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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Agraria- Scienze MM.FF.NN.

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.

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Presentation Transcript

  1. 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 Relatore: Ch.mo prof. Davide Pettenella Correlatore: Ing. Paolo Neri Laureanda: Alice Tanfoglio In collaborazione con Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente

  2. Obiettivo dello studio Valutazione • impatto ambientale • convenienza energetica • costo 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)

  3. 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)

  4. Il metodo LCA CICLO DI VITA: “From cradle to grave” Materie prime • Fase di produzione: Realizzazione Uso • Fase d’uso: Dismissione • Fase di fine vita: Riutilizzo, riciclo, smaltimento…

  5. Il metodo LCA 1 - Fase preliminare 2 - Inventario 3 - Elaborazione dati

  6. Elaborazione dati Alle sostanze catalogate nell’inventario vengono assegnate una o più categorie di impatto Classificazione Caratterizzazione Sostanza x Fattore di Caratterizzazione Il risultato della caratterizzazione viene rapportato ad un valore di riferimento Normalizzazione Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto Valutazione

  7. Applicazione del metodo LCA al sistema oggetto di studio

  8. 1 - Fase preliminare • Obiettivo dello studio: Valutazione • impatto ambientale • convenienza energetica • costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia termica da combustione di cippato

  9. 1 - Fase preliminare • Sistema oggetto di studio: Impianto di produzione di energia termica di proprietà dell’Azienda Agricola Reffo (Dolo – VE) • CALDAIA Componenti principali: • ARBORETO

  10. Potenza: 35 kW t • Energia / anno: 110.400 MJ • Potenza per automazione: 3 kW • Accumulo acqua calda: 1 m3 • Volumetria riscaldata: 1100 m3 1 - Fase preliminare • Sistema oggetto di studio: CALDAIA

  11. 1 - Fase preliminare • Sistema oggetto di studio: • Superficie utilizzata: 3500 m2 • Produttività: 1,2 t /ha/anno/100m ARBORETO • Quantità raccolta : 12 t / anno • Turno: 30 anni • Ciclo taglio: 5 anni • Arboreto misto: platano, ontano, olmo, ciliegio, noce, frassino e farnia

  12. produzione legna (12 t) produzione energia (110.400 MJ) 1 - Fase preliminare • Unità funzionale: 110.400 MJ • Confini • del sistema: • AIEL – Ass. Italiana Energie Agroforestali • Dati: • banca dati di SimaPro7 software SimaPro 7.0 • Strumento elaborazione dati:

  13. PROCESSO PRINCIPALE 2 - Inventario

  14. Unità funzionale: 110.400 MJ • 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 Sottoprocessi: Inventario 1- Cippato, da arboreto di pianura, bruciato in caldaia, 35 kW

  15. Unità funzionale: 360 t Risorse: Materiali: Elettricità: • 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 • PVC film: 202,5 kg • Tillage, harrowing, by rotary harrow/CH: 3500 m2 • Extrusion, plastic film/RER: 202,5 kg • Mowing, by motor mower/CH: 210.000m2 Inventario 2- Produzione legno

  16. Inventario 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% 0,25 t / t legno fresco Peso 1 mole CO2: 44 g Peso 1 mole C: 12 g

  17. Inventario Stima CO2 assorbita Rapporto tra i pesi molecolari di CO2 e C: 44/12 = 3,66 3,66 t CO2 / t C 4 t legno fresco 1 t C 3,66 / 4 = 0,91 t CO2 / t legno fresco quantità di CO2 assorbita dalla biomassa raccolta: 10,92 t/anno 12 t * 0,91 =

  18. 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 Elettricità: Risorse: Unità funzionale: • 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 Inventario 3- Coltivazione in vivaio 1 p

  19. Materiali: Inventario 3- Coltivazione in vivaio • 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

  20. Materiali: Inventario 3- Coltivazione in vivaio • 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 • Irrigating: 289,98 m2 • Application of plant protection products, by field sprayer/CH: 60 m2 • Transport, lorry 28 t: 0,12337 tkm Inputs tecnologici:

  21. Thiram: 0,000108kg • Ziram: 0,00000432kg • Glyphosate: 0,0115kg Emissioni in aria: Inventario 3- Coltivazione in vivaio • Deltamethrin: 0,0000028kg • Chlorpyrifos: 0,000046kg • Cyproconazole: 0,001005kg • Ziram: 0,0011796kg • Thiram: 0,0295kg • Glyphosate: 0,000714kg Emissioni in acqua:

  22. Inventario 3- Coltivazione in vivaio • Thiram: 0,000189 kg • Deltamethrin: 0,001015 kg • Chlorpyrifos: 0,000992 kg • Cyproconazole: 0,0000972 kg • Ziram: 0,00000756 kg • Glyphosate: 0,000278 kg Emissioni al suolo: • Recycling PET: 60 kg Trattamento rifiuti:

  23. Ripartizione ambientale (%) fitofarmaci* Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981) * archivio APAT prodotti fitosanitari

  24. Ripartizione ambientale Glyphosate Modello di fugacità di Mackay (Mackay e Paterson, 1981) • Molecola fortemente ionizzabile scelta Koc • Unità di mondo “Basso Piave”

  25. 12 t Unità funzionale: Inventario 4- Taglio e cippatura • Power sawing, with catalytic converter: 8,7 h • Wood chopping, mobile chopper: 6000 kg Elettricità:

  26. Emissioni in aria: Unità funzionale: Inventario 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3) 0,074 kg • 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

  27. Emissioni in aria: Inventario 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3) • 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

  28. Emissioni in aria: Inventario 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3) • 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

  29. Emissioni in aria: Rifiuti da trattare: Inventario 5- Emissioni e ceneri (0,000309 m3) • 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 • 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

  30. 3- Elaborazione dati: Il metodo Eco-indicator 99 Categorie di impatto Categorie di danno

  31. Analisi dei risultati

  32. Eco-indicator 99 Impatto totale: 0,00164913 Pt 55,11% Human Health 27,27% Ecosystem Quality 17,62% Resources Emissioni e ceneri 88% Produzione legno -13%

  33. EPS 2000 Impatto totale: 0,00838478 Pt 49,23%Human Health 33,28% Ecosystem Production Capacity 16,88% Abiotic Stock Resource 0,61% Biodiversity Emissioni e ceneri 175% Produzione legno -193%

  34. IMPACT 2002+ Impatto totale: 1,017*10-5 Pt 53,24%Human Health 35,21% Ecosystem Quality 6,71% Climate Change 4,86% Resources Emissioni e ceneri 83%

  35. EDIP/UMIP 97 Impatto totale: 0,000264 Pt Emissioni e ceneri 75,18%

  36. Analisi dei risultati CO2 EMESSA Carbon dioxide biogenic108 g Carbon dioxide4,07 g Carbon dioxide, fossil2,14 g CO2 ASSORBITA Carbon dioxide in air 105,6 g

  37. Analisi di sensibilità

  38. Produzione 1 MJ da diverse fonti • Heat industrial coal fornace 1-10 MW (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) 5. Cippato, bruciato in caldaia, 35 kW (sistema oggetto di studio)

  39. Produzione 1 MJ da diverse fonti Processo meno impattante 1 2 3 5 4

  40. Analisidei costi esterni

  41. Analisidei costi esterni Con entrambi i metodi la categoria che ha un impatto maggiore è Human Health

  42. Conclusioni

  43. Conclusioni • IMPATTO: • PM < 2.5mm Human Health Emissioni e ceneri • NOx • ENERGIA: 0,075 MJ 1 MJ Bilancio energetico: 1 – 0,075 = 0,925 Rapporto efficienza: 1 / 0,075 = 13,3 • COSTI ESTERNI: Human Health

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