LCA di un 1l di succo di pesca
Analisi comparativa fra una filiera convenzionale e una filiera con
produzione integrata di bioenergia da scarti
Autori:
De Menna Fabio - DISTAL,
Università di Bologna
Neri Paolo - LCAlab
Tutor:
Vittuari Matteo - DISTAL,
Università di Bologna
Litido Maria - ENEA, Centro
Ricerche Bologna
Sommario
• Introduzione: biomassa, bioenergia e
sostenibilità
• Obiettivi e metodologia
• Inventario delle filiere
• LCIA della filiera convenzionale
• Confronto con filiera integrata
• Confronto con filiera non integrata
• Analisi di sensibilità
• Conclusioni
Biomassa, bioenergia e sostenibilità
• Crescita dell’uso di biomassa per la produzione di bioenergie
soprattutto per sicurezza energetica e cambiamento climatico
(Edenhofer et al., 2012)
• Sostenibilità largamente dipendente da tipologia di produzione
dei feedstocks, conversione energetica e supply chain: in
alcuni casi impatti su deforestazione, competizione uso dei
suoli e risorse, perdita di biodiversità, etc.
(Bucholz et al., 2009; Rosillo-Calle et al. 2008)
Biomassa, bioenergia e sostenibilità
Crescente tendenza allo sviluppo di indicatori e lineeguida che
favoriscano una maggiore sostenibilità ambientale, economica e
sociale
(GBEP, 2011; Scarlat and Dallemand, 2011)
Esempi di proposte:
• EU Directive 2009/28/EC, che stabilisce alcuni criteri
minimi (-35% GHG; no food vs. fuel; biodiversità;
protezione ambiente; prosperità economica)
• Congelamento produzione 1° generazione biofuel
• Blocco dei sussidi
• Uso non-food crops
Biomassa, bioenergia e sostenibilità
• Focus su scarti e biomassa esistente: utilizzo di residui del
settore agroalimentare e forestale vs. coltivazione di energy
crops
• Possibili vantaggi:
• no crescita uso del suolo;
• possibilità di integrazione con attività esistenti (es.
prod. di cibo);
• > indipendenza energetica;
• Possibili esternalità negative:
• particolato e altre sostanze inquinanti;
• impatto su paesaggio (aree rurali);
• smaltimento di prodotti ancora edibili;
Obiettivi dello studio
• Valutazione del danno ambientale del ciclo di vita del
nettare di pesca, con focus su
– aspetti energetici;
– spreco di cibo edibile.
• Confronto fra filiere con diversi utilizzi degli scarti:
– F. convenzionale: produzione del succo di pesca e smaltimento
tradizionale degli scarti (spargimento al suolo nella coltivazione,
compostaggio e mangimistica nella trasformazione, acque reflue
nella distribuzione e nel consumo)
– F. integrata: produzione del succo di pesca e di energia
rinnovabile da scarti per autoconsumo
– F. non integrata: produzione di succo di pesca e vendita degli
scarti a produttori di energia (no autoconsumo)
Funzione e confini del sistema
• Funzione principale è alimentare => UF 1l di
nettare di pesca consumato
• I confini del sistema includono tutti segmenti
dalla raccolta delle materie prime alla
dismissione di tutti gli scarti:
– Conv.: coltivazione, trasformazione, distribuzione,
consumo e fine vita degli scarti delle diverse fasi
– Integr. & Non integr.: inclusione delle produzioni di
energia (con o senza autoconsumo)
Qualità dei dati
• I dati utilizzati sono stati raccolti in
letteratura, disciplinari di produzione, web
• In mancanza di dati sono state fatte delle
ipotesi
• Ca. 60 processi creati (es: 11 proc. di
trasformaz)
• Uso e/o modifica di processi Ecoinvent
Metodologia
• Codice: SimaPro 7.3.3
• Database: Ecoinvent 2.2
• LCIA condotto con metodo IMPACT 2002+
modificato e nuovo indicatore:
– Fabbisogno calorico recuperabile: misura lo
spreco di cibo in kcal alimentari da scarti
edibili, impatto in Human Health come
mancato apporto calorico
LCI F. convenzionale: alcuni aspetti
• 1 processo che rappresenta la filiera (Peach nectar, farm to fork)
con i segmenti separati inclusi come sottoprocessi:
– Coltivazione (UF 240t di pesche in 20 anni):
• fertilizzanti, pesticidi e lavorazioni (dati disciplinari, calcolo emissioni su
modelli Ecoinvent e distribuzione comparti Mackay);
• consumi energetici di un capannone
• 2% di non raccolto (dati ISTAT) tradotto in kcal (INRAN);
• potature al suolo: difficile tradurre come apporto SO e MP
– Trasformazione (UF 3697 brik di nettare):
• 13 fasi lavoraz. con consumi di acqua ed energia da dati produttori
macchinari;
• smaltimento scarto in mangimistica e compost;
– Distribuzione (UF 3660 brik distribuiti):
• modellato su base LCAfood.dk;
• scarto da dati fatturato settore, smaltimento in reflue;
– Consumo (UF 0,99 l di nettare consumato):
• modellato su base LCAfood.dk;
• ipotesi di scarto 1%, smaltimento in reflue.
LCI F. integrata - energie evitate
• Filiera integrata (produz. e autoconsumo di energia)
rappresentata secondo due differenti modalità: prodotto
evitato vs. coprodotto
• Inventario include in entrambi i casi entrambe le
produzioni (cibo e energia) negli stessi processi
• Filiera con energie evitate: 1 processo con i 4 segmenti
come sottoprocessi
• Inclusione nei sottoprocessi delle energie elettrica e
termica cogenerate dagli scarti come prodotti evitati
(elett. da rete e termica da gas) e come input:
– Cogenerazione da cippato di potature nella coltiv.
– Cogenerazione da biogas da scarti pesca in trasf. distrib. e cons.
LCI F. integrata - energie coprodotte
• Filiera rappresentata dal processo Peach nectar, integrated
bioenergy, farm to fork (coproduct), con UF = 0,99l di nettare
consumato
• Processi che rappresentano i segmenti sono multi output, con
prodotto principale (pesche o succo) e coprodotti (energia elettrica,
termica e scarti), criterio di allocazione economica
• Struttura dei processi: no segmenti come sottoprocessi sequenziali
ma serie di processi concatenati (a cascata) per l’adozione del
coprodotto:
– Ripartizione del danno fra i vari output in ogni segmento
– Nel segmento successivo, l’allocazione ripartisce il danno del segmento
precedente fra i vari output
• Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera
convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni
a cascata
• Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente
del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è
stato realizzato
LCI F. integrata - energie coprodotte
• Con sequenzialità => somma dei danni (possibile nella filiera
convenzionale) mentre con concatenazione => ripartizione dei danni
a cascata
• Memoria di filiera: ogni processo tiene conto della storia precedente
del prodotto/materia prima utilizzato, e della modalità con cui esso è
stato realizzato
• A diff. della filiera con energie evitate, autoconsumo rappresentato
mediante sostituzione degli input energetici della filiera conv. con i
coprodotti stessi (es. “electricity from peach prunings” vs. “electricity,
low voltage at grid”)
• Autoconsumo e ripartizione del danno per allocazione => una parte
del danno viene reinserito nella filiera stessa:
– annullamento dell’effetto dell’allocazione nel caso tutta l’energia
coprodotta sia consumata
– aumento dell’effetto all’aumentare dell’eventuale surplus
LCI F. non integrata - scarti coprodotti e
filiere energie
• Prod. alimentare e prod. energie
rinnovabili collegate ma separate
• F. alimentare => succo e scarti come
coprodotti (all. economica e
concatenazione)
• 2 f. energetiche => scarti utilizzati per la
produzione di energia elettrica e termica
• Obiezione: comparabilità dei sistemi vs.
focus su impatti congiunti
LCIA: Network - F. convenzionale
LCIA Caratt. - F. convenzionale
LCIA Caratt. - F. convenzionale
• Carcinogens, Ozone layer depletion, Respiratory
organics: danno dovuto principalmente alla produzione
del contenitore
• Non-Carcinogens: dovuto principalmente a emissioni
da incenerimento packaging, coltivazione e compost
• Respiratory inorganics: derivante soprattutto da
trasporti e produzione di energia
• Ionizing radiation: derivante da smaltimento rifiuti
nucleari
• Acquatic ecotoxicity e Terrestrial ecotoxicity :
pesticidi e metalli nella coltivazione
• Terrestrial acid/nutri: coltivazione e trasporti
• Land occupation: coltivazione di mais e barbabietola da
zucchero
• Global warming, Non-renewable Energy Mineral
extraction : dovuto all’energia per la trasformazione e
per il capannone
• Fabbisogno calorico recuperabile: per il 38.72% in
distribuzione
LCIA: Damage ass. - F. convenzionale
HH
EQ
CC
RES
ER
5.1637E-7
DALY
3.4431
PDF*m2*yr
0.90941
kgCO2eq
15.309 MJ
0.020289MJ
LCIA: Single score - F. convenzionale
Danno tot: 0.00051674 Pt dovuto per il 30.06% alla coltivaz., per il 53.21% alla
trasformazione, per l’8.19% alla distribuzione e per l’8.54% al consumo
Categorie di danno: 14.09% a Human Health, 48.64% a Ecosystem Quality, 17.78%
a Climate change e 19.49% a Resources.
F. convenzionale vs. F. con riciclo
Il processo con il riciclo produce un impatto maggiore del 3%, a causa di Terrestrial
ecotoxicity e Non-carcinogens, (+ 176,5% e + 21,48%), per la maggiore emissione di
metalli pesanti nella produzione del compost.
Nella categoria Non-renewable energy si registra un aumento del danno dell’1,18%, a
causa del maggior consumo di energia.
LCIA: Damage ass - Confronto 2 filiere
LCIA: Damage ass - Confronto 2 filiere
•
In Human Health la differenza è dovuta a Sulfur dioxide in aria, nei processi di
combustione di carburanti fossili nelle centrali elettriche, che nel caso del “prodotto
evitato” e del “coprodotto”, si riducono per effetto rispettivamente dell’energia evitata
e dell’utilizzo delle energia coprodotte e dell’allocazione del surplus. In tutti e 3 i casi,
la categoria d’impatto che produce il danno massimo è Respiratory inorganics.
•
In Ecosystem quality la differenza è dovuta principalmente a Zinc nel suolo, perché
scompare il processo di compostaggio. In tutti e 3 i casi, la categoria d’impatto che
produce il danno massimo è Land occupation. Inoltre si registra la maggiore
riduzione del danno nella categoria Terrestrial ecotoxicity.
•
In Climate change il “convenzionale” produce il danno massimo (0,90941 kgCO2eq)
e il “prodotto evitato” produce il danno minimo (0,60414 kgCO2eq)
•
In Resources il “convenzionale” produce il danno massimo (15,309 MJ primary) e il
“prodotto evitato” produce il danno minimo (9,5433 MJ primary).
•
In Energia rinnovabile il “convenzionale” produce il danno massimo e il “prodotto
evitato” produce il danno minimo (vedi caratterizzazione per Energia rinnovabile).
LCIA: Single score - Confronto 2 Filiere
LCIA: Single score - Confronto 2 Filiere
 Danno totale:
 0,00051674 Pt per il “convenzionale”,
 0,00043548 Pt per il “prodotto evitato” (pari a una riduzione del 15,73%
rispetto al “convenzionale” e del 2,76% rispetto al “coprodotto”)
 0,00044783 Pt per il “coprodotto” (pari a una riduzione del 13,33%
rispetto al “convenzionale”).
 Il “convenzionale”ca. il 50% del danno è dovuto alla categoria Ecosystem
quality, seguita da Resources, Climate change e Human health
 In “prodotto evitato” e “coprodotto” il danno dovuto a Ecosystem quality, pur
ridotto in termini assoluti, assume maggiore peso, a causa della maggiore
riduzione del danno nelle categorie Climate change e Resources
 La produzione integrata delle bioenergie (e il loro autoconsumo) ha maggiori
benefici in termini di risorse ed emissioni di gas a effetto serra, rispetto agli
impatti in termini di salute umana e di qualità dell’ecosistema
LCIA: Single score - Confronto 3 Filiere
La f. non integrata produce il danno totale massimo (0,000523519 Pt), pari a un +1,31%,
+20,22% e +16,9% rispetto al “convenzionale”, al “prodotto evitato” e al “coprodotto”;
Per quanto riguarda le singole categorie di danno, la filiera non integrata presenta il
danno massimo in tutte le categorie, eccezione di Ecosystem quality (per mancanza
compostaggio)
LCIA: Single score - Confronto fra elettricità
da rete e da scarti
Danno inferiore del 63,94%: riduzione maggiore in Resources (-86,85%) e Climate
change (-77,88%)
In Ecosystem quality (5% del danno totale dell’elettricità da rete), danno circa il doppio
imputabile principalmente alla categoria d’impatto Land occupation
LCIA: Single score - Confronto fra termica
da gas e da scarti
Danno inferiore del 77%: riduzione maggiore in Resources (-97%) e Climate change
(-93%). In Human health (7% del danno totale dell’energia termica da gas), il danno è
maggiore del 52%, in particolare per Respiratory inorganics, a causa delle maggiori
emissioni di Particulates, <2,5um in aria e Ammonia in aria, derivanti dai processi di
produzione di bioenergia
Conclusioni
• Autoproduzione e autoconsumo di energia
portano a riduzione maggiore del danno
• Nel caso di mancato autoconsumo, si ha
un aumento del danno totale, a meno che
il mix energetico nazionale non cambi
• In generale, la produzione di energia da
scarti della filiera agroalimentare sembra
rispondere a requisiti di sostenibilità
Conclusioni 2
• Prodotto evitato vs. coprodotto:
– energie evitate: annullamento dell’energia da
rete e da gas consumata + effetto del surplus
– energie coprodotte: riduzione per sostituzione
dell’energia con i coprodotti e lieve vantaggio
derivante da surplus (esce dal sistema)
– il vantaggio del “prodotto evitato” scompare
quando le energie evitate non incidono sulla
categoria di impatto considerata e, in questo
caso passa al “coprodotto