Life cycle GHG assessment of fossil fuel power plants with carbon capture and storage

The evaluation of life cycle greenhouse gas emissions from power generation with carbon capture and storage (CCS) is a critical factor in energy and policy analysis. The current paper examines life cycle emissions from three types of fossil-fuel-based power plants, namely supercritical pulverized coal (super-PC), natural gas combined cycle (NGCC) and integrated gasification combined cycle (IGCC), with and without CCS. Results show that, for a 90% CO2 capture efficiency, life cycle GHG emissions are reduced by 75-84% depending on what technology is used. With GHG emissions less than 170 g/kWh, IGCC technology is found to be favorable to NGCC with CCS. Sensitivity analysis reveals that, for coal power plants, varying the CO2 capture efficiency and the coal transport distance has a more pronounced effect on life cycle GHG emissions than changing the length of CO2 transport pipeline. Finally, it is concluded from the current study that while the global warming potential is reduced when MEA-based CO2 capture is employed, the increase in other air pollutants such as NOx and NH3 leads to higher eutrophication and acidification potentials.

Characterisation factors for life cycle impact assessment of sound emissions

abstract to be added by authors

Is building renovation truly sustainable? The need for applying a multi-criteria assessment through life cycle approach

The aim of the present research is to characterise the international scene in the field of building refurbishment, by thoroughly reviewing the literature relating to building renovation and systematising the results according to the different aspects considered by the authors. Even though there is certain consensus with respect to the criteria for the selection of energy efficiency measures, the assessment criteria differ broadly and widely. The present work highlights the lack of consensus on the assessment criteria and the need of harmonization. A holistic view is required in order to identify the most sustainable strategies in each particular case, considering social, environmental and economic impacts from a life cycle perspective.

Methodology proposal for the life cycle sustainability assessment applied to retrofitting in a local context

In the European context of upgrading the housing stock energy performance, multiple barriers hinder the wide uptake of sustainable retrofitting practices. Moreover, some of these may imply negative effects often disregarded. Policy makers need to identify how to increase and improve retrofitting practices from the comprehensive point of view of sustainability. None of the existing assessment tools addresses all the issues relevant for sustainable development in a local situation from a life cycle perspective. Life cycle sustainability assessment methodology, or LCSA, analyzes environmental and socioeconomic impacts. The environmental part is quite developed, but the socioeconomic aspect is still challenging. This work proposes socioeconomic criteria to be included in a LCSA to assess retrofitting works in the specific context of Brussels-Capital Region. LCSA feasibility and challenging methodology aspects are discussed.

Life cycle inventory for Australian building materials

This paper discusses challenges to developers of a national Life Cycle Inventory (LCI) database on which to base assessment of building environmental impacts and a key to development of a fully integrated eco-design tool created for automated eco-efficiency assessment of commercial building design direct from 3D CAD. The scope of this database includes Australian and overseas processing burdens involved in acquiring, processing, transporting, fabricating, finishing and using metals, masonry, timber, glazing, ceramics, plastics, fittings, composites and coatings. Burdens are classified, calculated and reported for all flows of raw materials, fuels, energy and emissions to and from the air, soil and water associated with typical products and services in building construction, fitout and operation. The aggregated life cycle inventory data provides the capacity to generate environmental impact assessment reports based on accepted performance indicators. Practitioners can identify hot spots showing high environmental burdens of a proposed design and drill down to report on specific building components. They can compare assessments with case studies and operational estimates to assist in eco-efficient design of a building, fitout and operation.

Extending life-cycle costing (LCC) analysis for sustainability considerations in road infrastructure projects

Sustainable development is about making societal investments. These investments should be in synchronization with the natural environment, trends of social development, as well as organisational and local economies over a long time span. Traditionally in the eyes of clients, project development will need to produce the required profit margins, with some degrees of consideration for other impacts. This is being changed as all citizens of our society are becoming more aware of concepts and challenges such as the climate change, greenhouse footprints, and social dimensions of sustainability, and will in turn demand answers to these issues in built facilities. A large number of R&D projects have focused on the technical advancement and environmental assessment of products and built facilities. It is equally important address the cost/benefit issue, as developers in the world would not want to loose money by investing in built assets. For infrastructure projects, due to its significant cost of development and lengthy delivery time, presenting the full money story of going green is of vital importance. Traditional views of life-cycle costing tend to focus on the pure economics of a construction project. Sustainability concepts are not broadly integrated with the current LCCA in the construction sector. To rectify this problem, this paper reports on the progress to date of developing and extending contemporary LCCA models in the evaluation of road infrastructure sustainability. The suggested new model development is based on sustainability indicators identified through previous research, and incorporating industry verified cost elements of sustainability measures. The on-going project aims to design and a working model for sustainability life-cycle costing analysis for this type of infrastructure projects.

Building effectiveness communication ratios (BECs): an integrated ‘life-cycle’ methodology for mitigating energy-use in buildings

Current building regulations are generally prescriptive in nature. It is widely accepted in Europe that this form of building regulation is stifling technological innovation and leading to inadequate energy efficiency in the building stock. This has increased the motivation to move design practices towards a more ‘performance-based’ model in order to mitigate inflated levels of energy-use consumed by the building stock. A performance based model assesses the interaction of all building elements and the resulting impact on holistic building energy-use. However, this is a nebulous task due to building energy-use being affected by a myriad of heterogeneous agents. Accordingly, it is imperative that appropriate methods, tools and technologies are employed for energy prediction, measurement and evaluation throughout the project’s life cycle. This research also considers that it is imperative that the data is universally accessible by all stakeholders. The use of a centrally based product model for exchange of building information is explored. This research describes the development and implementation of a new building energy-use performance assessment methodology. Termed the Building Effectiveness Communications ratios (BECs) methodology, this performance-based framework is capable of translating complex definitions of sustainability for energy efficiency and depicting universally understandable views at all stage of the Building Life Cycle (BLC) to the project’s stakeholders. The enabling yardsticks of building energy-use performance, termed Ir and Pr, provide continuous design and operations feedback in order to aid the building’s decision makers. Utilised effectively, the methodology is capable of delivering quality assurance throughout the BLC by providing project teams with quantitative measurement of energy efficiency. Armed with these superior enabling tools for project stakeholder communication, it is envisaged that project teams will be better placed to augment a knowledge base and generate more efficient additions to the building stock.

Ecology of the common octopus "Octopus vulgaris" (Cuvier, 1797) in the Atlantic Iberian coast : life cycle strategies under different oceanographic regimes

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Assessing initial embodied energy in building structures using LCA methodology

The considerable amount of energy consumed on Earth is a major cause for not achieving sustainable development. Buildings are responsible for the highest worldwide energy consumption, nearly 40%. Strong efforts have been made in what concerns the reduction of buildings operational energy (heating, hot water, ventilation, electricity), since operational energy is so far the highest energy component in a building life cycle. However, as operational energy is being reduced the embodied energy increases. One of the building elements responsible for higher embodied energy consumption is the building structural system. Therefore, the present work is going to study part of embodied energy (initial embodied energy) in building structures using a life cycle assessment methodology, in order to contribute for a greater understanding of embodied energy in buildings structural systems. Initial embodied energy is estimated for a building structure by varying the span and the structural material type. The results are analysed and compared for different stages, and some conclusions are drawn. At the end of this work it was possible to conclude that the building span does not have considerable influence in embodied energy consumption of building structures. However, the structural material type has influence in the overall energetic performance. In fact, with this research it was possible that building structure that requires more initial embodied energy is the steel structure; then the glued laminated timber structure; and finally the concrete structure.

Time valued life cycle greenhouse gas emissions from buildings

The UK has adopted legally binding carbon reduction targets of 34% by 2020 and 80% by 2050 (measured against the 1990 baseline). Buildings are estimated to be responsible for more than 50% of greenhouse gas (GHG) emissions in the UK. These consist of both operational, produced during use, and embodied, produced during manufacture of materials and components, and during construction, refurbishments and demolition. A brief assessment suggests that it is unlikely that UK emission reduction targets can be met without substantial reductions in both Oc and Ec. Oc occurs over the lifetime of a building whereas the bulk of Ec occurs at the start of a building’s life. A time value for emissions could influence the decision making process when it comes to comparing mitigation measures which have benefits that occur at different times. An example might be the choice between building construction using low Ec construction materials versus building construction using high Ec construction materials but with lower Oc, although the use of high Ec materials does not necessarily imply a lower Oc. Particular time related issues examined here are: the urgency of the need to achieve large emissions reductions during the next 10 to 20 years; the earlier effective action is taken, the less costly it will be; future reduction in carbon intensity of energy supply; the carbon cycle and relationship between the release of GHG’s and their subsequent concentrations in the atmosphere. An equation is proposed, which weights emissions according to when they occur during the building life cycle, and which effectively increases Ec as a proportion of the total, suggesting that reducing Ec is likely to be more beneficial, in terms of climate change, for most new buildings. Thus, giving higher priority to Ec reductions is likely to result in a bigger positive impact on climate change and mitigation costs.

Valutazione di impatto ambientale mediante analisi LCA per la progettazione sostenibile di un concentratore solare

L'oggetto della seguente tesi riguarda la valutazione di impatto ambientale del ciclo di vita di un concentratore solare, mediante l'applicazione della metodologia LCA – Life Cycle Assessment. Il lavoro di tesi presenta una breve introduzione su tematiche ambientali e sociali, quali lo Sviluppo sostenibile e le energie rinnovabili, che conducono verso l'importanza della misurazione del così detto impatto ambientale, e soprattutto dell'aspetto fondamentale di una valutazione di questo tipo, vale a dire l'analisi dell'intero ciclo di vita legato ad un prodotto. Nella tesi viene presentata inizialmente la metodologia utilizzata per la valutazione, la Life Cycle Assessment, descrivendone le caratteristiche, le potenzialità, la normalizzazione in base a regolamenti internazionali ed analizzando una ad una le 4 fasi principali che la caratterizzano: Definizione dell'obiettivo e del campo di applicazione, Analisi di inventario, Valutazione degli impatti e Interpretazione dei risultati. Il secondo capitolo presenta una descrizione dettagliata dello strumento applicativo utilizzato per l'analisi, il SimaPro nella versione 7.1, descrivendone le caratteristiche principali, l'interfaccia utente, le modalità di inserimento dei dati, le varie rappresentazioni possibili dei risultati ottenuti. Sono descritti inoltre i principali database di cui è fornito il software, che contengono una moltitudine di dati necessari per l'analisi di inventario, ed i così detti metodi utilizzati per la valutazione, che vengono adoperati per “focalizzare” la valutazione su determinate categorie di impatto ambientale. Il terzo capitolo fornisce una descrizione dell'impianto oggetto della valutazione, il CHEAPSE, un concentratore solare ad inseguimento per la produzione di energia elettrica e termica. La descrizione viene focalizzata sui componenti valutati per questa analisi, che sono la Base e la struttura di sostegno, il Pannello parabolico in materiale plastico per convogliare i raggi solari ed il Fuoco composto da celle fotovoltaiche. Dopo aver analizzato i materiali ed i processi di lavorazione necessari, vengono descritte le caratteristiche tecniche, le possibili applicazioni ed i vantaggi del sistema. Il quarto ed ultimo capitolo riguarda la descrizione dell'analisi LCA applicata al concentratore solare. In base alle varie fasi dell'analisi, vengono descritti i vari passaggi effettuati, dalla valutazione e studio del progetto al reperimento ed inserimento dei dati, passando per la costruzione del modello rappresentativo all'interno del software. Vengono presentati i risultati ottenuti, sia quelli relativi alla valutazione di impatto ambientale dell'assemblaggio del concentratore e del suo intero ciclo di vita, considerando anche lo scenario di fine vita, sia i risultati relativi ad analisi comparative per valutare, dal punto di vista ambientale, modifiche progettuali e processuali. Per esempio, sono state comparate due modalità di assemblaggio, tramite saldatura e tramite bulloni, con una preferenza dal punto di vista ambientale per la seconda ipotesi, ed è stato confrontato l'impatto relativo all'utilizzo di celle in silicio policristallino e celle in silicio monocristallino, la cui conclusione è stata che l'impatto delle celle in silicio policristallino risulta essere minore. Queste analisi comparative sono state possibili grazie alle caratteristiche di adattabilità del modello realizzato in SimaPro, ottenute sfruttando le potenzialità del software, come l'utilizzo di dati “parametrizzati”, che ha permesso la creazione di un modello intuitivo e flessibile che può essere facilmente adoperato, per ottenere valutazioni su scenari differenti, anche da analisti “alle prime armi”.

Applicazione della LCA alla valorizzazione delle risorse primarie e secondarie. Caso studio: analisi del ciclo di vita della gestione integrata dei rifiuti urbani

Il progetto prevede l’applicazione dell’analisi del ciclo di vita al sistema integrato di raccolta, riciclaggio e smaltimento dei rifiuti urbani e assimilati. La struttura di una LCA (Life Cycle Assessment) è determinata dalla serie di norme UNI EN ISO 14040 e si può considerare come “un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici e ambientali relativi a un processo o un’attività, effettuato attraverso l’identificazione dell’energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell’ambiente. La valutazione include l’intero ciclo di vita del processo o attività, comprendendo l’estrazione e il trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l’uso, il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale”. Questa definizione si riassume nella frase “ from cradle to grave” (dalla culla alla tomba). Lo scopo dello studio è l’applicazione di una LCA alla gestione complessiva dei rifiuti valutata in tre territori diversi individuati presso tre gestori italiani. Due di questi si contraddistinguono per modelli di raccolta con elevati livelli di raccolta differenziata e con preminenza del sistema di raccolta domiciliarizzato, mentre sul territorio del terzo gestore prevale il sistema di raccolta con contenitori stradali e con livelli di raccolta differenziata buoni, ma significativamente inferiori rispetto ai Gestori prima descritti. Nella fase iniziale sono stati individuati sul territorio dei tre Gestori uno o più Comuni con caratteristiche abbastanza simili come urbanizzazione, contesto sociale, numero di utenze domestiche e non domestiche. Nella scelta dei Comuni sono state privilegiate le realtà che hanno maturato il passaggio dal modello di raccolta a contenitori stradali a quello a raccolta porta a porta. Attuata l’identificazione delle aree da sottoporre a studio, è stato realizzato, per ognuna di queste aree, uno studio LCA dell’intero sistema di gestione dei rifiuti, dalla raccolta allo smaltimento e riciclaggio dei rifiuti urbani e assimilati. Lo studio ha posto anche minuziosa attenzione al passaggio dal sistema di raccolta a contenitori al sistema di raccolta porta a porta, evidenziando il confronto fra le due realtà, nelle fasi pre e post passaggio, in particolare sono stati realizzati tre LCA di confronto attraverso i quali è stato possibile individuare il sistema di gestione con minori impatti ambientali.

Valutazione del Fattore di Effetto nella metodologia LCA: test sperimentali di tossicità indotti da nanoparticelle di Diossido di Titanio sull’alga Pseudokirchneriella Subcapitata

La nanotecnologia è una scienza innovativa che sviluppa e utilizza materiali di dimensioni nanometriche (< 100 nm). Lo sviluppo e il mercato delle nanoparticelle in merito alle loro interessanti proprietà chimico‐fisiche, é accompagnato da una scarsa conoscenza relativa al destino finale e agli effetti che questi nano materiali provocano nell’ ambiente [Handy et al., 2008]. La metodologia LCA (Life Cycle Assessment – Valutazione del Ciclo di Vita) è riconosciuta come lo strumento ideale per valutare e gestire gli impatti ambientali indotti dalle ENPs, nonostante non sia ancora possibile definire, in maniera precisa, un Fattore di Caratterizzazione CF per questa categoria di sostanze. Il lavoro di questa tesi ha l’obbiettivo di stimare il Fattore di Effetto EF per nanoparticelle di Diossido di Titanio (n‐TiO2) e quindi contribuire al calcolo del CF; seguendo il modello di caratterizzazione USEtox, l’EF viene calcolato sulla base dei valori di EC50 o LC50 relativi agli organismi appartenenti ai tre livelli trofici di un ecosistema acquatico (alghe, crostacei, pesci) e assume valore pari a 49,11 PAF m3/Kg. I valori tossicologici utilizzati per il calcolo del Fattore di Effetto derivano sia da un’accurata ricerca bibliografica sia dai risultati ottenuti dai saggi d’inibizione condotti con n‐TiO2 sulla specie algale Pseudokirchneriella Subcapitata. La lettura dei saggi è stata svolta applicando tre differenti metodi quali la conta cellulare al microscopio ottico (media geometrica EC50: 2,09 mg/L, (I.C.95% 1,45‐ 2,99)), l’assorbanza allo spettrofotometro (strumento non adatto alla lettura di test condotti con ENPs) e l’intensità di fluorescenza allo spettrofluorimetro (media geometrica EC50: 3,67 mg/L (I.C.95% 2,16‐6,24)), in modo tale da confrontare i risultati e valutare quale sia lo strumento più consono allo studio di saggi condotti con n‐TiO2. Nonostante la grande variabilità dei valori tossicologici e la scarsa conoscenza sui meccanismi di tossicità delle ENPs sulle specie algali, il lavoro sperimentale e la ricerca bibliografica condotta, hanno permesso di individuare alcune proprietà chimico‐fisiche delle nanoparticelle di Diossido di Titanio che sembrano essere rilevanti per la loro tossicità come la fase cristallina, le dimensioni e la foto attivazione [Vevers et al., 2008; Reeves et al., 2007]. Il lavoro sperimentale ha inoltre permesso di ampliare l’insieme di valori di EC50 finora disponibile in letteratura e di affiancare un progetto di ricerca dottorale utilizzando il Fattore di Effetto per n‐ TiO2 nel calcolo del Fattore di Caratterizzazione.

Valutazione della sostenibilità ambientale tramite metodologia LCA di sistemi per lo sfruttamento di fonti alternative di energia e materiali

La dissertazione ha riguardato l’analisi di sostenibilità di un sistema agronomico per la produzione di olio vegetale a fini energetici in terreni resi marginali dall’infestazione di nematodi. Il processo indagato ha previsto il sovescio di una coltura con proprietà biofumiganti (brassicacea) coltivata in precessione alla specie oleosa (soia e tabacco) al fine di contrastare il proliferare dell’infestazione nel terreno. Tale sistema agronomico è stato confrontato attraverso una analisi di ciclo di vita (LCA) ad uno scenario di coltivazione della stessa specie oleosa senza precessione di brassica ma con l’utilizzo di 1-3-dicloropropene come sistema di lotta ai nematodi. Allo scopo di completare l’analisi LCA con una valutazione dell’impatto sull’uso del suolo (Land use Impact) generato dai due scenari a confronto, sono stati costruiti due modelli nel software per il calcolo del Soil Conditioning Index (SCI), un indicatore quali-quantitativo della qualità del terreno definito dal Dipartimento per l’Agricoltura degli Stati Uniti d’America (USDA).