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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 produzione di 1 MJ di energia da da
biodiesel per trazione da olio vegetale biodiesel per trazione da olio vegetale di soiadi soia
Relatore: Ch.mo prof. Raffaele CavalliCorrelatore: Ing. Paolo Neri
Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’AmbienteIn collaborazione con
Laureando: Federico Alessandri
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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 da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia
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 da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia
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Sistema oggetto di studio
•Coltivazione soia presso Azienda Piva di S.Stino di Livenza
•Produzione Biodiesel presso Cereal Docks S.p.a di Camisano Vicentino
•Combustione Biodiesel rapporto EPA
1 - Fase preliminare
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Sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
Coltivazione
Tipo agricoltura: convenzionale
Resa: 4,5 t/ha
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Sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
Produzione biodiesel
• Soia lavorata: 900 t/d
•Fasi considerate:
-essiccazione
-estrazione (c.p: farina)
-raffinazione(c.p: lecitina)
-esterificazione(c.p: glicerina)
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Sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
Combustione biodiesel
• Fonti:
-Banca dati
-Rapporto EPA:“A ComprehensiveAnalysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions”
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• Unità funzionale: 1 MJ
• Confini del sistema:
produzione soia (4,5t/ha)
produzione energia (1 MJ)
• Dati:• Azienda Piva - Ceral Docks –Rapporto EPA - Letteratura
• banca dati di SimaPro7
• Strumento elaborazione dati: software SimaPro 7.0
1 - Fase preliminare
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2 - Inventario
Combustione biodiesel
Esterificazione
Raffinazione
Estrazione
Essiccazione
Produzione della soia
Glicerina
Lecitina
Farine d’estrazione
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Soy beans, at farm (S.Stino di Livenza)
Unità funzionale: 4500 kg
Processo • Risorse: -Occupation, arable, non-irrigated;
-Fertilizzanti;
-Pestidici;
-Lavorazioni;
•Emissioni / Assorbimenti:-acqua;
-aria;
-suolo
•Prodotti evitati: -N,K,P
Inventario
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Essiccazione
Unità funzionale: 1 t soia
Sottoprocessi:
-Impianto essiccazione
-Silos
-Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S
-Electricity LV use in I + imports 2005
-Transport, lorry 28t/CH S
Produzione biodiesel
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Estrazione
Unità funzionale: 0,18915 t olio
Sottoprocessi:
-Impianto estrazione
-Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S
-Electricity LV use in I + imports 2005
-AF+_Essiccazione : 1.031 t soia
-AF_Correzione allocazione CO2: -357,74
Sostanze
-Hexane (technical):1kg
Coprodotto: 0.8185 farine di estrazione
Produzione biodiesel
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Raffinazione
Unità funzionale: 0,9453 t olio raffinato
Sottoprocessi:
-Impianto Raffinazione
-Steam, for chemical processes, at plant/RER S
-Heat, natural gas, at industrial furnace low-NOx >100kW/RER S
-Electricity LV use in I + imports 2005
-AF+_Estrazione olio con coprodotto farina: 1 t
Coprodotto: 0,0547 t lecitina
Produzione biodiesel
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Esterificazione
Unità funzionale: 1,0045 t biodiesel
Sottoprocessi:
-Impianto esterificazione
-Steam, for chemical processes, at plant/RER S
-Electricity LV use in I + imports 2005
-AF+_Raffinazione con coprodotto lecitina : 1 t olio raffinato
Coprodotto: 0,103 t glicerina
Materiali:
-metanolo:103 kg
-sodio metilato:10 kg
Produzione biodiesel
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Combustione
Emissioni in aria:
Unità funzionale: 1kWh
•Monossido di carbonio
•Ossidi di azoto
•Particolato > 10
• Particolato compreso tra 2,5m e 10 m
•Particolato < di 2.5 m
Calcolate su stime di variazioni del diesel
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Acetaldeide
Acroleina
Benzene
Butadiene
Esano
Etil-benzene
Formaldeide
Naftalene
Stirene
Toluene
Xilene
Idrocarburi
Calcolate attraverso formule empiriche
Esempio:
Toxic (g/bhp-hr) = {a×(% biodiesel)+b} × {1+1×{exp[-0.011195×(vol% biodiesel)]-1}}
Anidride carbonica :
280 g* 0,77 *3.66 = 790,53 g di CO2
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Bilancio CO2
CO2 EMESSA: 1 kg * 0,77 * 44/12 = 2,772 kgCO2/kgbiod
CO2 ASSORBITA: 1,42 kg di CO2/kg soia (banca dati)
Possibili cause:
-allocazione fatta sulla massa e non sul contenuto in carbonio;
-sottostima del valore 1,42 kgCO2/kg granella;
-contributo del carbonio del metanolo;
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3- Elaborazione dati:
Il metodo Eco-indicator 99
Categorie di impatto Categorie di danno
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Analisi dei risultati
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Eco-indicator 99
Land Use
Impatto totale:0,017884 Pt
Carcinogens
43,53% Human Health40,96% Ecosystem Quality 15,51% Resources
Respiratory inorganics
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Eco-indicator 99
Efficienza energetica:
1MJ = 0.64609 MJ non rinnovabile
Energeticamente conveniente
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EPS 2000
55,9% Abiotic Stock
Resource
40,24% Human Health3,39% Ecosystem Production Capacity 0,48% Biodiversity
Impatto totale:0,0622881 Pt
Energia
1MJ= 0,670993 MJ non rinnovabile
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IMPACT 2002+
74,55% Human Health10,22% Ecosystem Quality8,06% Climate Change7,15% Resources
Impatto totale:0,017884 Pt
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EDIP/UMIP 97
Impatto totale:0,0014752 Pt + 0,001905201 Pt
(Resources)
•31,32% Ecotoxicity soil chronic•25,63% Human toxicity soil•11.69% Ecotoxicity water chronic•11,67% Ecotoxicity water acute•2.31% Global warming •0.05% Ozone depletion layer
22,57% Resources
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Analisi di sensibilità
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Confronti
Allocazione di massa• Confronto biodiesel-diesel con unità kWh• Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI
Allocazione energetica• Confronto tra allocazioni per kWh• Confronto tra allocazioni con unità PCI• Confronto tra diesel e biodiesel con allocazione
energetica
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Confronto biodiesel - diesel con unità kWh
Vantaggio ambientale: 30,35%
Ecoindicator-99
Consumo non rinnovabili: 0.644MJ
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Confronto biodiesel - diesel con unità kWh
Vantaggio ambientale: 42.52%
EPS
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Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI
Vantaggio ambientale: 26,05%
Consumo non rinnovabili: 0,2233MJ
VANTAGGIO ENERGETICO
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Confronto tra allocazioni per kWh
Allocazione di massa
inferiore 96,46%
Allocazione energetica
Consumo non rinnovabili: 1,08021 MJ
SVANTAGGIO ENERGETICO
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Confronto tra allocazioni con unità PCI
Allocazione di massa
inferiore 96,46%
Allocazione energetica
Consumo non rinnovabili: 0,373344 MJ
VANTAGGIO ENERGETICO
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Confronto diesel e biodiesel con allocazione energetica PCI
Svantaggio sul Diesel:
45,28%
VANTAGGIO ENERGETICO
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Analisi dei costi esterni
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Analisi dei costi esterni
Metodo: EPS
Human
Health [€]
Abiotic stock
resource [€]Biodiversity [€] Ecosystem Prod. Capacity [€]
Combustione
biodiesel0,0250639 0,0348168 0,000297609 0,00210988
Metodo: Eco-indicator99
Human Health[€]
Resources[€]
Ecosystem Quality[€]
Combustione biodiesel
(costo su base europea)
0,0112429 0,00103043 0,000371921
Combustione bidiesel
(costo su base mondiale)
(0,0112429/380 E6) * 6.3E9 =0,186395
(0,00103043/380E6)*6.3
E9= 0,017083
(0,000371921/380E6)*6,3E9 = 0,006166
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CONCLUSIONI
Analisi con i 4 metodi:
•Human Health: ox azoto e particolato 2,5 micron dalla combustione;
•Ecosystem Quality: land use;
•Resources: metanolo e trasporto;
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Analisi di sensibilità
•Biodiesel / Diesel (kWh):
-Eco-indicator: 30%-EPS 42,52%
-Vantaggio sulle risorse evitate;
•Biodiesel / B20/Diesel (PCI): -Eco-indicator: : 26,05%
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Allocazione energetica
All.massa / All. energetica (kWh): - Sconvenienza energetica
All.massa / All. energetica (PCI): -Convenienza energetica
Diesel/ All. energetica (PCI): - Maggior danno ambientale