Applicazione della metodologia LCA ai cereali: Il caso della cooperativa agricola Capa Cologna

L’agricoltura e la trasformazione dei prodotti agro-alimentari hanno un forte impatto sull’ambiente. Su questo aspetto converge l’attenzione sia delle politiche nazionali ed internazionali sia del singolo consumatore. E’ quindi sempre più necessario valutare questo impatto lungo tutta la filiera dei prodotti agro-alimentari per capire dove e come intervenire per aumentarne le prestazioni ambientali. La presente tesi, svolta in collaborazione con la società di ingegneria ambientale E&NGI srl, si propone quindi di analizzare, attraverso la metodologia di Life Cycle Assessment, gli impatti del ciclo di vita di grano e mais, prodotti, trasportati e trattati dalla cooperativa agricola Capa Cologna, in provincia di Ferrara. I cereali sono stati seguiti dalla produzione fino ai cancelli dell’azienda e i dati relativi a tutti i flussi uscenti ed entranti dal processo produttivo sono stati raccolti in campo o ottenuti dall’applicazione di modelli previsionali o, quando necessario, ricavati da banche dati esistenti. Questi flussi hanno costituito un inventario implementato nel software Gabi 6. Successivamente i flussi sono stati convertiti in impatti potenziali utilizzando due metodi (CML 2001 e USEtox) e selezionando sette categorie d’impatto potenziale: esaurimento delle risorse abiotiche, acidificazione, eutrofizzazione, effetto serra, assottigliamento della fascia di ozono stratosferico, smog fotochimico ed ecotossicità acquatica. Dall’analisi è emerso che per entrambi i cereali la fase del ciclo di vita maggiormente impattante è quella di coltivazione. Ciò è dovuto, soprattutto, alla produzione dei fertilizzanti chimici, dei fitofarmaci e alle loro emissioni in ambiente. Sui metodi per la stima di queste emissioni è stata svolta un’analisi di sensitività. Infine, non essendo ipotizzabile intervenire nella fase agricola, in quanto la cooperativa deve seguire un rigido disciplinare, si sono proposte azioni di miglioramento sull’impianto di Capa Cologna. In particolare, si è proposto uno scenario alternativo in cui l’impianto è alimentato ad energia solare fotovoltaica.

Valutazione delle prestazioni ambientali di un rivestimento isolante termoacustico attraverso la metodologia LCA

Il presente studio riporta i risultati emersi dal Life Cycle Assessment (LCA) del Corkwall, un prodotto da costruzione utilizzato in edilizia come coibentante termico ed acustico, riempitivo di crepe ed in grado di conferire resistenza al fuoco e impermeabilità alle facciate degli edifici. Il Corkwall è un'emulsione ottenuta dall’unione di sughero granulato e resine acriliche - prodotto dall’azienda Portoghese Amorim S.A. - commercializzato in tutto il mondo. Si sono presi in considerazione gli impatti derivanti dall’intero ciclo produttivo: dall’acquisizione delle materie prime fino al confezionamento del prodotto finito. I risultati di questo studio dimostrano che la fase di produzione del Corkwall è quella di gran lunga più impattante rispetto a tutte le categorie di impatto analizzate. Ciò è dovuto principalmente alla produzione delle resine acriliche. L’utilizzo di resine naturali migliorerebbe le prestazioni ambientali ma peggiorerebbe la qualità e la funzionalità del prodotto. Per migliorare le prestazioni ambientali del ciclo produttivo sarebbe opportuno sostituire interamente i trasporti in gomma con trasporti su rotaia. Ciò apporterebbe un miglioramento variabile dal 34% sull’eutrofizzazione, al 77% sull’assottigliamento dello strato di ozono stratosferico. Infine è stata effettuata una valutazione comparativa tra il Corkwall e un pannello di sughero (Corkpan) aventi stessa funzione di coibentazione termica. I risultati mostrano che la produzione del Corkpan comporta degli impatti ambientali migliori, che variano dal 48% sulla riduzione dello strato di ozono, al 100% sul riscaldamento globale, ad esclusione della categoria di acidificazione in cui il Corkpan è peggiore del 2%. Il Corkpan risulta essere più vantaggioso anche perché, a differenza del Corkwall, esso è recuperabile e riutilizzabile. Il vantaggio che offre il Corkwall è che può essere impiegato sulle facciate esterne ed aderendo al substrato funge da riempitivo di crepe e fessure apportando anche un miglioramento estetico agli edifici.

Studio sull'evoluzione temporale degli impatti di un impianto di trattamento di rifiuti organici mediante metodologia LCA

Lo scopo di questo studio è quello di valutare come sono variati gli impatti dell’impianto di compostaggio Romagna Compost a seguito dell’intervento di ampliamento e adeguamento, che ha portato ad un’evoluzione impiantistica notevole: dal processo di compostaggio tradizionale ad un sistema integrato anaerobico-aerobico. Per fare ciò si è scelto di utilizzare la metodologia di valutazione del ciclo di vita Life Cycle Assessment (LCA). Il vantaggio di questa analisi, è quello di riuscire a considerare tutti gli aspetti del ciclo di vita dei diversi sotto-processi considerati, dal compostaggio vero e proprio, all’utilizzo di reagenti, combustibili e materiali ausiliari, dal trasporto e smaltimento dei flussi di rifiuti finali al recupero energetico. A tal proposito si è rivelata utile una ricerca bibliografica per individuare studi LCA applicati al campo d’interesse.Inoltre, è stato effettuato un riesame delle tecnologie utilizzate negli impianti di recupero dei rifiuti organici e del concetto di Best Available Techniques (BAT). Mediante l’analisi di inventario, è stato studiato in maniera approfondita l’impianto e le attività svolte al suo interno. Per quanto riguarda la valutazione degli impatti, eseguita con il metodo Recipe 2014, è stato preso in esame il periodo temporale dal 2007 al 2013, esaminando tutti gli anni di funzionamento. Nello specifico, ci si è posto l’obiettivo di valutare se e quanto l’introduzione del sistema di recupero energetico abbia portato ad un reale miglioramento del processo con una diminuzione complessiva degli impatti. Nella seconda fase dello studio, sono stati estesi i confini del sistema per valutare gli impatti associati al trasporto del rifiuto dal luogo di raccolta all’impianto Romagna Compost e alla diversa gestione dei rifiuti nell’ambito nazionale. La modellazione è stata effettuata con il programma di calcolo SimaPro e il database Ecoinvent, Infine, per convalidare i dati ottenuti è stato effettuata un’analisi di incertezza mediante il metodo Monte Carlo.

Applicazione delle metodologie LCA ed LCC per la valutazione ambientale ed economica della produzione del pellet realizzato tramite scarti agricoli di potature degli uliveti

Nel seguente lavoro è stata sviluppata una analisi ambientale ed economica del ciclo di vita del pellet, realizzato con scarti agricoli dalle potature degli uliveti. L’obiettivo di tale lavoro è dimostrare se effettivamente l’utilizzo del pellet apporti vantaggi sia dal punto di vista ambientale sia da quello economico. In tale progetto si sviluppano quindi un LCA, Life cycle analysis, e un LCC, Life Cycle Cost, secondo gli steps standard suggeriti da tali metodologie. Per effettuare l’analisi del ciclo di vita è stato utilizzato il software Simapro che ha permesso di valutare gli impatti ambientali sulle varie categorie di impatto incluse. In particolare sono stati considerati due metodologie, una midpoint ed una endpoint, ossia l’Ecoindicator 99 e il CML2 baseline 2000. Per le valutazioni finali è stata poi utilizzata la normativa spagnola sugli impatti ambientali, BOE 21/2013 del 9 dicembre, che ci ha permesso di caraterizzare le varie categorie d’impatto facendo emergere quelle più impattate e quelle meno impattate. I risultati finali hanno mostrato che la maggior parte degli impatti sono di tipo compatibile e moderato; pochi, invece, sono gli impatti severi e compatibili, che si riscontrano soprattutto nella categoria d’impatto “Fossil Fuels”. Per quanto riguarda invece l’analisi economica, si è proceduto effettuando una valutazione iniziale fatta su tutto il processo produttivo considerato, poi una valutazione dal punto di vista del produttore attraverso una valutazione dell’investimento ed infine, una valutazione dal punto di vista del cliente finale. Da queste valutazioni è emerso che ciò risulta conveniente dal punto di vista economico non solo per il produttore ma anche per l’utente finale. Per il primo perché dopo i primi due anni di esercizio recupera l’investimento iniziale iniziando ad avere un guadagno; e per il secondo, poiché il prezzo del pellet è inferiore a quello del metano. Quindi, in conclusione, salvo cambiamenti in ambito normativo ed economico, l’utilizzo del pellet realizzato da scarti di potature di uliveti risulta essere una buona soluzione per realizzare energia termica sia dal punto di vista ambientale, essendo il pellet una biomassa il cui ciclo produttivo non impatta severamente sull’ambiente; sia dal punto di vista economico permettendo al produttore introiti nell’arco del breve tempo e favorendo al cliente finale un risparmio di denaro sulla bolletta.

Valutazione del risparmio di gas serra e bilancio energetico della pirolisi termo catalitica di fanghi da depurazione

I rifiuti rappresentano un’opportunità di crescita sostenibile in termini di riduzione del consumo di risorse naturali e di sviluppo di tecnologie per il riciclo di materia ed il recupero energetico. Questo progetto di ricerca si occupa di valutare, attraverso l’approccio dello studio del ciclo di vita, la valorizzazione energetica di una particolare categoria di rifiuti: i fanghi derivanti dalla depurazione delle acque. Si è studiata la valorizzazione dei fanghi attraverso l’applicazione del Thermo Catalytic Re-forming (TCR)®, tecnologia che consente di trasformare i fanghi in un carburante per la produzione di energia elettrica (bioliquido). Le valutazioni sono effettuate per una linea di processo generale e due configurazioni progettuali declinate in due scenari. Il caso di studio è stato riferito al depuratore di S. Giustina (Rimini). Per la linea di processo, per ognuna delle configurazioni e i relativi scenari, è stato compilato il bilancio energetico e di massa e, conseguentemente, valutata l’efficienza energetica del processo. Le regole della Renewable Energy Directive (RED), applicate attraverso lo strumento ‘BioGrace I’, permettono di definire il risparmio di gas serra imputabile al bioliquido prodotto. I risultati mostrano che adottare la tecnologia TRC® risulta essere energeticamente conveniente. Infatti, è possibile ricavare dal 77 al 111% del fabbisogno energetico di una linea di processo generale (linea fanghi convenzionale e recupero energetico TCR®). Questo permette, quindi, di ricavare energia utile al processo di depurazione. La massima performance si realizza quando la tecnologia si trova a valle di una linea di trattamento fanghi priva di digestione anaerobica e se il biochar prodotto viene utilizzato come combustibile solido sostitutivo del carbone. La riduzione delle emissioni imputabile al bioliquido prodotto va dal 53 al 75%, valori che soddisfano il limite definito dalla RED del 50% di riduzione delle emissioni (2017) per ogni configurazione progettuale valutata.

Analisi dei principi e dei metodi per la valutazione della sostenibilità dei prodotti e dei processi con un'applicazione ai componenti per l’edilizia

Tale elaborato si pone l’obiettivo di analizzare una tematica oggigiorno molto discussa, ma tuttora per molti versi inesplorata: la sostenibilità. Esso è stato scritto con la volontà di rendere disponibile uno scritto di consultazione che fornisca una panoramica il più possibile completa sugli studi e le metodologie applicative elaborati fino ad ora connessi al tema della sostenibilità. La logica con cui lo scritto è articolato, prevede in primis un inquadramento generale sul tema della sostenibilità, fortemente connesso con il concetto di Life Cycle Thinking, e prosegue concentrando l’attenzione su aspetti via via più specifici. Il focus dell’analisi si concentra infatti sullo studio delle singole tecniche del ciclo di vita e successivamente sulle potenzialità di applicazione delle stesse ad uno specifico settore: quello edilizio. All’interno di questo settore è poi fornito un dettaglio in merito ai materiali ceramici per i quali si è intrapreso un serio percorso verso l’applicazione concreta dei principi dello sviluppo sostenibile. Per consolidare i temi trattati, l’elaborato si concentra infine sull’analisi di due studi applicativi: uno studio di Life Cycle Assessment e uno di Life Cycle Costing realizzati al fine di studiare i profili ambientale ed economico delle piastrelle ceramiche in contrapposizione a quelle in marmo.

Mission synthesis of sine-on-random excitations for accelerated vibration qualification testing

In most real-life environments, mechanical or electronic components are subjected to vibrations. Some of these components may have to pass qualification tests to verify that they can withstand the fatigue damage they will encounter during their operational life. In order to conduct a reliable test, the environmental excitations can be taken as a reference to synthesize the test profile: this procedure is referred to as “test tailoring”. Due to cost and feasibility reasons, accelerated qualification tests are usually performed. In this case, the duration of the original excitation which acts on the component for its entire life-cycle, typically hundreds or thousands of hours, is reduced. In particular, the “Mission Synthesis” procedure lets to quantify the induced damage of the environmental vibration through two functions: the Fatigue Damage Spectrum (FDS) quantifies the fatigue damage, while the Maximum Response Spectrum (MRS) quantifies the maximum stress. Then, a new random Power Spectral Density (PSD) can be synthesized, with same amount of induced damage, but a specified duration in order to conduct accelerated tests. In this work, the Mission Synthesis procedure is applied in the case of so-called Sine-on-Random vibrations, i.e. excitations composed of random vibrations superimposed on deterministic contributions, in the form of sine tones typically due to some rotating parts of the system (e.g. helicopters, engine-mounted components, …). In fact, a proper test tailoring should not only preserve the accumulated fatigue damage, but also the “nature” of the excitation (in this case the sinusoidal components superimposed on the random process) in order to obtain reliable results. The classic time-domain approach is taken as a reference for the comparison of different methods for the FDS calculation in presence of Sine-on-Random vibrations. Then, a methodology to compute a Sine-on-Random specification based on a mission FDS is presented.

L’approccio del ciclo di vita applicato a sistemi di gestione ambientale: il caso dell’aeroporto Falcone – Borsellino di Palermo

La tesi tratta l’analisi preliminare dell’Organization Environmental Footprint (OEF) dell’ente gestore dell’aeroporto Falcone - Borsellino di Palermo (GES.A.P.). Viene inoltre sviluppato un nuovo metodo per la classificazione degli aspetti ambientali utilizzabile all’interno del Sistema di Gestione Ambientale (SGA) attualmente utilizzato dall’ente GES.A.P. Dopo un'introduzione sulle ragioni che hanno portato allo sviluppo di questi strumenti, vengono approfondite le fasi necessarie per la loro applicazione, specificate nella guida metodologica sull’OEF e nella norma ISO 14001. I dati raccolti per il calcolo dell’OEF sono stati inseriti in un modello dell’organizzazione creato con il software GaBi7 al fine di stimare gli impatti ambientali dell’organizzazione negli anni analizzati. In questo lavoro viene effettuata un’analisi del metodo EMRG (Environmental Management Research Group) utilizzato per l’individuazione e la classificazione degli aspetti ambientali nell’ambito del SGA (certificato ISO 14001:2004) di GESAP e delle innovazioni introdotte nella versione 2015 della norma ISO 14001. Viene suggerito un metodo alternativo basato sull’integrazione dei risultati di un'analisi Life Cicle Assessment (LCA), svolta tramite l’OEF, con la metodologia EMRG, attualmente impiegata, al fine di avviare il processo di transizione del SGA verso l’aggiornamento-consegna richiesto dalla ISO14001:2015. Dall’applicazione del metodo viene ricavata una nuova gerarchia degli aspetti ambientali di GESAP utilizzabile per l’implementazione del suo SGA.

Design of an indirectly fired gas turbine integrated with an organic rankine cycle unit for combined heat and power production

In the last years, the European countries have paid increasing attention to renewable sources and greenhouse emissions. The Council of the European Union and the European Parliament have established ambitious targets for the next years. In this scenario, biomass plays a prominent role since its life cycle produces a zero net carbon dioxide emission. Additionally, biomass can ensure plant operation continuity thanks to its availability and storage ability. Several conventional systems running on biomass are available at the moment. Most of them are performant either in the large-scale or in the small power range. The absence of an efficient system on the small-middle scale inspired this thesis project. The object is an innovative plant based on a wet indirectly fired gas turbine (WIFGT) integrated with an organic Rankine cycle (ORC) unit for combined heat and power production. The WIFGT is a performant system in the small-middle power range; the ORC cycle is capable of giving value to low-temperature heat sources. Their integration is investigated in this thesis with the aim of carrying out a preliminary design of the components. The targeted plant output is around 200 kW in order not to need a wide cultivation area and to avoid biomass shipping. Existing in-house simulation tools are used: They are adapted to this purpose. Firstly the WIFGT + ORC model is built; Zero-dimensional models of heat exchangers, compressor, turbines, furnace, dryer and pump are used. Different fluids are selected but toluene and benzene turn out to be the most suitable. In the indirectly fired gas turbine a pressure ratio around 4 leads to the highest efficiency. From the thermodynamic analysis the system shows an electric efficiency of 38%, outdoing other conventional plants in the same power range. The combined plant is designed to recover thermal energy: Water is used as coolant in the condenser. It is heated from 60°C up to 90°C, ensuring the possibility of space heating. Mono-dimensional models are used to design the heat exchange equipment. Different types of heat exchangers are chosen depending on the working temperature. A finned-plate heat exchanger is selected for the WIFGT heat transfer equipment due to the high temperature, oxidizing and corrosive environment. A once-through boiler with finned tubes is chosen to vaporize the organic fluid in the ORC. A plate heat exchanger is chosen for the condenser and recuperator. A quasi-monodimensional model for single-stage axial turbine is implemented to design both the WIFGT and the ORC turbine. The system simulation after the components design shows an electric efficiency around 34% with a decrease by 10% compared to the zero-dimensional analysis. The work exhibits the system potentiality compared to the existing plants from both technical and economic point of view.