Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Facoltà di Ingegneria – Sede di Reggio Emilia –
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale
Analisi del Ciclo di Vita (LCA) di una discarica per
RSU ed RSA con recupero energetico da biogas
IN COLLABORAZIONE CON:
Relatore:
Chiar.ma Prof.ssa Ing. GIGLIOLA SPADONI
Correlatori:
Ing. PAOLO NERI (ENEA)
Dott. MARCO BERGONZONI (AGAC)
Tesi di Laurea di :
IRENE TADDEI
Scopo dello studio:
Quantificare il vantaggio ambientale ed
economico del recupero energetico del
biogas nella discarica di Poiatica mediante
l’Analisi del Ciclo di Vita
LCA ( Life Cycle Assessment )
LCA ( Life Cycle Assessment )
“L’LCA è un processo che permette di
valutare gli impatti ambientali associati ad
un prodotto, processo o attività, attraverso
l’identificazione e la quantificazione dei
consumi di materia, energia ed emissioni
nell’ambiente e l’identificazione e la
valutazione delle opportunità per diminuire
questi impatti.”
“SETAC” ( Society of Environmental Toxicology and Chemistry, [1993] )
LCA ( Life Cycle Assessment )
“ L’analisi riguarda l’intero ciclo di vita del
prodotto ( “ dalla culla alla tomba ” ):
dall’estrazione e trattamento delle materie
prime, alla produzione, trasporto e
distribuzione del prodotto, al suo uso, riuso
e manutenzione, fino al riciclo ed alla
collocazione finale del prodotto dopo l’uso. ”
“SETAC” ( Society of Environmental Toxicology and Chemistry, [1993] )
Schema dell’LCA ( UNI–ISO 14040 )
OBIETTIVO
UNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMA
CONFINI
MATERIALI
PROCESSI
EMISSIONI
CLASSIFICAZIONE
ENERGIE
INVENTARIO
CARATTERIZZAZIONE
COMPETENZE:
INGEGNERIA, FISICA,
BIOLOGIA, CHIMICA,
MEDICINA, ECONOMIA
NORMALIZZAZIONE
VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE
METODO ECO INDICATOR 99
PROPOSTE PER LA
RIDUZIONE DEL DANNO
VALUTAZIONE
SimaPro 5.0 ed Eco Indicator 99
X
1 kg di SOSTANZA EMESSA
1 kg CO2
fattori di CARATTERIZZAZIONE
SALUTE UMANA:
(DALY: Disability
Adjusted Life Years)
QUALITA’
:
dell’ECOSISTEMA
(PDF*m2*anno: Potentially
Disappeared Fraction)
IMPOVERIMENTO :
delle RISORSE
(MJ Surplus)
X
X
 sostanze cancerogene
 malattie respiratorie (sost. org.)
 malattie respiratorie (sost. inorg.)
 cambiamenti climatici
 impoverimento dello strato di ozono
 radiazioni ionizzanti
2,1E-7
 acidificazione/eutrofizzazione
 ecotossicita’
 uso del territorio
 minerali
 combustibili fossili
fattori di NORMALIZZAZIONE
Inverso del danno subito dal cittadino medio europeo in 1 anno
64,7
(salute umana)
fattori DI VALUTAZIONE
Importanza relativa delle categorie di danno
300
(salute umana)
0,004076 Pt/kg
Lo studio
Raccolta rifiuti
1 t di RSU/RSA in discarica
Dati AGAC
Calcolo con HELP
LCA impianto
captazione biogas
e rete raccolta
percolato
Calcolo con
LandGEM
Efficienza di
captazione
Biogas prodotto in
40 anni
Percolato prodotto
in 40 anni
Depurazione
percolato
LCA emissioni in
acque superficiali
LCA del modulo
per il recupero
energetico
Energia
elettrica
utilizzata
Biogas captato
e bruciato
LCA
emissioni
torcia
LCA gas di
scarico
motore
LCA caso senza recupero
LCA caso con recupero
LCA biogas non
captato
Energia
elettrica
prodotta
LCA dell’impianto di captazione del
biogas e raccolta del percolato
1°, 2° e 3° LOTTO: 520.000 m3 + 437.000 m3
RETE DI
DRENAGGIO PER
IL PERCOLATO
VASCHE DI
RACCOLTA
RETE POZZI BIOGAS
SOTTOSTAZIONI
(A, B, C, D)
CENTRALE DI
ASPIRAZIONE
Torcia
Modulo
Rec. En.
CABINA DI CONTROLLO
RETE PER LE
ACQUE
METEORICHE
LCA del modulo per il recupero
energetico
fumi
SILENZIATORE
TERMOREATTORE
RADIATORE
fumi
biogas
MOTORE
ENDOTERMICO
GENERATORE
(625 kW)
AUSILIARI E STRUMENTAZIONE DI
CONTROLLO
CONTAINER
energia
elettrica
Analisi dei risultati (waste treatment)
La VALUTAZIONE:
 1,07 Pt/t;
 Human health: 1,13 Pt/t; 51% del danno nella categoria Climate change;
 Ecosystem Quality: 0,88 Pt/t; 81% del danno nella categoria Land use;
 Resources: -0,94 Pt/t grazie a –1,6 Pt/t dovuti all’energia elettrica;
88,6% del vantaggio nella categoria Fossil fuels.
Analisi dei risultati (waste treatment)
La CARATTERIZZAZIONE:
 guadagno di 0,64 €/t
 nella categoria Climate change dovuto per il 68% al biogas non captato ed
in particolare al metano in esso contenuto;
 nella categoria Land use il 98,2% del danno è dovuto all’occupazione di
territorio da parte della discarica;
 nella categoria Fossil fuels si ha un vantaggio dovuto all’energia prodotta
con il consumo evitato di derivati del petrolio.
LCA del biogas non captato (1 Nm3)
 99,5% del danno nella categoria Climate change di cui: 91,9% dovuto a
CH4 e 8,1% a CO2
 Respiratory organics: 2,7% del danno (CH4 e C6H6)
 Respiratory inorganics: 2,4% del danno (SO2)
 Carcinogens: 0,24% del danno (C6H6, CVM)
 Acidification/Eutrophication: 0,026% (SO2, SO3, NO, NO2)
Confronto col caso senza recupero
La caratterizzazione:
Costo: 5,25 €/t
Danno dovuto alla
combustione del biogas
Ricavo: 0,64 €/t
:
0,387 Pt/t
(torcia)
0,602 Pt/t
(0,254 torcia e
0,348 motore)
Confronto col caso senza recupero
La valutazione (per t di rifiuti):
Pt di danno:
3,76
1,07
Guadagno del 71,5%
Human Health:
1,9 Pt
1,13 Pt
Guadagno del 40,5%
Ecosystem Quality:
1,11 Pt
0,879 Pt
Guadagno del 20,8%
0,747 Pt
-0,943 Pt
Guadagno del 226%
Resources:
Aspetti economici e Certificati Verdi
Voci di costo e ricavo considerate:
Costruzione ed ampliamento della discarica
Raccolta dei rifiuti nel periodo di operatività (costi e ricavi)
Gestione della discarica nel periodo di operatività e post-operatività
Acquisto modulo per il recupero energetico ed opere civili annesse
Manutenzione e consumi del modulo
Energia elettrica (prelevata e ceduta)
Costo:
5,25 €/t
Vendita energia elettrica prodotta
Circa 60% (primi 8 anni) e 47,6%
(complessivamente) del ricavo dovuto a :
Certificati Verdi
(D.Lgs. 79/99 e D.M. 11/99)
1 CV ogni 100 MWh immessi in rete (circa
0,0775 €/kWh)
Ricavo:
0,64 €/t
Costo economico del danno ambientale
CONFERIMENTO IN DISCARICA DI 1 T DI RIFIUTI (1,07 Pt)
HUMAN HEALTH
ECOSYSTEM
QUALITY
RESOURCES
5,8E-5 DALY:
0,508 h perse dalla
comunità europea
9,02 PDF*m2*y:
Aumento del
3,11E-11% di specie
europee danneggiate
Guadagno di
28 MJ Surplus
Danno economico del
cittadino medio:
2E-9 €
Costo economico per
il ripristino:
4,14E-3 €
Guadagno di:
0,8 €
Analisi di sensitività: efficienza di
captazione del 70%
BIOGAS NON CAPTATO
0,708 Pt/t
(efficienza 90%)
pari a 18,7% del danno totale
ENERGIA ELETTRICA
PRODOTTA E CEDUTA
-2,71 Pt/t
CON EFFICIENZA DEL 70,16%
DANNO BIOGAS NON CAPTATO = 2,71 Pt/t (46,9% del totale)
=
VANTAGGIO DERIVANTE DALL’ENERGIA ELETTRICA
e
DANNO TOTALE pari a 3,07 Pt/t contro i 3,76 Pt/t del
CASO SENZA RECUPERO
Analisi di sensitività: efficienza di
captazione del 70%
Confronto tra diverse composizioni del
biogas: dati AGAC, LandGEM, APAT.
 0,0236 Pt/Nm3 (APAT) < 0,0385 Pt/Nm3 (AGAC) < 0,0431 Pt/Nm3(LandGEM)
 Respiratory organics, Respiratory inorganics, Climate change, Ecotoxicity:
valore compreso tra quelli APAT e LandGEM
 Carcinogens: valore minore di quelli APAT (dioxin) e
LandGEM (1,1,2,2-tetrachloroethane)
 Ozon layer: LandGEM (CFC 12); Acidification/Eutrophication: APAT (NOx)
LCA utilizzando una discarica
presente nella banca dati
 Composizione merceologica rifiuti Reggio Emilia (dato AGAC)
 no land use e biogas (solo percolato)
 4,72 Pt/t: maggiore dei casi con e senza recupero => stima
cautelativa
Confronto con un inceneritore
 inceneritore per rifiuti non pretrattati (APAT), con recupero energetico
ma considerato per 25 anni e non 40 e senza land use;
 1,07 Pt/t (discarica) contro 0,986 Pt/t (inceneritore).
Confronto con materiali ed energie ad
uguale danno
Il conferimento di 1 t di rifiuti in discarica equivale, in termini di danno
ambientale:
alla produzione di:
11,54 kg di acciaio
57,85 kg di materiale ceramico
0,781 kg di tessuto di cotone
23,67 kWh di energia elettrica utilizzata sul territorio
italiano che corrisponde al consumo di:
Frigorifero da 250 l per 23,67 giorni
Lavatrice da 1,5 kW per circa 9 cicli
Boiler da 80 l per circa 5 riscaldamenti (60 °C)
Ad 80 km percorsi con auto a benzina
Conclusioni
VANTAGGIO DEL RECUPERO ENERGETICO:
AMBIENTALE:
3,76 Pt/t
1,07 Pt/t
Guadagno: 71,5%
ECONOMICO:
Costo:
5,25 €/t
Ricavo:
0,64 €/t
Ruolo CV
(66% - 47,6%)
RILEVANZA DEL
BIOGAS NON
CAPTATO:
18,7% del danno totale
Per efficienza = 70,16%:
Danno biogas n.c. = vantaggio en. elettrica
 IMPORTANZA E NECESSITA’ DI
UN MONITORAGGIO E CONTROLLO DEL BIOGAS
NON CAPTATO
 MISURE PER RIDURNE LA QUANTITA’
Direttiva 1999/31/CE recepita con D.Lgs. 36/03