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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN. Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio. L’analisi del ciclo di vita (LCA) della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di biomassa legnosa. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVAFacoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN.
Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio
L’analisi del ciclo di vita (LCA) della L’analisi del ciclo di vita (LCA) della produzione di 1 MJ di energia termica produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di biomassa legnosada combustione di biomassa legnosa
Relatore: Ch.mo prof. Davide PettenellaCorrelatore: Ing. Paolo Neri
Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’AmbienteIn collaborazione con
Laureanda: Alice Tanfoglio
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Obiettivo dello studio
Valutazione
• impatto ambientaleimpatto ambientale• convenienza energeticaconvenienza energetica• costo economico esternocosto economico esterno
della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato
con il metodo LCA - Life Cycle Assessment
(norma europea UNI EN ISO 14040)
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Il metodo LCA
“ Processo che permette di valutare gli impatti ambientali associati ad un prodotto, processo o attività, attraverso l’identificazione e la quantificazione dei consumi di materia,
energia ed emissioni nell’ambiente.” (SETAC, 1991)
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CICLO DI VITA:
• Fase di produzione:
• Fase d’uso:
• Fase di fine vita:
Materie prime
Realizzazione
Riutilizzo, riciclo, smaltimento…
Il metodo LCA
“From cradle to grave”
Uso
Dismissione
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1 - Fase preliminare
2 - Inventario
3 - Elaborazione dati
Il metodo LCA
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Classificazione
Caratterizzazione
Normalizzazione
Valutazione
Alle sostanze catalogate nell’inventario vengono assegnate una o più categorie
di impatto
Sostanza x Fattore di Caratterizzazione
Il risultato della caratterizzazione viene rapportato ad un valore di riferimento
Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto
Elaborazione dati
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Applicazione del metodo LCA
al sistema oggetto di studio
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• Obiettivo dello studio:
Valutazione
1 - Fase preliminare
• impatto ambientaleimpatto ambientale• convenienza energeticaconvenienza energetica• costo economico esternocosto economico esterno
della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato
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• Sistema oggetto di studio:
Impianto di produzione di energia termica di proprietà dell’Azienda Agricola Reffo
(Dolo – VE)
1 - Fase preliminare
Componenti principali:
• CALDAIA
• ARBORETO
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• Sistema oggetto di studio:
1 - Fase preliminare
CALDAIA• Potenza: 35 kW t
• Accumulo acqua calda: 1 m3
• Volumetria riscaldata: 1100 m3
• Energia / anno: 110.400 MJ• Potenza per automazione: 3 kW
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• Sistema oggetto di studio:
1 - Fase preliminare
ARBORETO
• Superficie utilizzata: 3500 m2
• Quantità raccolta : 12 t / anno
• Produttività: 1,2 t /ha/anno/100m
• Turno: 30 anni
• Arboreto misto: platano, ontano, olmo, ciliegio, noce, frassino e farnia
• Ciclo taglio: 5 anni
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• Unità funzionale: 110.400 MJ
• Confini del sistema:
produzione legna (12 t)
produzione energia (110.400 MJ)
• Dati:• AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali• banca dati di SimaPro7
• Strumento elaborazione dati: software SimaPro 7.0
1 - Fase preliminare
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2 - Inventario
Cippato, arboreto di pianura, in caldaia,35
kW
Electricity LV use in I +
imports 2005
Produzione del legno fresco
Taglio e cippatura
Furnace, wood chips, hardwood,
50kW
Emissioni e ceneri
(0.00025m3)
Vivaio
Power sawing, with
catalytic converter
Wood chopping,
mobile chopper
Emissioni e ceneri da
legno (0.000309m3)
PROCESSOPRINCIPALE
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1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW
Unità funzionale: 110.400 MJ
Sottoprocessi: • Electricity LV use in I + imports2005: 460 kWh
• Produzione del legno fresco (3500m2):12 t
• Taglio e cippatura:12 t
• Furnace, wood chips, hardwood, 50kW: 0,0117 p
• Emissioni e ceneri (0.00025m3): 9,6 t
Inventario
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2- Produzione legno
Unità funzionale: 360 t
Risorse: • Occupation, forest, extensive:105.000 m2a
• Carbon dioxide, in air: 327,6 t
• Vivaio: 0,03333p
• Energy, gross calorific value, in biomass: 3.330.000 MJ
Materiali: • PVC film: 202,5 kg
Elettricità: • Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2
• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg
• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2
Inventario
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Stima CO2 assorbita
Contenuto idrico del legno fresco (w): 50%
Sostanza secca (SS): 0,5 t /t legno fresco
Contenuto di C nella SS: circa 50%
Inventario
Peso 1 mole CO2: 44 g
0,25 t / t legno fresco
Peso 1 mole C: 12 g
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Stima CO2 assorbita
10,92 t/anno
Rapporto tra i pesi molecolari di CO2 e C: 44/12 = 3,66
3,66 / 4 = 0,91 t CO2 / t legno fresco
3,66 t CO2 / t C
1 t C 4 t legno fresco
quantità di CO2 assorbita dalla biomassa raccolta:
Inventario
12 t * 0,91 =
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3- Coltivazione in vivaio
Elettricità: • Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2
• Planting/CH: 3500 m2
• Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg
• Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2
Risorse: • Occupation, forest, intensive: 60 m2a
• Carbon dioxide, in air: 21,84 t
• Energy, gross calorific value, in biomass: 2.220.000 MJ
• Water, unspecified natural origin: 2,1kg
Unità funzionale: 1 p
Inventario
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3- Coltivazione in vivaio
Materiali:•PET bottle grade: 60 kg
•Fertiliser (N):1,824kg
•Fertiliser (P):0,582kg
•Fertiliser (K):0,708kg
•Molybdenum, in ground: 0,002112kg
•Magnesium, in ground: 0,24kg
•Iron, in ground0,0504kg
•Manganese, in ground0,00576kg
•Zinc, in ground0,001728kg
•Copper, in ground0,00768kg
•Sulfur, in ground0,384kg
•[thio]carbamate-compounds/RER S0,03kg
•Glyphosate, at regional storehouse/RER S0,102kg
Inventario
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3- Coltivazione in vivaio
Materiali: •2,4-D, at regional storehouse/CH: 0,001998 kg
•Pyretroid-compounds: 0,001998 kg
•Organophosphorus-compounds: 0,001998 kg
•Sulphur B 2500: 003996 kg
•Triazine-compounds: 0,003996 kg
•Dithiocarbamate-compounds: 0,003996 kg
Inputs tecnologici:
•Irrigating: 289,98 m2
•Application of plant protection products, by field
sprayer/CH: 60 m2
•Transport, lorry 28 t: 0,12337 tkm
Inventario
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3- Coltivazione in vivaio
Emissioni in aria: •Thiram: 0,000108kg
•Ziram: 0,00000432kg
•Glyphosate: 0,0115kg
Emissioni in acqua: •Deltamethrin: 0,0000028kg
•Chlorpyrifos: 0,000046kg
•Cyproconazole: 0,001005kg
•Ziram: 0,0011796kg
•Thiram: 0,0295kg
•Glyphosate: 0,000714kg
Inventario
![Page 22: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/22.jpg)
3- Coltivazione in vivaio
Emissioni al suolo: •Thiram: 0,000189 kg
•Deltamethrin: 0,001015 kg
•Chlorpyrifos: 0,000992 kg
•Cyproconazole: 0,0000972 kg
•Ziram: 0,00000756 kg
•Glyphosate: 0,000278 kg
Trattamento rifiuti: •Recycling PET: 60 kg
Inventario
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Ripartizione ambientale (%) fitofarmaci*
* archivio APAT prodotti fitosanitari
Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)
P.A. Aria Acqua Suolo SedimentiSolidi
sospesiBiomassa acquatica
Biomassa terrestre
Thiram 0,36 98,3 0,63 0,59 0 0 0,13
Ziram 0,36 98,3 0,63 0,59 0 0 0,13
Deltamethrin 0 0,14 50,82 47,43 0,08 0,01 1,52
Chlorpyrifos 0 2,29 49,64 46,43 0,08 0,01 1,65
Cyproconazole 0 83,77 8,1 7,56 0,01 0 0,55
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Ripartizione ambientale Glyphosate
P.A. Aria Acqua Suolo SedimentiSolidi
sospesiBiomassa acquatica
Biomassa terrestre
Glyphosate 1,15*10-08 5,77*10-02 7,14*10-02 1,37*10-02 2,28*10-05 4,13*10-10 2,81*10-03
• Molecola fortemente ionizzabile scelta Koc• Unità di mondo “Basso Piave”
Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981)
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4- Taglio e cippatura
Unità funzionale: 12 t
Elettricità: • Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h
• Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg
Inventario
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5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Acetaldehyde 6,1E-08 kg
• Ammonia 1,73 E-06 kg
• Arsenic 1E-09 kg
• Benzene 9,1E-07 kg
• Benzene, ethyl- 3E-08 kg
• Benzene, hexachloro- 7,2E-15 kg
• Benzo(a)pyrene 5E-10 kg
• Bromine 6E-08 kg
• Cadmium 7E-10kg
• Calcium 5,85E-06 kg
Unità funzionale: 0,074 kg
Inventario
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5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Carbon dioxide, biogenic 0,134 kg
• Carbon monoxide, biogenic 0,000118 kg
• Chlorine 1,8*10-07 kg
• Chromium 3,96*10-09 kg
• Chromium VI 4*10-11 kg
• Copper 2,2*10-08 kg
• Dinitrogen monoxide 0,000003 kg
• Dioxins, as 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin
3,1*10-14 kg
• Fluorine 5*10-08 kg
• Formaldehyde1,3*10-07 kg
• Heat, waste1,08 MJ
Inventario
![Page 28: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/28.jpg)
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Hydrocarbons aliphatic unspecified 9,1*10-07 kg• Hydrocarbons aliphatic unsaturated 3,1*10-06 kg• Lead 2,5*10-08 kg• Magnesium3,6*10-07 kg• Manganese1,7*10-07 kg• Mercury 3*10-10 kg• Methane, biogenic7E-07kg• m-Xylene1,2E-07kg• Nickel6E-09kg• Nitrogen oxides0,00013kg• NMVOC, non-methane volatile organic compounds, unspecified origin9E-07kg• PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons1,11E-08kg
Inventario
![Page 29: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/29.jpg)
5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3)
Emissioni in aria: • Particulates, < 2.5 um0,000034kg• Phenol, pentachloro-8,1E-12kg• Phosphorus3E-07kg• Potassium2,34E-05kg• Sodium1,3E-06kg• Sulfur dioxide2,5E-06kg• Toluene3E-07kg• Zinc3E-07kg
Rifiuti da trattare: • Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to landfarming/CH 0,00025kg• Disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to municipal incineration/CH 0,00025kg
Inventario
![Page 30: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/30.jpg)
3- Elaborazione dati:
Il metodo Eco-indicator 99
Categorie di impatto Categorie di danno
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Analisi dei risultati
![Page 32: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/32.jpg)
Eco-indicator 99
55,11% Human Health
27,27% Ecosystem Quality
17,62% Resources
Emissioni e ceneri 88%
Produzione legno -13%
Impatto totale:0,00164913 Pt
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EPS 2000
49,23% Human Health33,28% Ecosystem Production Capacity 16,88% Abiotic Stock Resource0,61% Biodiversity
Emissioni e ceneri 175%
Produzione legno -193%
Impatto totale: 0,00838478 Pt
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IMPACT 2002+
53,24% Human Health35,21% Ecosystem Quality6,71% Climate Change4,86% Resources
Emissioni e ceneri 83%
Impatto totale:1,017*10-5 Pt
![Page 35: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/35.jpg)
EDIP/UMIP 97
Impatto totale: 0,000264 Pt
Emissioni e ceneri 75,18%
![Page 36: UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN](https://reader036.vdocumenti.com/reader036/viewer/2022062519/568150a1550346895dbe9fd9/html5/thumbnails/36.jpg)
Analisi dei risultati
Carbon dioxide biogenic 108 g
Carbon dioxide 4,07 g
Carbon dioxide, fossil 2,14 g
Carbon dioxide in air 105,6 g
CO2 EMESSA
CO2 ASSORBITA
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Analisi di sensibilità
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Produzione 1 MJ da diverse fonti
1. Heat industrial coal fornace 1-10 MW
5. Cippato, bruciato in caldaia, 35 kW
(centrale termica a carbone)
2. Heat natural gas at boiler atm., low NOx(centrale termica a gas)
3. Heat, light fuel oil, at boiler 10 kW condensing(impianto a olio combustibile per utenza monofamiliare)
4. Heat, at plate collector, one familiy house for(impianto solare termico per utenza monofamiliare)
(sistema oggetto di studio)
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Produzione 1 MJ da diverse fonti
Processo meno impattante
1 2 3 4 5
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Analisi dei costi esterni
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Analisi dei costi esterni
Human Health Ecosystem Quality/ Biodiversity
Resources/Abiotic Stock Resource
Ecosystem Production capacity
EPS 2000 0,0041 0,00005102 0,0014 0,0028
Eco-indicator 99 (UE15) 0,00131268 0,0010588 0,000171138
Eco-indicator 99(pop. mondiale) 0,0218 0,0175 0,0028
Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è Human Health
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Conclusioni
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Conclusioni
• IMPATTO:
Emissioni e ceneri • PM < 2.5m
• NOxHuman Health
Rapporto efficienza: 1 / 0,075 = 13,3
1 MJ 0,075 MJ
Bilancio energetico: 1 – 0,075 = 0,925
• ENERGIA:
• COSTI ESTERNI: Human Health