stance, wood can be considered
whether a building material or a fuel;
the same thing is true for oil.
All these aspects need to be consid ered on a common basis which can’t
simply be reduced to economic value.
Exergy is the appropriate foundation to
value the utility of a resource from a
fruitor’s point of view. In general, the
exergetic amount of an object can be
calculated by multiplying its energetic
amount by a conversion factor, always
smaller than 1 because the work we can
81
exergy analysis
obtain employing a certain amount of
energy is always smaller than its
amount of heat.
Man uses a very small portion of ex ergy from sun, for instance by farming.
Only less than 20% of the total flow of
resources, that converge towards pro ductive systems of the industrial society,
arrives at its final use. Some of the
enormous energy loss can be avoided by
designing productive process in a differ ent way.
For such a process the measure of
exergy is principally based on the sum of
the individual parts of the system, that
is, raw materials, energy use, final prod uct. This approach is based on the hy pothesis that many properties and func tions of a substance or a chemical can
be considered, at least in a first stage, as
the combination of the contribution of
molecular atoms and bonds.
An exergetic analysis at a territorial
level gives information on the level of
organisation of a system related to bal anced resources management. This in formation can be useful to identify the
areas where technical improvements or
conservation measures can be designed.
This kind of analysis is more effective if
it is used as a mean of comparison be tween similar systems.
R e c e n t l y, S.E. Jørgensen extended
this approach to systems at a bio-eco logical level. His results considered the
relations between entropy and informa -
82
tion, using the genetic information of
each species to account for the level of
organisation of the ecosystem.
For example, the exergy of an
aquatic ecosystem whose components
are phytoplankton (P), zooplankton (Z),
fish (F) and detritus (D), is given by:
Ex = RT [P (1.79·106) + Z (3.15·107)+
+F (2.52·108) + (D+P+Z+F)·7.34·105]
This formula is useful only to com pare some ecosystems and evaluate the
level of the system organisation.
In recent years the ratio
Exergy/Emergy was proposed as an indi cator. This ratio measures the efficiency
with which an ecosystem transforms its
inputs (in emergy terms) in organiza tion. Jørgensen showed that Emergy
and Exergy had a very strong correlation
in the development of natural selection.
This ratio can be useful to determinate
the level of evolution of an analysed
ecosystem and compare different nat ural and artificial ecosystems.
arca proposes the Exergy Analy sis as a validated approach in order to:
- Check the state of aquatic ecosystems
such as lakes, rivers, wetlands, etc. using
information from similar ecosystem
studies realised by arca.
- Measure the efficiency of a system, in
particular farming, pisciculture and
breeding of livestock.
Environmental protection has re cently become important in interna tional policy mainly for what concern
businesses because they must increas ingly meet urgent requests for “environ mental quality” of products and services
from governments and environmental
associations and movements. Environ mental certification is also increasingly
required by public administrations.
Until a few years ago the responsi bility for environmental conservation
was delegated totally to public institu tions, that had to reconcile environmen tal requests with production needs. They
often had inadequate operative and
legislative instruments. A new mentality
is now growing in advanced countries.
Environment and development are no
longer seen as competitors, but cooper ation between all parties to find a solu tion to environmental problems is
sought.
In this context was born the “envi ronmental certification”, that is a vol untary participation in an environmen tal management program, the targets of
which are observation of laws, rules and
existing agreements,and continuous im p r ovement of environmental perfor mance.
In Europe the ECC 1836/93 Regula tions called EMAS (Eco-Management
and Audit Scheme) began operation in
June 29, 1993. Certification according
to international rule ISO 14001, Novem -
ber 1996, can be undertaken by organi zations of any type, size or nationality.
In both cases, to obtain environ mental certification the organization
must draw up an environmental pro gram with well defined objectives, and
has to set an adequate environmental
management system that is constantly
revised and periodically audited. To ob tain and maintain certification, the or ganization has to demonstrate
quali/quantitatively that its “environ mental performance” is improv i n g .
EMAS requires a specific environmental
declaration that must be presented pe riodically.
Participation in an environmental
certification program has benefits and
costs and the benefits should justify the
costs. Among them:
- investments in instruments and plant
(e.g. to monitor and reduce pollution,
save energy, etc….)
- costs of processes modifications
- costs of certification inscription
- costs and benefits due to improvement
in image and external relations
- costs and benefits of an operational
character due to an increase in environ mental efficiency, with particular regard
to:
- optimization in the use of resources
- rationalization of procedures
- reduction of environmental risks
- rationalization and simplification of
procedures
83
- increased possibility of finance for
protection of public interest
- simplification of procedures needed
for authorizations.
To demonstrate the improving of the
environmental efficiency is a funda mental requirement of every type of
certification, the European regulations
suggest that indicators of the status of
the environmental management system
be used. The sustainability indicators in troduced in this handbook, especially of
those derived from emergy analysis of
Odum, are suitable for this purpose be cause they monitor environmental per formance of a system and enable com parison with similar systems. Unlike
many other commonly used indicators,
they are not only easy to interpret, but
also have a strong theoretical basis and
are both practical and scientifically rig orous.
Organizations wishing to undertake
certification must consult experts in en vironmental problems, to identify the
environmental impact factors that must
be considered, to organize a correct en vironmental policy with well defined
objectives, and to establish an appropri ate environmental management system
for the proposed objectives. These ex perts must be up to date with the most
advanced world research and modern
methodologies.
arca is one such association that
operates in close contact with the De -
84
partment of Chemical and Biosystems
Sciences and Technologies of the Uni versity of Siena (Italy). It offers scientif ically valid methods and keeps up to
date with the most qualified and ad vanced research in the environmental
field. arca can also train company
staff in environmental management.
The non profit-making status of the as sociation is a guarantee of serious and
impartial work. Furthermore the scien tific committee of a r c a i n c l u d i n g
Prof. Tiezzi, Prof. Ilya Prigogine (Nobel
prize for Chemistry in1977), Prof. Robert
Costanza, and other famous scientists
further qualify the association.
Besides ISO 14001 and EMAS, the
methodologies discussed here can also
be used to obtain certification of eco compatibility of products based on the
concept of Life Cycle Assessment (LCA
–ISO 14040). This considers all the pro duction steps of a product, including
planning and disposal. Its importance is
increasing, in that markets are begin ning to favour products that respect na ture. This certification is thus particu larly important for agriculture and food
products.
Environmental certification has a
wide range, because not only industry
can be certified, but also public struc tures such as towns or sectors as
tourism. Accommodation with particular
characteristics of ecocompatibility is in
increasing demand and some tour-oper -
ators indicate the environmental quali fications together with the category.
Environmental certification is there fore the concrete application of the sci entific-theoretical methods summa rized in this handbook. It is the first step
that organizations must make to show
that they are operating with respect for
the environment. Environmental certifi cation is not the final goal, but the defi nition of starting conditions that must
be improved in the long way of environ mental restoration and sustainable de velopment.
In particular lately environmental
certification is becoming widespread for
cities, especially of tourist, historical
and cultural interest, that intend to
demonstrate their effort in environmen tal field, to improve their environmental
performances and promote, thus, their
images. All this after the tremendous
outcry of the first environmental certifi cation of the village Varese Ligure (in
North of Italy), through RINA (Registro
Italiano Navale), one of the main Italian
institutions of certification, with which
the Department of Chemical and
Biosystems Sciences and Technology of
the University of Siena has subscripted,
starting from 2000, a convention that
ratify the reciprocal will to collaborate
for the diffusion of environmental certi fication and preservation of the envi ronment.
85
glossary
ENERGY
BALANCE:
an account of the total energy
which flows in a system.
BIOMASS : all plant and animal organic matters
living and otherwise.
movement.
CAPACITY:
it is defined as a load which a
causing irreversible alterations.
CAPITAL:
all natural systems (seas, rivers,
the initial conditions.
WORK: the product of a force acting on a body
and the distance of the body moving in the
direction of the force.
lakes, forests, flora, fauna, land), and the
GROSS DOMESTIC PRODUCT (GDP): the value of goods
products of farming, fishing, hunting and the
and services which a country produces in
artistic and cultural heritage of a territory.
ayear.
COMPLEXITY: a characteristic of systems the be havior of which is not the sum of its parts.
ENVIRONMENTAL
ACCOUNTING:
an account of the val -
ue of the natural and environmental re sources with economic and non-economic
indicators, quantifying ecosystem services
and damage to the environment.
RENEWABILITY: the quality of natural replacement
of a resource.
SYSTEM: a part of the physical world separate
from the surrounding environment.
REPLACEABILITY: the quality of a resource to be
substituted by another.
STEADY
STATE ECONOMIC:
if we use the word growth
GROWTH: increase of a system (economic or oth -
to indicate a quantitative change and the
erwise) resulting from the addition of mat -
word development for a qualitative change,
ter, assimilation or aggregation.
then we can say that an economy in the
EMERGY: the total quantity of solar emergy di rectly or indirectly required to generate a
product or a flow in a given process.
steady state develops but does not grow.
DEVELOPMENT: increase or realization of potential
in the economic and other senses
ENERGY: the ability of a body to perform a work
SUSTAINABLE DEVELOPMENT “to meet the needs of the
and dependent on its chemical or physical
present without compromising the ability of
state.
future generations to meet their own needs ”
ENTROPY: the inclination of a body, system or the
Universe to undergo deterioration in the
quality of the energy.
EXERGY: the maximum mechanical work that can
be obtained from an energy flow. In the
86
IRREVERSIBILITY: the unidirectionality of a process
or reaction which prevents exactly return to
population can put on a habitat without
NATURAL
sunlight to synthesize organic matter from
simple inorganic molecules.
HEAT: a form of energy depending on molecular
CARRYING
of the ecosystem.
PHOTOSYNTHESIS: a biochemical process which uses
(Rapporto Brundtland, 1987). There is sus tainable development when:
1) resources are used at a rate less than or
equal to the rate of regeneration.
2) pollutants are produced at a rate less than
analysis of ecosystem sustainability, this
or equal to the recycling or absorption ca -
function measures the level of organization
pacity of the environment.
useful equivalents
Units of Energy and
Work
1 joule (J) of energy.
Joule (J): the energy necessary to move
the application point of a force of 1
Newton (N), 1 meter (m). 1 J = 107 erg
Units of Power
Erg (erg): the energy necessary to move
the application point of a force of 1
dyne (dyne), 1 centimeter (cm)
Calory (cal): the energy necessary to in crease the temperature of 1 gram (g)
of distilled water, by 1°C (from
14.5°C to 15.5 °C) at standard pres sure. 1 cal = 4,186 J
Watt (W): the power corresponding to 1
joule (J) of work per second (s).
Steam-Horse (CV): the power corre sponding to 75 kilogram meters
(kgm) of work per second (sec). 1 CV
= 735.499 W
Units of concentration
Kilogram meter (kgm): the energy nec essary to move the application point
of a force of 1 kilogram (kg), 1 meter
(m). 1 kgm = 9,81 J
Parts per billion (ppb)
Watt hour (Wh): electric energy equal
to the work done by 1 Watt (W) of
power in 1 hour. 1 Wh = 3600 J
SI prefixes
Ton Equivalent of oil (tep): the energy of
one ton (t) of crude oil. 1 tep =
4,186x1010 J
Parts per million (ppm)
k = kilo = x103
m = milli = x10-3
M = mega = x10
6
µ = micro = x10-6
Ton Equivalent of Coal (tec): the energy
of one ton (t) of coal. 1 tec =
2,930x1010 J
G = giga = x10
9
n = nano = x10-9
T = tera = x10
12
p = pico = x10-12
Solar Emergy Joule (sej): the solar ener gy directly or indirectly equivalent to
87
arca studies
ARCA researchers have already carried
out various assessment studies of
the sustainability and environmental impact of different systems,
using numerous analysis methods
and indicator technologies. We present these experiences below:
“Analysis of Italy”, 1992, 1994.
“Analysis of Italian agricultural system”, 1992.
“Analysis of Tuscany”, 1994.
“Emergy evaluation of energy policies
for Florida”, 1995.
“Sustainability assessment of Municipality of Vignola and cherry production”, 1996.
“Sustainability assessment of three wine productions in the Province of
Siena: Chianti, Brunello of Montalcino e Nobile of Montepulciano”,
1997.
“The Sustainable Management of wetland ecosystems in Latin America”,
1997-2001
88
“Sustainability assessment of Province
of Modena”, 1998.
“Sustainability assessment of the waste management system in the Municipality of Modena”, 1998.
“Sustainability assessment of five tourist/thermal businesses in the Province of Siena”, 1999.
“ Sustainability assessment of ceramic
production in the Municipality of
Sassuolo”, 1999.
of Viterbo and some its municipalities”, 1999.
“Sustainability assessment of the waste management system in the Province of Siena”, 1999.
“Sustainability assessment of Municipality of Torino and Regione Piemonte”, 1999.
“Sustainability assessment of Municipality of Montalcino and production of Brunello wine”, 2000.
“Sustainability assessment of Municipality of Pescia”, 2000.
of Ravenna”, 2000.
“Study upon a Sustainable Development Scenarios Evaluation Project
of Venice Lagoon ”, 2000.
The results of the above studies were
presented in various international
workshops, meetings and congresses, and published in leading scientific journals.

gli indicatori della sostenibilità, un manuale - Agenda 21

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