POLITECNICO DI TORINO TESI DI LAUREA La gestione della ...

POLITECNICO DI TORINO I FACOLTA’ DI INGEGNERIA Corso di laurea in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio

TESI DI LAUREA La gestione della frazione organica dei R.S.U. : valutazioni ambientali attraverso la metodologia LCA Relatori Prof. Badino Giovanni Ing. Blengini Giovanni Andrea Prof. Genon Giuseppe Candidato Fantoni Moris

Obiettivo: Valutare gli impatti ambientali generati da tre diverse modalità di smaltimento della frazione organica

1.Compostaggio 2.Digestione anaerobica 3.Discarica controllata

San Damiano d’Asti (G.A.IA.) Pinerolo (ACEA) Database I-LCA (A.N.P.A.)

La Metodologia LCA Strumento di supporto allo Sviluppo Sostenibile, quale efficace mezzo riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale per la valutazione dei carichi energetico-ambientali correlabili al ciclo di vita di prodotti e processi 1992: Congresso SETAC, Vermout (Canada): “processo oggettivo per identificare, valutare e quantificare i carichi energetici ed ambientali e gli impatti potenziali associati ad un processo od un’attività, e che comprende l’approvvigionamento, la lavorazione e la trasformazione delle materie prime, la fabbricazione del prodotto, il trasporto e la sua distribuzione, l’utilizzo e l’eventuale riuso, la raccolta, lo stoccaggio, il riciclaggio, e la sua dismissione”

La struttura di una LCA Regolamentata dalle norme ISO della serie 14040 e sintetizzabile nei seguenti quattro momenti principali: 1. Definizione degli scopi e degli obiettivi (ISO 14041) 2. Analisi di Inventario (ISO 14041) 3. Valutazione degli Impatti (ISO 14042) 4. Interpretazione dei risultati e miglioramento (ISO 14043)

1. Definizione degli scopi e degli obiettivi (ISO 14041): è la fase preliminare in cui si definiscono le finalità dello studio, l’unità funzionale, i confini del sistema analizzato, le variabili del sistema in studio, la qualità dei dati, le assunzioni ed i limiti;

2. Analisi d’inventario (ISO 14041): si fonda sulla compilazione di un inventario degli input (materiali, energia, risorse naturali) e degli output (emissioni in aria, acqua, suolo) attraverso la realizzazione di un modello che esemplifichi il sistema oggetto dello studio;

3. Valutazione degli impatti (ISO 14042): consiste nella valutazione dei potenziali impatti ambientali, diretti ed indiretti, correlati a tali input ed output. Ha perciò lo scopo di evidenziare l’entità delle modificazioni generate a seguito dei rilasci nell’ambiente e dei consumi di risorse calcolati nell’Inventario;

4. Interpretazione dei risultati e miglioramento (ISO 14043): è la parte conclusiva in cui si effettua l’interpretazione dei risultati delle due fasi precedenti e la definizione delle possibili linee di intervento al fine di individuare i miglioramenti necessari per ridurre gli impatti ambientali prodotti.

Definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione

Analisi d’Inventario

Valutazione dell’Impatto

I N T E R P R E T A Z I O N E

I casi studio Ipotesi di partenza: 1. Mancata contabilizzazione del credito di anidride carbonica e dell’energia feedstock presenti nel rifiuto 2. Apposita realizzazione del sacchetto per il conferimento del rifiuto 3. Trasporto del rifiuto pari a 25 km per il trattamento attraverso compostaggio e per la discarica controllata e di 40 km per il trattamento attraverso digestione anaerobica 4. Compost di qualità quale sostituto di fertilizzanti chimici a base di fosforo, azoto e potassio

Analisi di Inventario Impianto di compostaggio di San Damiano d’Asti Materiali, Risorse, Energia Elettrica, Consumi di gasolio, Trasporti

Frazione umida Frazione ligneocellulosica

Compostaggio

Compost Sostituto fertilizzanti chimici

Emissioni inquinanti

Analisi di Inventario Impianto di compostaggio di San Damiano d’Asti: Trasporto 100.000 tkm

Consumo gasolio 680 l

E.E. 320.678,7 kWh

E.E. 85.628,42 kWh

Gasolio 18857,6 l

E.E. 17.125,69 kWh

E.E. 113.400,57 kWh

Gasolio 8008 l

Gasolio 5.445 l

Ligneo-cellulosico 4.000 t/a 16.000 t/a

Miscelazione

15.981 t/a

Maturazione accelerata

Maturazione lenta

8.824 t/a

6.500 t/a

Raffinazione

4.500 t/a

Stoccaggio

Umido 12.000 t/a

Riciclaggio acciaio 19 t/a

Emissioni gassose 5.600 t/a

Percolati 1557 t/a

Vapore Acqueo 3.058,4 t/a

Materiale non compostato 2.000 t/a

Compost 4.500 t/a

Trasporto 69.930 tkm

Fertilizzanti NPK 135 t/a

Vapore Acqueo 3.058,4 t/a Trasporto 300.000 tkm

Sacchetti 430,8 t

Trasporto 147.537,3 tkm

Anidride Carbonica 2.500 t/a C.O.V. 32 t/a

Produzione sacchetti 415.893,1 kWh

Trattamento fumi 421.006,41 kWh

Ammoniaca 9,6 t/a

Trattamento reflui 15.555,83 kWh

Consumo Acqua 400 l

Analisi di Inventario Impianto di digestione anaerobica di Pinerolo Materiali, Risorse, Energia Elettrica, Consumi di gasolio, Trasporti

Frazione umida Frazione ligneocellulosica (nella successiva fase di compostaggio)

Digestione anaerobica

Emissioni inquinanti

Sostituto fertilizzanti chimici

Compost Biogas Produzione di Energia Elettrica e Termica

Analisi di Inventario: Impianto di digestione anaerobica di Pinerolo

Trasporto 36.372 tkm

Rifiuto organico 909,3 t

Sacchetti 32,64 t

Produzione Sacchetti 31.510,6 kWh

E.E. 2.601 kWh Gasolio 672 l

909,3 t

Gruppo 1

Materiale non vagliabile 18,19 t

E.E. 1.717 kWh

E.E. 420,67 kWh

618,32 t

Gruppo 2

612,14 t

Gruppo 3

E.E. 98.267 kWh

Vapore 200 GJ

612,14 t

E.E. 37.105,5 MJ Cogenerazione 5.895,9GJ

Emissioni in aria * E.E. 1.268 GJ

Trasporto a discarica 872,94 tkm

Frazione Verde 73,62 t

Produzione Biogas 151.957,27 Nm3


Scarto vaglio a dischi. 272,79 t

Fanghi da avviare al compostaggio 220,86 t

Gruppo 4

Scarto rotostacci 118,93 t

Riciclaggio Acciaio 6,1832 t

Trasporto 2.944,8 tkm

Compostaggio ANPA 294,48 t

Scarti 23,56 t


Vapore 1.268 GJ

Emissioni in aria ed acqua * Emissioni in Acqua ed aria da digestione anaerobica *

Fertilizzanti NPK 3,8 t

Consumo Acqua 900 l

Compost 126,63 t

Analisi di Inventario Impianto di interramento controllato Materiali, Risorse, Energia Elettrica, Consumi di gasolio, Trasporti

Frazione umida Frazione ligneocellulosica

Costruzione

Discarica controllata

Emissioni inquinanti in aria, acqua e suolo

Analisi di Inventario Impianto di interramento controllato:

Produzione acciaio 0,00029 kg

Produzione calcestruzzo 0,0076 kg

Trasporto 25 kgkm

Produzione sacchetti 26,07 kWh

Sacchetti di plastica 0,027 kg

Rifiuto umido 0,75 kg

Rifiuto verde 0,25 kg

Anidride carbonica 279 g Produzione HDPE 0,00045 kg

Costruzione Discarica

Conferimento 1 kg

Produzione bitume 0,00095 kg

Consumo gasolio 0,00724 MJ

Trasporto in fase di costruzione 0,00178 kgkm

Metano 30,4 g

Monossido di carbonio 1,95 g

Altre emissioni in acqua ed aria*

Ammoniaca 0,00289g

Analisi degli Impatti [kg input] Effetto Ambientale

Indicatore di Categoria

Unità di misura

Consumo totale di risorse energetiche

GER

MJ

Effetto Serra

GWP

kg CO2equivalenti

Eutrofizzazione

NP

g O2 equivalenti

Acidificazione

AP

Moli H+equivalenti

Analisi degli Impatti [kg input] Indicatore di categoria Impianto

G.E.R. [MJ]

G.W.P. [ kg CO2 eq]

A.P. [mol H+]

N.P. [g O2 eq]

Compostaggio

3,0127

0,24334

0,031642

5,0971

Digestione Anaerobica

-1,29

0,30464

0,014588

0,51521


2,85250

1,0151

0,035973

22,8590

Analisi degli Impatti [kg input]

MJ/kg

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 GER

Compostaggio



3,0127

-1,29

2,85250

1,2

kg CO2 eq/kg

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 GWP

Compostaggio



0,24334

0,30464

1,0151

Impianto di compostaggio: G.E.R. [kg input] 0,28125 kg Compost Asti

3,0127 MJ

0,28125 kg

0,28125 kg

0,28125 kg

Stoccaggio

Trattamento Fumi

Trattamento Reflui

3,1233

0,28125 kg Raffinazione

0,26757

0,0098951

3,4031E-7 m3 Gasolio San Damiano

3,1094

0,013854

-0,0084375 kg Fertilizzanti NPK

-0,38806

Impianto di digestione anaerobica: G.E.R. [kg input] 0.129 kg Compost Pinerolo -1.29 MJ

0.129 kg Compost ACEA -1.112

0.075 kg Frazione Verde 0.0062184

0.62325 kg

0.00036338 tkm

Gruppo 3

transport by diesel-truck

3.3142

0.0011298

0.225 kg Emissioni Digestione ANPA 0

0.225 kg Fanghi da avviare al compostaggio -1.2031

0.36039 MJ

0.1548 m3

Energia Elettrica ACEA

Biogas

0.80725

-5.7793

-0.00387 kg Fertilizzanti NPK -0.17799

7.2E-5 tkm

0.0378 MJ

transport by diesel-truck

Energia Elettrica

0.00014924

0.2025 MJ Vapore da cogenerazion e ACEA 0.45358

ACEA 0.084669

Impianto di interramento controllato: G.E.R. [kg input] 1 kg

Discarica 2,8525 MJ

0,0076 kg Concrete not reinforced 0,0065562

0,00095 kg Bitumen from refinery 0,046975

0,00045 kg HDPE 0,035962

0,00029 kg

0,75 kg

0,25 kg

St13 I

Umido

Ligneocellulosico

0,0059328

0,01875 tkm transport by diesel-truck 0,038865

0,014888 MJ Electricity Italy,BUWAL 0,042053

2,6577

0,021163

0,026925 kg Sacchetti di Plastica 2,6189

0,0293 kg Produzione Plastica 2,5768

0,029886 kg Polyethene granulate 2,3546

0,078688 MJ Electricity Italy,BUWAL 0,22226

0,0724 MJ Heat from diesel 0,078161

1,78E-6 tkm transport by diesel-truck 5,5343E-6

Analisi degli Impatti [kg input] Contributi Trasporti Processi di trattamento nell’impianto (consumi energetici e di gasolio, costruzione *) Produzione sacchetti Prodotti evitati (riciclaggio acciaio, fertilizzanti, energia elettrica e termica **) Emissioni da processi biologici *** ( * solo per la discarica; ** solo per la digestione anaerobica; *** solo per il G.W.P.)

Analisi degli Impatti: G.E.R. [kg input] Compostaggio Contributi

Valore [MJ/kg]

Trasporti

0,0855

Processi in situ

0,7082

Sacchetto

2,6196

Prodotti evitati

Acciaio

- 0,3881

Fertilizzanti NPK

- 0,0125 3,5

3,0127 3 MJ/kg

Totale

2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1

G.E.R.

Trasporti

Processi

Sacchetto

Prodotti evitati

Totale

0,0855

0,7082

2,6196

-0,4006

3,0127

Analisi degli Impatti: G.E.R. [kg input] Digestione anaerobica Contributi

Valore [MJ/kg]

Trasporti

0,08315

Processi in situ

1,4162

Sacchetto

3,2336 - 2,8896

Lordo e. e. generata

- 2,8896

Fertilizzanti NPK

- 0,17799

Riciclo Acciaio

3 - 0,06601

Totale

1 -1,29

MJ/kg

Prodotti evitati

Lordo vapore generato

-1 -3 -5 -7

G.E.R.

Trasporti

Processi

Sacchetto

Prodotti evitati

Totale

0,08315

1,4162

3,2336

-6,0232

-1,29

Analisi degli Impatti: G.E.R. [kg input] Discarica controllata Contributi

Valore [MJ/kg]

Trasporti

0,0583

Processi in situ

0,1753

Sacchetto

2,6189

Prodotti evitati

-

Totale

2,8525 3 2,5

MJ/kg

2 1,5 1 0,5 0

G.E.R.

Trasporti

Processi

Sacchetto

Prodotti evitati

Totale

0,0583

0,1753

2,6189

0

2,8525

Analisi degli Impatti: G.W.P. [kg input] Compostaggio Contributi

Valore [kg CO2 eq/kg]

Trasporti

0,00648

Processi in situ

0,04458

Sacchetto

0,08457

Emissioni da processi biologici

0,15625

Prodotti evitati

-0,04853

Totale

0,24334

kg CO2 eq/kg

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 -0,1

G.W.P.

Trasporti

Processi

Sacchetto

Emissioni biologiche

Prodotti evitati

Totale

0,00648

0,04458

0,08457

0,15625

-0,04853

0,24334

Analisi degli Impatti: G.W.P. [kg input] Digestione anaerobica Contributi


Trasporti

0,0062956

Processi

0,074954

Sacchetto

0,10439

Prodotti evitati

Digestione

0,097

Compostaggio

0,0476

Cogenerazione

0,303

Lordo vapore generato

- 0,151

Lordo e. e. generata Fertilizzanti NPK Riciclo Acciaio Totale

0,6 0,4

- 0,151 kg CO2 eq/kg


0,2

- 0,02195 0 -0,00356 -0,2 0,30464 -0,4

Trasporti G.W.P. 0,0062956

Processi

Sacchetto


Prodotti evitati

Totale

0,074954

0,10439

0,447

-0,328

0,30464

Analisi degli Impatti: G.W.P. [kg input] Discarica controllata Contributi


Trasporti

0,0044143

Processi

0,008741

Sacchetto

0,084545


0,9174

Prodotti evitati

1,01511,2 1 kg CO2 eq/kg

Totale

0,8 0,6 0,4 0,2 0 Trasporti

G.W.P. 0,0044143

Processi

Sacchetto


Prodotti evitati

Totale

0,008741

0,084545

0,9174

0

1,0151

Dai risultati precedenti emerge come: La produzione dei sacchetti sia, in termini di G.E.R., l’operazione più impattante Le emissioni di tipo biologico siano la quota che contribuisce alla determinazione del G.W.P. nel modo più rilevante I trasporti non abbiano un ruolo preponderante nella determinazione dei due indicatori ambientali analizzati

Ipotesi di miglioramento

Ipotesi migliorative per il sacchetto Indicatore di categoria Impianto

Sacchetto in mater-bi

G.E.R. [MJ/kg]

G.W.P. [ kg CO2 eq/kg]

Compostaggio

1,0364

0,19894


- 3,7295

0,24957

Discarica Controllata

0,87678

0,97069

Indicatore di categoria Impianto

Sacchetto ri-utilizzato

G.E.R. [MJ/kg]


Compostaggio

0,39311

0,15877


- 4,5237

0,19998

Discarica Controllata

0,23362

0,93052

Ipotesi migliorative per il sacchetto 4,0000

G.E.R.

0,0000 -2,0000 -4,0000 -6,0000

Compostaggio



Mater-bi

1,0364

-3,7295

0,87678

Ri-utilizzato

0,39311

-4,5237

0,23362

Polietilene

3,0127

-1,29 1,2

2,85250

1 kg CO2 eq/kg

MJ/kg

2,0000

G.W.P.

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Compostaggio



Mater-bi

0,19894

0,24957

0,97069

Ri-utilizzato

0,15877

0,19998

0,93052

Polietilene

0,24334

0,30464

1,0151

Ipotesi peggiorative per i trasporti Impianto di compostaggio e discarica controllata

25 km

50 km

Impianto di digestione anaerobica

40 km

100 km

Ipotesi peggiorative per i trasporti Indicatore di categoria Impianto G.E.R. [MJ/kg]


Compostaggio

3,0710

0,24775


-1,1655

0,3138


2,9108

1,0195

Ipotesi peggiorative per i trasporti 4,0000 3,0000 MJ/kg

2,0000

G.E.R.

1,0000 0,0000 -1,0000 Compostaggio



Trasporti incrementati

3,0710

-1,1655

2,9108

1,2

Trasporti invariati

3,0127

-1,29

2,85250

1

kg CO2 eq/kg

-2,0000

0,8

G.W.P.

0,6 0,4 0,2 0 Compostaggio



Trasporti incrementati

0,24775

0,3138

1,0195

Trasporti invariati

0,24334

0,30464

1,0151

Conclusioni In termini di gas serra lo smaltimento attraverso discarica controllata è lo scenario senza dubbio più impattante. Con i dati sinora disponibili le altre 2 ipotesi di smaltimento possono invece definirsi equivalenti In termini di consumo di risorse energetiche lo smaltimento attraverso digestione anaerobica presenta il valore più basso, in virtù dei quantitativi energetici producibili dal biogas La produzione di compost di qualità risulta essere premiante in termini di G.E.R. in quanto permette di controbilanciare i maggiori carichi energetici attraverso la produzione di un quantitativo di fertilizzanti chimici, che costituisce un prodotto evitato

Conclusioni L’Analisi ha evidenziato come sia di estrema importanza il tema del contenitore attraverso cui conferire il rifiuto. Sistemi integrati di gestione dei rifiuti che contemplino la realizzazione di raccolte differenziate attraverso l’apposita produzione di sacchetti multicolore in cui riporre le diverse frazioni merceologiche, rischiano di vanificare i benefici derivanti dal trattamento separato della frazione organica Al fine di razionalizzare la gestione dei rifiuti all’interno della Provincia, si potrebbe ipotizzare la realizzazione di un minor numero di impianti ed a distanze maggiori dal punto di raccolta rispetto a quelle supposte nel presente lavoro, a patto che essi siano caratterizzati da un’efficienza tale da garantire un adeguato smaltimento della frazione organica sia in termini quantitativi che qualitativi

Grazie per l’attenzione