Eco-profilo di un laterizio porizzato confronto con ... - La Termotecnica

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L
a Life Cycle Assessment - LCA è un metodo che consente di stimare
gli impatti ambientali (consumo di risorse, effetto serra potenziale,
produzione di rifiuti, ecc.) attribuibili al ciclo di vita di un prodotto/servizio
(dal reperimento delle materie prime alle fasi di manifattura,
trasporto, uso e smaltimento finale) e di identificare i processi maggiormente
responsabili di tali impatti [1], [2].
La LCA consente, inoltre, di valutare la qualità ambientale di un prodotto
attraverso un processo di benchmarking, cioè attraverso la comparazione
delle sue prestazioni energetico-ambientali con dei valori di riferimento,
ottenuti da studi LCA di prodotti surrogabili. La comparazione
deve essere effettuata su una base comune, attraverso la definizione di
un’unica unità funzionale [3], la quale costituisce un riferimento a cui
riportare gli input e gli output di un sistema di prodotto [4]. I risultati ottenuti
applicando la LCA al ciclo di vita di un prodotto/servizio possono
essere utilizzati per supportare le aziende, i decisori e i consumatori
nell’effettuare scelte eco-sostenibili, volte cioè a minimizzare il consumo
di risorse e le emissioni nell’ambiente. Nel presente lavoro è stata effettuata
un’analisi comparativa degli eco-profili di quattro differenti tipologie
di laterizi porizzati, ottenuti aggiungendo al normale impasto di argilla
sostanze che, durante la cottura, sviluppano dei gas e producono piccoli
fori nella massa, aumentandone le caratteristiche termoisolanti rispetto
ai laterizi usuali. Per alcuni dei manufatti comparati è stata eseguita
un’analisi di sensibilità sui metodi di valutazione dell’impatto “effetto serra
potenziale”. L’obiettivo dell’analisi consisteva nell’evidenziare come,
al variare del metodo impiegato, mutino le sostanze climalteranti computate
e i rispettivi fattori di caratterizzazione, inducendo differenze
significative nella stima quantitativa dell’impatto.
Prof. Giorgio Beccali, Ordinario di Tecnica del Controllo Ambientale; prof. Maurizio
Cellura, Associato di Fisica Tecnica Ambientale; dott. Mario Fontana, dott.
Sonia Longo, Dottorandi di Ricerca in Fisica Tecnica Ambientale, Dipartimento
di Ricerche Energetiche ed Ambientali, Università di Palermo; ing. Marina
Mistretta, Ricercatore in Fisica Tecnica Ambientale, Dipartimento di Arte, Scienza
e Tecnica del Costruire, Università Mediterranea di Reggio Calabria.
La Termotecnica Aprile 2009
energia & edilizia
Processo di benchmarking
di G. Beccali,
M. Cellura, M. Fontana,
S. Longo, M. Mistretta
Eco-profilo
di un laterizio porizzato
confronto con altri manufatti
surrogabili
Le prestazioni energetico-ambientali di un laterizio
porizzato, valutate secondo la metodologia del -
l’Analisi del ciclo di vita (LCA), sono comparate con
altre tipologie di manufatti surrogabili. Si esegue
inoltre un’analisi di sensibilità sui metodi di valutazione
dell’ “effetto serra potenziale”, evidenziando
come al variare del metodo impiegato la conseguente
variazione dei rispettivi fattori di caratterizzazione
induce differenze significative nella valutazione
del suddetto impatto.
È stata effettuata l’analisi del ciclo di vita di un laterizio porizzato utilizzato
come elemento portante in zone sismiche, dotato di ottime capacità
termoisolanti (conduttività termica equivalente 0,232 [W/m·°C]),
elevata resistenza al fuoco e buone qualità di isolamento acustico. Le
informazioni relative al processo di produzione del manufatto, raccolte
presso un’azienda siciliana che realizza prodotti in argilla, sono state
elaborate ed implementate in un software LCA [5] al fine di stimare
gli impatti ambientali del sistema in esame. Il ciclo di vita del laterizio
è stato suddiviso nei seguenti sottosistemi, per ognuno dei quali sono
stati valutati i relativi input ed output (flussi di massa ed energia, emissioni
in aria e in acqua, produzione di rifiuti):
- estrazione/approvvigionamento delle materie prime e dei combustibili;
- manifattura del prodotto;
- essiccazione e cottura;
- selezione ed imballaggio;
- trasporto in azienda delle materie prime e dei combustibili;
- distribuzione del prodotto finito alle utenze.
L’unità funzionale alla quale sono stati riferiti tutti i flussi di massa ed
energia connessi al sistema esaminato è 1.000 kg di laterizi [6]. Le prestazioni
energetico-ambientali del manufatto in esame (Manufatto “A”)
sono state comparate con gli eco-profili delle seguenti tipologie di blocchi
in laterizio (Tabella 1), i cui dati sono stati reperiti in letteratura:
- Manufatto B: Blocco porizzato in argilla, la cui peculiarità consiste
nell’introduzione di paglia nell’impasto di argilla e acqua. La paglia,
come il polistirene nel manufatto A, viene impiegata per garantire
adeguata porosità al laterizio, ma a differenza del polistirene rappresenta
un materiale naturale a basso impatto ambientale [7];
- Manufatto C: Blocco porizzato in terra argillosa [8];
- Manufatto D: Blocco porizzato in argilla, che possiede una certificazione
DAP e il cui ciclo di vita è caratterizzato da un considerevole
impiego di fonti rinnovabili. Le materie prime utilizzate sono essenzialmente
argilla, materiali organici, cellulosa, fibre di vetro e silicati.
Per tale manufatto, come per i precedenti, l’eco-profilo include le
fasi di estrazione/produzione e approvvigionamento delle materie
prime, il processo di produzione e distribuzione all’utenza [9].
È utile sottolineare come il processo di benchmarking è risultato particolarmente
difficoltoso a causa della carenza di dati ed informazioni
sui confini del sistema e su eventuali scelte ed assunzioni fatte per eseguire
gli studi. In particolare non è stato possibile analizzare il comportamento
dei laterizi in fase d’uso, poiché non erano disponibili dati
relativi alle caratteristiche termo-fisiche, di durabilità ecc. L’analisi è
stata conseguentemente arrestata alla fase di consegna dei manufatti
all’utenza. Tuttavia va sottolineato che la valutazione di ciclo di vita del-
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le prestazioni energetiche ed ambientali di un manufatto edile dovrebbe
includere il comportamento dello stesso in fase d’uso. Ad esempio,
se un generico manufatto A presenta un valore di embodied energy
maggiore di un manufatto surrogabile B, ciò non implica necessariamente
che scegliere il manufatto B rappresenti una decisione con migliori
caratteristiche di eco-compatibilità. Se infatti le caratteristiche termofisiche
di A consentiranno un maggiore risparmio energetico lungo
il ciclo vitale dell’edificio rispetto all’eventuale impiego di B, la definizione
degli eco profili dei manufatti arrestati alla fase di trasporto
all’utenza non implica l’adozione di scelte a ridotto impatto ambientale.
Dall’analisi comparativa si può evidenziare che:
- Il laterizio con il minore carico energetico è il manufatto C, che utilizza
circa 3.036 MJ/u.f. di energia di cui il 99,7% è prodotta con
fonti non rinnovabili.
- Il manufatto B implica il maggior consumo di energia (circa 5.541
MJ/u.f.), di cui il 52% deriva da fonti rinnovabili. Ciò determina un
contributo all’effetto serra pari a circa il 50% di quello del manufatto
A (163 kgCO 2eq/u.f.).
- L’ecoprofilo del manufatto A presenta, tra tutti, il maggiore contributo
all’effetto serra (321 kg CO 2eq), a causa dell’impiego di fonti
fossili nel processo produttivo.
- Il manufatto C presenta l’eco-profilo con i minori impatti ambientali,
ad eccezione della produzione di rifiuti pericolosi, maggiore
rispetto agli altri manufatti. Rispetto ad esso, infatti il manufatto A
presenta una produzione di rifiuti pericolosi pari al 2,5%, il manufatto
B pari al 4,3% e il manufatto D pari al 17%. Il contributo all’effetto
serra risulta uguale a quello del manufatto B, nonostante i consumi
energetici siano inferiori. Ciò è dovuto al maggior consumo di energia
da fonti fossili, che costituiscono la quasi totalità delle fonti impiegate.
Come si evince dalla Tabella 1, infatti, l’impiego di fonti rinnovabili
per il manufatto C è appena pari a 10 MJ/u.f.
- Il manufatto D, tra gli altri, presenta il minor consumo di energia non
rinnovabile (1.768 MJ/u.f.), pari al 40% di quello relativo al manufatto
A (4.452 MJ/u.f.). Ciò determina un contributo all’effetto serra (141
kgCO 2eq /u.f.) minore del 66% rispetto al manufatto A e del 14% rispetto
ai manufatti B e C. Ad esso si attribuisce la maggiore produzione di
rifiuti non pericolosi (237 kg/u.f.).
Analisi di sensibilità
L’analisi di sensibilità è stata condotta al
fine di stimare la variazione dei risultati
dell’analisi degli impatti ambientali al
variare del metodo di caratterizzazione
impiegato. In particolare, con riferimento
al ciclo di vita dei manufatti A, B e C prima
analizzati, l’analisi di sensibilità è stata
eseguita sulla categoria di impatto “Effetto
serra potenziale a 100 anni” stimata con i
seguenti metodi di caratterizzazione:
- CML 1992 [Gli stessi fattori di emissione
sono utilizzati nel metodo Eco-indicator
95, sviluppato da PRè Consultants [10]]
e CML 2 baseline 2000, sviluppati sulla
base del metodo proposto dal Centre for
Environmental Studies. Al metodo originario
sono stati aggiunti, per la categoria
d’impatto dell’effetto serra, i fattori di
emissione per alcuni CFC [10]. In
entrambi i metodi sono utilizzati gli stessi
fattori di caratterizzazione per le emis-
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energia & edilizia
sioni fossili e biogeniche e un fattore negativo per la CO 2 assorbita
dalle piante. Il CML 2 baseline 2000 valuta, inoltre, gli effetti indiretti
dovuti alle emissioni di monossido di carbonio, utilizzando un
fattore di caratterizzazione pari a 1,53 kg CO 2eq/kg CO [11].
- Ecopoints 97, permette di valutare diversi effetti ambientali attraverso
l’uso dei cosiddetti ecofattori. Il calcolo degli ecofattori avviene
partendo dagli attuali carichi ambientali (flussi attuali determinati sulla
base di dati reali) e da quelli che sono considerati i carichi critici
(flussi critici determinati sulla base degli obiettivi della politica svizzera
in materia ambientale) [12].
- EDIP/UMIP 97, per la stima del GWP utilizza lo stesso fattore di caratterizzazione
per le emissioni fossili e biogeniche ed attribuisce un
fattore negativo alla CO 2 assorbita dall’atmosfera [13]. Vengono
computati i contributi “indiretti” di quelle sostanze che, una volta
emesse in atmosfera, si trasformano in CO 2.
- IPCC 2001 GWP 100, impiega per le emissioni dirette i fattori di caratterizzazione
proposti dall’Intergovernmental Panel on Climate Change
(IPCC). Lo stesso fattore di emissione è utilizzato per le emissioni
fossili e biogeniche, mentre un fattore di emissione negativo è relativo
alla CO 2 assorbita dalle piante. Non sono valutati né gli effetti
indiretti dovuti alle emissioni di idrocarburi, né la formazione indiretta
di protossido di azoto (N 2O) dalle emissioni di azoto. Non è
contabilizzato l’effetto serra dovuto alle emissioni nella bassa stratosfera
e alta troposfera di NO x, acqua, solfati ecc. [14].
Sulla base dei metodi precedentemente esposti è stato implementato un
modulo di valutazione dell’impatto GWP basato sui fattori di emissione
proposti dall’IPCC [15]. Per il monossido di carbonio (CO) si è utilizzato
un fattore di emissione pari a 2,1 kg CO 2eq /kg. Non è stata computata
la CO 2 biologicamente assorbita dalle biomasse. I risultati
dell’analisi di sensibilità sono riportati in Tabella 2. La variazione dei
risultati al variare del metodo utilizzato può essere legata alla scelta delle
sostanze climalteranti da includere nella valutazione e dei relativi fattori
di caratterizzazione. L’incidenza più rilevante è da attribuire al fattore
di caratterizzazione per la CO 2 assorbita dalle piante, rispetto al
quale è possibile ipotizzare scelte differenti. In particolare, tale quantità
può essere omessa o computata come apporto negativo nel bilancio
TABELLA 1 - Risultati dell’analisi
per le tipologie di laterizi a confronto per u.f.
Manufatto A B C D
Consumo Rinnovabile (MJ) 102 2.898 10 2501
di energia Non rinnovabile (MJ) 4.450 2.643 3.026 1.768
Totale (MJ) 4.552 5.541 3.036 4.269
Consumo Argilla (kg) 1.020 1.049 - 1.061,6
di risorse Calcite (kg) 0,09 1,4 - 23,4
Ghiaia (kg) 1,3 10,7 - 102
Ferro (kg) 0,4 2,6 - 0,97
Bauxite (kg) 0,02 - 1.012 0,004
Sabbia (kg) 0,1 8,7E-05 - 70
Risorse rinnovabili 128
Impatti Effetto serra potenziale (kg CO2eq ) 321 163 163 140,7
ambientali Formazione ossidanti fotochimici (kg C2H4eq ) 0,11 0,015 0,006 0,13
Distruzione strato di ozono (kg CFC-11eq ) 2,4·10-4 1,8·10-5 0 2,0·10-6 Acidificazione potenziale (kmol H+) 0,08 0,01 0,006 0,11
Eutrofizzazione potenziale (kg O2) 8 8,1 1,5 20
Rifiuti Pericolosi (kg) 0,03 0,05 1,17 0,2
Non pericolosi (kg) 20,3 7,3 58 237
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TABELLA 2 - Confronto tra i metodi
di caratterizzazione per il GWP
Manufatto A B C
Effetto serra CML 1992 314,3 -68,4 158,3
potenziale CML 2 baseline 2000 321,0 -63,4 163,4
(kg CO2eq /u.f.) Eco-indicator 95 314,3 -68,4 158,3
Ecopoints 97 (CH) 321,2 -63 163
EDIP/UMIP 97 324,2 -61,7 164,3
IPCC GWP 100a 321 -63,4 163,4
TRACI 299,3 8,7 163,3
Fattori di emissione IPCC 321 163 163
complessivo. Con riferimento ai manufatti a confronto si osserva che per
la produzione del laterizio B il 52% del consumo di energia è rappresentato
da biomasse. Per tale manufatto, al variare del metodo di calcolo
utilizzato, il valore dell’indice GWP assume valori di segno opposto.
Ad esempio, l’impiego dei fattori di emissione IPCC implica un valore
di GWP positivo pari a 163 kgCO 2eq/u.f., mentre il metodo
EDIP/UMIP 97 e i metodi CML 1992 e Eco-indicator implicano per lo
stesso un valore negativo, rispettivamente pari a -61,7 kgCO 2eq/u.f. e
-68,4 kgCO 2eq/u.f. Ciò è legato all’assorbimento di CO 2 delle piante,
computato nei suddetti metodi. Per i manufatti A e C in cui l’impiego di
biomasse è trascurabile, al variare del fattore di caratterizzazione i risultati
non subiscono variazioni significative. In particolare per il manufatto
C la variazione massima ottenuta è pari al 3% tra il metodo CML 1992
(158 kgCO 2eq /u.f.) e il metodo EDIP/UMIP 97 (164 kgCO 2eq /u.f.).
Conclusioni
È stato effettuato un processo di benchmarking per quattro differenti tipologie
di laterizio porizzato, da cui è emerso che il manufatto “A” ha prestazioni
energetiche ed ambientali inferiori rispetto agli altri laterizi. Ciò
è imputabile principalmente al maggiore impiego di combustibili fossili.
Va però rilevato come la mancanza di metadati relativi alle caratteristiche
dei laterizi esaminati non ha permesso di valutare il comportamento
dei manufatti in fase d’uso e di stimare l’effettivo risparmio energetico
che ciascuno di essi consente durante la vita utile dell’edificio in
cui è integrato. Infine è stata condotta un’analisi di sensibilità in merito
ai metodi di valutazione degli impatti e, in particolare, dell’indicatore
di Global Warming Potential (GWP). L’analisi ha mostrato variazioni
significative dei risultati in base al metodo scelto, a causa dei diversi fattori
di emissione impiegati e delle sostanze climalteranti considerate nella
valutazione. Il bilancio globale della CO 2 è legato alla scelta dei confini
del sistema di prodotto. Nel caso in cui nel ciclo di vita del laterizio
si includano le fasi di coltivazione e crescita delle biomasse, occorre
tener conto sia della CO 2 assorbita nel ciclo vegetativo che della CO 2
emessa nella fase di combustione o di smaltimento a fine vita [16]. Il
bilancio complessivo si assume nullo, in quanto si ipotizza che durante
la combustione venga rilasciato un quantitativo di biossido di carbonio
pari a quello assorbito durante la crescita delle piante. Il trascurare una
delle due fasi può determinare valori negativi del GWP, inducendo erroneamente
a pensare che un processo produttivo sottragga CO 2
dall’ambiente. Le considerazioni esposte per la CO 2 non valgono per
altre sostanze emesse durante la combustione. Lo studio è stato eseguito
nell’ambito del progetto di ricerca “Ruolo del settore edilizio sul cambiamento
climatico: “GENIUS LOCI”, finalizzato alla definizione di
interventi per la riduzione delle emissioni di gas serra nel settore edilizio
(Progetto finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca a
carico del FISR- Fondo Integrativo Speciale per la Ricerca).
La Termotecnica Aprile 2009
energia & edilizia
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Science, Leiden University (CML).
The energy and environmental performances of a building
brick, assessed through Life Cycle Assessment
(LCA) methodology, is compared with the ones of other
brick types. A sensitivity analysis is carried out on the
different methods to assess the global warming potential.
By varying of the characterization factor, significant
changes can occur in the estimation of such impact.
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