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).

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.

Sostenibilità degli allevamenti di bovini da latte: valutazione degli impatti ambientali di un'azienda emiliana.

Il surriscaldamento globale è un fenomeno preoccupante ed è accertato che le attività umane sono responsabili di questa crisi climatica causata dall’aumento dei gas serra immessi nell’atmosfera. L’agricoltura contribuisce per il 23% delle emissioni planetarie di gas serra, che derivano per quasi l’80% dalla gestione degli allevamenti. L’allevamento è responsabile di diversi impatti ambientali, quali le emissioni enteriche delle bovine, le emissioni dalla fase di gestione delle deiezioni, e quelle che avvengono nella fase di coltivazione dei terreni aziendali, quali le emissioni di protossido di azoto dovute alle fertilizzazioni azotate e le emissioni derivanti dall’uso dei combustibili per le macchine agricole utilizzate per la gestione del bestiame, il consumo idrico, il consumo di energia per la climatizzazione estiva dell’allevamento e la produzione e lo smaltimento dei rifiuti plastici. Il rapporto però tra produzione di bestiame e cambiamento climatico è bilaterale. Infatti, i cambiamenti climatici influiscono negativamente sulla produzione zootecnica, con effetti diretti sulla salute animale e sull'efficienza riproduttiva, ma anche effetti indiretti derivanti dai cambiamenti nella qualità e quantità dei mangimi, disponibilità di acqua, alterazioni dell'ecosistema che portano a cambiamenti nella distribuzione di agenti patogeni e malattie. Proprio alla relazione, biunivoca, tra allevamento del bestiame ed impatto ambientale è dedicata la presente tesi. È stato infatti condotto uno studio con l'obiettivo di valutare gli impatti ambientali degli allevamenti di bovini da latte, sulla base di un modello di valutazione del ciclo di vita (Life Cycle Assessment) per un allevamento campione di un’azienda emiliana. I risultati emersi mostrano la possibilità di identificare gli impatti più rilevanti nell'allevamento bovino nei mangimi, negli imballaggi in plastica, nel consumo di energia e carburante.

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.

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.

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.

System innovation and life cycle thinking in packaging value chain: the circularity of plastics.

Compared to other, plastic materials have registered a strong acceleration in production and consumption during the last years. Despite the existence of waste management systems, plastic_based materials are still a pervasive presence in the environment, with negative consequences on marine ecosystem and human health. The recycling is still challenging due to the growing complexity of product design, the so-called overpackaging, the insufficient and inadequate recycling infrastructure, the weak market of recycled plastics and the high cost of waste treatment and disposal. The Circular economy package, the European Strategy for plastics in a circular economy and the recent European Green Deal include very ambitious programmes to rethink the entire plastic value chain. As regards packaging, all plastic packaging will have to be 100% recyclable (or reusable) and 55% recycled by 2030. Regions are consequently called upon to set up a robust plan able to fit the European objectives. It takes on greater importance in Emilia Romagna where the Packaging valley is located. This thesis supports the definition of a strategy aimed to establish an after-use plastics economy in the region. The PhD work has set the basis and the instruments to establish the so-called Circularity Strategy with the aim to turn about 92.000t of plastic waste into profitable secondary resources. System innovation, life cycle thinking and participative backcasting method have allowed to deeply analyse the current system, orientate the problem and explore sustainable solutions through a broad stakeholder participation. A material flow analysis, accompanied by a barrier analysis, has supported the identification of the gaps between the present situation and the 2030 scenario. Eco-design for and from recycling (and a mass _based recycling rate (based on the effective amount of plastic wastes turned into secondary plastics), valorized by a value_based indicator, are the key-points of the action plan.

Analisi del ciclo di vita di un processo industriale innovativo per la produzione di syngas da biogas

Una delle metodologie che negli ultimi tempi viene utilizzata più frequentemente per la valutazione ambientale di prodotti, processi e servizi è detta LCA, Life Cycle Assessment: essa valuta l’impatto ambientale associato ad un processo o ad un prodotto considerando tutto il suo ciclo di vita. Nel presente elaborato di tesi la metodologia è applicata ad un processo chimico industriale in fase di studio su scala di laboratorio presso il Dipartimento di Chimica Industriale dell’Università di Bologna, che prevede la sintesi di syngas a partire da biogas tramite le reazioni di dry reformng (DR) e steam refroming (SR). Tale processo è stato studiato poiché a livello teorico presenta i seguenti vantaggi: l’utilizzo di biogas come materia prima (derivante dalla digestione anaerobica dei rifiuti), lo sfruttamento dell’anidride carbonica presente nel biogas e l’utilizzo di un solo reattore anziché due. Il processo viene analizzato attraverso due diversi confronti: in primo luogo è comparato con processi con tecnologie differenti che producono il medesimo prodotto (syngas); in secondo luogo è paragonato a processi che impiegano la stessa materia prima (biogas), ottenendo prodotti differenti. Nel primo confronto i processi confrontati sono uno scenario di Autothermal reforming (ATR) e uno scenario che prevede DR e SR in due reattori separati; nel secondo confronto i prodotti che si ottengono sono: energia termica ed elettrica attraverso un sistema CHP, biometano con un sistema di upgrading del biogas, energia e biometano (CHP + upgrading) ed infine metanolo prodotto da syngas (generato dal processo studiato). Per il primo confronto è risultato che lo scenario che porta ad un minore impatto ambientale è il processo studiato dall'università di Bologna, seguito dallo Scenario con DR e SR in reattori separati ed infine dal processo di ATR. Per quanto concerne il secondo confronto lo scenario migliore è quello che produce biometano, mentre quello che produce metanolo è al terzo posto.

Multi-performance assessment of a masonry building with a sustainable RC-Framed Skin

Questa tesi si propone di fornire un approccio multidisciplinare per la valutazione delle prestazioni di una tipologia di intervento sostenibile che consiste in un telaio in calcestruzzo armato (RCFramed skin) per la ristrutturazione integrata di edifici esistenti. Viene fornita una descrizione preliminare di tale tecnologia, con particolare attenzione al miglioramento simultaneo delle prestazioni strutturali (sismiche), non strutturali (energetiche) e alle questioni relative alla limitazione dell'invasività e dell'interruzione dell'uso della costruzione. La valutazione delle prestazioni dell'edificio nelle configurazioni pre e post intervento è effettuata, principalmente in termini di capacità sismica, ma anche del comportamento termo-igrometrico. In particolare, i benefici ottenuti sia dal punto di vista strutturale che energetico sono valutati con riferimento a tre diverse città appartenenti a tre differenti zone sismiche e climatiche. La fattibilità e la sostenibilità dell'intervento di adeguamento proposto sono indagate attraverso una valutazione LCA(Life Cycle Assessment) per l'impatto ambientale e LCC(Life Cycle Cost) per l’analisi economica. Infine, viene proposto un metodo per facilitare la selezione della soluzione di intervento ottimale per ogni sito, combinando l'aspetto strutturale con quello energetico, di impatto ambientale ed economico.

Impatti ambientali legati agli eventi motoristici presso l'autodromo Enzo e Dino Ferrari di Imola

Il presente elaborato di tesi tratta la valutazione degli impatti ambientali legati ai Grandi Eventi, l’analisi delle diverse iniziative e delle politiche sostenibili adottate da imprese pubbliche e private, e l’analisi della metodologia LCA “Life Cycle Assessment”. In particolar modo, questo studio è stato realizzato grazie alla collaborazione tra l’Università di Bologna e l’Autodromo Enzo e Dino Ferrari di Imola, con lo scopo di quantificare, mediante un’analisi LCA, le emissioni prodotte dai servizi di trasporto durante lo scorso Gran Premio di F1. I risultati ottenuti hanno consentito di quantificare l’impatto ed indicare proposte future al fine della relativa diminuzione

Valutazione del ciclo antropogenico del neodimio in Italia, mediante metodologie MFA e LCA

Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti dal Green Deal europeo, l’approvvigionamento sicuro e sostenibile di materie prime critiche è considerato essenziale e l’attuale crisi energetica ne ha rimarcato l’importanza. Tra queste materie prime, il neodimio risulta essere fondamentale per un ampio numero di applicazioni tecnologiche di interesse crescente come la mobilità elettrica e la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La produzione mondiale di neodimio è dominata dalla Cina e l’Italia dipende completamente dalle importazioni per soddisfare la propria domanda. Il riciclo dei prodotti a fine vita potrebbe coprire parte della domanda nazionale di neodimio e ridurre la dipendenza dalle importazioni cinesi. Ma, attualmente, la percentuale di riciclo del metallo è inferiore all’1% globalmente con attività di riciclo spesso inesistenti su scala industriale a livello nazionale. Per dare chiarezza sulla catena del valore di neodimio in Italia e dimostrare le potenzialità del suo riciclo, in questa tesi sono state applicate le metodologie di MFA e di LCA. Un modello dinamico retrospettivo di MFA è stato sviluppato col fine di investigare il ciclo antropogenico del neodimio, identificando e valutando i flussi e le riserve nazionali dal 1995 al 2020. Attraverso un modello di distribuzione dei tempi di vita è stata quantificata la riserva in uso del metallo, che ammonta a 3,3 kt Nd o 56 g Nd pro capite. Un riciclo della riserva in uso potrebbe soddisfare l’attuale domanda di neodimio oltre al 2030. I risultati dell’MFA sono stati integrati con i fattori LCA di caratterizzazione di impatto ambientale, dimostrando che il riciclo potrebbe ridurre più dell’80% delle emissioni di gas serra e della energia richiesta associate alla produzione di neodimio primario. Si prevede che lo studio possa contribuire all’implementazione di politiche e strategie di rafforzamento della catena di approvvigionamento del neodimio.

Lifecycle assessment of fuel ethanol from sugarcane in Brazil

This paper presents the lifecycle assessment (LCA) of fuel ethanol, as 100% of the vehicle fuel, from sugarcane in Brazil. The functional unit is 10,000 km run in an urban area by a car with a 1,600-cm(3) engine running on fuel hydrated ethanol, and the resulting reference flow is 1,000 kg of ethanol. The product system includes agricultural and industrial activities, distribution, cogeneration of electricity and steam, ethanol use during car driving, and industrial by-products recycling to irrigate sugarcane fields. The use of sugarcane by the ethanol agribusiness is one of the foremost financial resources for the economy of the Brazilian rural area, which occupies extensive areas and provides far-reaching potentials for renewable fuel production. But, there are environmental impacts during the fuel ethanol lifecycle, which this paper intents to analyze, including addressing the main activities responsible for such impacts and indicating some suggestions to minimize the impacts. This study is classified as an applied quantitative research, and the technical procedure to achieve the exploratory goal is based on bibliographic revision, documental research, primary data collection, and study cases at sugarcane farms and fuel ethanol industries in the northeast of SA o pound Paulo State, Brazil. The methodological structure for this LCA study is in agreement with the International Standardization Organization, and the method used is the Environmental Design of Industrial Products. The lifecycle impact assessment (LCIA) covers the following emission-related impact categories: global warming, ozone formation, acidification, nutrient enrichment, ecotoxicity, and human toxicity. The results of the fuel ethanol LCI demonstrate that even though alcohol is considered a renewable fuel because it comes from biomass (sugarcane), it uses a high quantity and diversity of nonrenewable resources over its lifecycle. The input of renewable resources is also high mainly because of the water consumption in the industrial phases, due to the sugarcane washing process. During the lifecycle of alcohol, there is a surplus of electric energy due to the cogeneration activity. Another focus point is the quantity of emissions to the atmosphere and the diversity of the substances emitted. Harvesting is the unit process that contributes most to global warming. For photochemical ozone formation, harvesting is also the activity with the strongest contributions due to the burning in harvesting and the emissions from using diesel fuel. The acidification impact potential is mostly due to the NOx emitted by the combustion of ethanol during use, on account of the sulfuric acid use in the industrial process and because of the NOx emitted by the burning in harvesting. The main consequence of the intensive use of fertilizers to the field is the high nutrient enrichment impact potential associated with this activity. The main contributions to the ecotoxicity impact potential come from chemical applications during crop growth. The activity that presents the highest impact potential for human toxicity (HT) via air and via soil is harvesting. Via water, HT potential is high in harvesting due to lubricant use on the machines. The normalization results indicate that nutrient enrichment, acidification, and human toxicity via air and via water are the most significant impact potentials for the lifecycle of fuel ethanol. The fuel ethanol lifecycle contributes negatively to all the impact potentials analyzed: global warming, ozone formation, acidification, nutrient enrichment, ecotoxicity, and human toxicity. Concerning energy consumption, it consumes less energy than its own production largely because of the electricity cogeneration system, but this process is highly dependent on water. The main causes for the biggest impact potential indicated by the normalization is the nutrient application, the burning in harvesting and the use of diesel fuel. The recommendations for the ethanol lifecycle are: harvesting the sugarcane without burning; more environmentally benign agricultural practices; renewable fuel rather than diesel; not washing sugarcane and implementing water recycling systems during the industrial processing; and improving the system of gases emissions control during the use of ethanol in cars, mainly for NOx. Other studies on the fuel ethanol from sugarcane may analyze in more details the social aspects, the biodiversity, and the land use impact.

The origin of the metazoan biphasic life cycle: New insights from an ancient phylum

The biphasic life cycle, characterised by metamorphosis from a pelagic larva to a benthic adult, is found throughout the Metazoa. So is sexual reproduction via eggs and sperm. Amidst a tangled web of hypotheses on the origin of metazoan biphasy, current weight of opinion lies with a simple, larva-like holopelagic ancestor that independently settled multiple times to incorporate a benthic phase into the life cycle. This school of thought derives from Haeckel's interpretation of the gastrula as the recapitulation of a gastrean ancestor that evolved via selection on a simple, planktonic hollow ball-of-cells to develop the capacity to feed. We suggest that a paradigm shift is required to accomodate accumulating evidence of the genomic and developmental complexity of the metazoan last common ancestor, which was likely to have already possessed a biphasic lifecycle. Here we incorporate recent evidence from basal metazoans, in particular poriferans, to argue that a more parsimonious theory of the origin of biphasy is as a direct consequence of sexual reproduction in an ancestral benthic adult form. The metazoan embryo can itself be considered the precursor to a biphasic life cycle, wherein the embryo represents one phase and the adult another. Embryos in the water column are subject to natural selection for longeveity and dispersal, which sets them on the evolutionary trajectory towards the crown metazoan planktonic larvae. This alternate view considers the conserved use of regulatory genes in disparate metazoans as a reflection of both the complexity of the LCA and the antiquity of the biphasic life cycle. It does not require that extant embryogenesis, including gastrulation, recapitulates evolution.