UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA
Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN.
Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio
L’analisi del ciclo di vita (LCA) della
produzione di 1 MJ di energia termica
da combustione di biomassa legnosa
Relatore: Ch.mo prof. Davide Pettenella
Correlatore: Ing. Paolo Neri
In collaborazione con
Laureanda: Alice Tanfoglio
Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente
Obiettivo dello studio
Valutazione
• impatto ambientale
• convenienza energetica
• costo economico esterno
della produzione di 1 MJ di energia termica da
combustione di cippato
con il metodo
LCA - Life Cycle Assessment
(norma europea UNI EN ISO 14040)
Il metodo LCA
“ Processo che permette di valutare gli
impatti ambientali associati ad un prodotto,
processo o attività, attraverso l’identificazione
e la quantificazione dei consumi di materia,
energia ed emissioni nell’ambiente.”
(SETAC, 1991)
Il metodo LCA
CICLO DI VITA: “From cradle to grave”
• Fase di produzione:
Materie prime
Realizzazione
• Fase d’uso:
Uso
Dismissione
• Fase di fine vita: Riutilizzo, riciclo,
smaltimento…
Il metodo LCA
1 - Fase preliminare
2 - Inventario
3 - Elaborazione dati
Elaborazione dati
Classificazione
Caratterizzazione
Normalizzazione
Valutazione
Alle sostanze catalogate nell’inventario
vengono assegnate una o più categorie
di impatto
Sostanza x Fattore di Caratterizzazione
Il risultato della caratterizzazione viene
rapportato ad un valore di riferimento
Assegnazione di un fattore di valutazione
ad ogni categoria di impatto
Applicazione del metodo
LCA
al sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
• Obiettivo dello studio:
Valutazione
• impatto ambientale
• convenienza energetica
• costo economico esterno
della produzione di 1 MJ di energia termica da
combustione di cippato
1 - Fase preliminare
• Sistema oggetto di studio:
Impianto di produzione di energia termica di
proprietà dell’Azienda Agricola Reffo
(Dolo – VE)
• CALDAIA
Componenti principali:
• ARBORETO
1 - Fase preliminare
• Sistema oggetto di studio:
CALDAIA
• Potenza: 35 kW t
• Energia / anno: 110.400 MJ
• Potenza per automazione: 3 kW
• Accumulo acqua calda: 1 m3
• Volumetria riscaldata: 1100 m3
1 - Fase preliminare
• Sistema oggetto di studio:
• Superficie utilizzata: 3500 m2
• Produttività: 1,2 t /ha/anno/100m
ARBORETO
• Quantità raccolta : 12 t / anno
• Turno: 30 anni
• Ciclo taglio: 5 anni
• Arboreto misto: platano, ontano,
olmo, ciliegio, noce, frassino e farnia
1 - Fase preliminare
• Unità funzionale:
110.400 MJ
• Confini
del sistema:
produzione legna (12 t)
produzione energia (110.400 MJ)
• AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali
• Dati:
• banca dati di SimaPro7
• Strumento elaborazione dati:
software
SimaPro 7.0
2 - Inventario
PROCESSO
PRINCIPALE
Cippato,
arboreto di
pianura, in
caldaia,35
kW
Electricity LV
use in I +
imports 2005
Produzione
del legno
fresco
Vivaio
Taglio e
cippatura
Power
sawing, with
catalytic
converter
Furnace,
wood chips,
hardwood,
50kW
Wood
chopping,
mobile
chopper
Emissioni e
ceneri
(0.00025m3)
Emissioni e
ceneri da
legno
(0.000309m3)
Inventario
1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW
Unità funzionale: 110.400 MJ
Sottoprocessi:
• Electricity LV use in I + imports2005: 460 kWh
• Produzione del legno fresco (3500m2):12 t
• Taglio e cippatura:12 t
• Furnace, wood chips, hardwood, 50kW: 0,0117 p
• Emissioni e ceneri (0.00025m3): 9,6 t
Inventario
2- Produzione legno
Unità funzionale: 360 t
Risorse: • Occupation, forest, extensive:105.000 m2a
• Carbon dioxide, in air: 327,6 t
• Vivaio: 0,03333p
• Energy, gross calorific value, in biomass: 3.330.000 MJ
Materiali: • PVC film: 202,5 kg
Elettricità:
• Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2
• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg
• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2
Inventario
Stima CO2 assorbita
Contenuto idrico del legno fresco (w): 50%
Sostanza secca (SS): 0,5 t /t legno fresco
Contenuto di C nella SS: circa 50%
0,25 t / t legno fresco
Peso 1 mole CO2: 44 g
Peso 1 mole C: 12 g
Inventario
Stima CO2 assorbita
Rapporto tra i pesi molecolari di CO2 e C:
44/12 = 3,66
3,66 t CO2 / t C
1tC
4 t legno fresco
3,66 / 4 = 0,91 t CO2 / t legno fresco
quantità di CO2 assorbita dalla biomassa raccolta:
12 t * 0,91 =
10,92 t/anno
Inventario
3- Coltivazione in vivaio
Unità funzionale: 1 p
Risorse:
Elettricità:
• Occupation, forest, intensive: 60 m2a
• Carbon dioxide, in air: 21,84 t
• Energy, gross calorific value, in biomass: 2.220.000 MJ
• Water, unspecified natural origin: 2,1kg
• Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2
• Planting/CH: 3500 m2
• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg
• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2
Inventario
3- Coltivazione in vivaio
Materiali:
•PET bottle grade: 60 kg
•Fertiliser (N):1,824kg
•Fertiliser (P):0,582kg
•Fertiliser (K):0,708kg
•Molybdenum, in ground: 0,002112kg
•Magnesium, in ground: 0,24kg
•Iron, in ground0,0504kg
•Manganese, in ground0,00576kg
•Zinc, in ground0,001728kg
•Copper, in ground0,00768kg
•Sulfur, in ground0,384kg
•[thio]carbamate-compounds/RER S0,03kg
•Glyphosate, at regional storehouse/RER S0,102kg
Inventario
3- Coltivazione in vivaio
Materiali:
Inputs
tecnologici:
•2,4-D, at regional storehouse/CH: 0,001998 kg
•Pyretroid-compounds: 0,001998 kg
•Organophosphorus-compounds: 0,001998 kg
•Sulphur B 2500: 003996 kg
•Triazine-compounds: 0,003996 kg
•Dithiocarbamate-compounds: 0,003996 kg
•Irrigating: 289,98 m2
•Application of plant protection products, by field
sprayer/CH: 60 m2
•Transport, lorry 28 t: 0,12337 tkm
Inventario
3- Coltivazione in vivaio
Emissioni in aria:
Emissioni in acqua:
•Thiram: 0,000108kg
•Ziram: 0,00000432kg
•Glyphosate: 0,0115kg
•Deltamethrin: 0,0000028kg
•Chlorpyrifos: 0,000046kg
•Cyproconazole: 0,001005kg
•Ziram: 0,0011796kg
•Thiram: 0,0295kg
•Glyphosate: 0,000714kg
Inventario
3- Coltivazione in vivaio
Emissioni al suolo:
•Thiram: 0,000189 kg
•Deltamethrin: 0,001015 kg
•Chlorpyrifos: 0,000992 kg
•Cyproconazole: 0,0000972 kg
•Ziram: 0,00000756 kg
•Glyphosate: 0,000278 kg
Trattamento rifiuti: •Recycling PET: 60 kg
Ripartizione ambientale (%) fitofarmaci*
Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)
P.A.
Aria
Acqua
Suolo
Sedimenti
Solidi
sospesi
Biomassa
acquatica
Biomassa
terrestre
Thiram
0,36
98,3
0,63
0,59
0
0
0,13
Ziram
0,36
98,3
0,63
0,59
0
0
0,13
Deltamethrin
0
0,14
50,82
47,43
0,08
0,01
1,52
Chlorpyrifos
0
2,29
49,64
46,43
0,08
0,01
1,65
Cyproconazole
0
83,77
8,1
7,56
0,01
0
0,55
* archivio APAT prodotti fitosanitari
Ripartizione ambientale Glyphosate
Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)
• Molecola fortemente ionizzabile
• Unità di mondo “Basso Piave”
P.A.
Glyphosate
Aria
Acqua
Suolo
1,15*10-
5,77*10-
7,14*10-
08
02
02
scelta Koc
Sedimenti
Solidi
sospesi
Biomassa
acquatica
Biomassa
terrestre
1,37*10-02
2,28*10-05
4,13*10-10
2,81*10-03
Inventario
4- Taglio e cippatura
Unità funzionale:
Elettricità:
12 t
• Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h
• Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg
Inventario
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Unità funzionale: 0,074 kg
Emissioni in aria: • Acetaldehyde 6,1E-08 kg
• Ammonia 1,73 E-06 kg
• Arsenic 1E-09 kg
• Benzene 9,1E-07 kg
• Benzene, ethyl- 3E-08 kg
• Benzene, hexachloro- 7,2E-15 kg
• Benzo(a)pyrene 5E-10 kg
• Bromine 6E-08 kg
• Cadmium 7E-10kg
• Calcium 5,85E-06 kg
Inventario
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Carbon dioxide, biogenic 0,134 kg
• Carbon monoxide, biogenic 0,000118 kg
• Chlorine 1,8*10-07 kg
• Chromium 3,96*10-09 kg
• Chromium VI 4*10-11 kg
• Copper 2,2*10-08 kg
• Dinitrogen monoxide 0,000003 kg
• Dioxins, as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin
3,1*10-14 kg
• Fluorine 5*10-08 kg
• Formaldehyde1,3*10-07 kg
• Heat, waste1,08 MJ
Inventario
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Hydrocarbons aliphatic unspecified 9,1*10-07 kg
• Hydrocarbons aliphatic unsaturated 3,1*10-06 kg
• Lead 2,5*10-08 kg
• Magnesium3,6*10-07 kg
• Manganese1,7*10-07 kg
• Mercury 3*10-10 kg
• Methane, biogenic7E-07kg
• m-Xylene1,2E-07kg
• Nickel6E-09kg
• Nitrogen oxides0,00013kg
• NMVOC, non-methane volatile organic
compounds, unspecified origin9E-07kg
• PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons1,11E-08kg
Inventario
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria:
Rifiuti da trattare:
• Particulates, < 2.5 um0,000034kg
• Phenol, pentachloro-8,1E-12kg
• Phosphorus3E-07kg
• Potassium2,34E-05kg
• Sodium1,3E-06kg
• Sulfur dioxide2,5E-06kg
• Toluene3E-07kg
• Zinc3E-07kg
• Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to
landfarming/CH 0,00025kg
• Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to
municipal incineration/CH 0,00025kg
3- Elaborazione dati:
Il metodo Eco-indicator 99
Categorie di impatto
Categorie di danno
Analisi dei risultati
Eco-indicator 99
Impatto totale:
0,00164913 Pt
55,11% Human Health
27,27% Ecosystem Quality
17,62% Resources
Emissioni e ceneri 88%
Produzione legno -13%
EPS 2000
Impatto totale:
0,00838478 Pt
49,23% Human Health
33,28% Ecosystem
Production Capacity
16,88% Abiotic Stock
Resource
0,61% Biodiversity
Emissioni e ceneri 175%
Produzione legno -193%
IMPACT 2002+
Impatto totale:
1,017*10-5 Pt
53,24% Human Health
35,21% Ecosystem Quality
6,71% Climate Change
4,86% Resources
Emissioni e ceneri 83%
EDIP/UMIP 97
Impatto totale:
0,000264 Pt
Emissioni e ceneri 75,18%
Analisi dei risultati
CO2 EMESSA
Carbon dioxide biogenic 108 g
Carbon dioxide 4,07 g
Carbon dioxide, fossil 2,14 g
CO2 ASSORBITA
Carbon dioxide in air 105,6 g
Analisi di sensibilità
Produzione 1 MJ da diverse fonti
1. Heat industrial coal fornace 1-10 MW
(centrale termica a carbone)
2. Heat natural gas at boiler atm., low NOx
(centrale termica a gas)
3. Heat, light fuel oil, at boiler 10 kW condensing
(impianto a olio combustibile per utenza monofamiliare)
4. Heat, at plate collector, one familiy house for
(impianto solare termico per utenza monofamiliare)
5. Cippato, bruciato in caldaia, 35 kW
(sistema oggetto di studio)
Produzione 1 MJ da diverse fonti
Processo
meno
impattante
1
2
3
4
5
Analisi dei costi esterni
Analisi dei costi esterni
Human Health
EPS 2000
Eco-indicator 99 (UE15)
Eco-indicator 99(pop.
mondiale)
Ecosystem Quality/ Resources/Abiotic
Biodiversity
Stock
Resource
0,0041
0,00005102
0,0014
0,00131268
0,0010588
0,000171138
0,0218
0,0175
0,0028
Ecosystem
Production
capacity
0,0028
Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è
Human Health
Conclusioni
Conclusioni
• IMPATTO:
Human Health
• ENERGIA:
Emissioni e ceneri
0,075 MJ
• PM < 2.5mm
• NOx
1 MJ
Bilancio energetico: 1 – 0,075 = 0,925
Rapporto efficienza: 1 / 0,075 = 13,3
• COSTI ESTERNI: Human Health