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Paris, 2-3 October 2003

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PROT-INNM. Tarantini

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WP 8: Application of LCA to support optimization processes.


Mario Tarantini

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TOWEF0


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Summary table of “LCA” products

Code Production cycle % of production

I02 Viscosa fabric "Dominant" product (27%)I04 Acetate fabric Non "Dominant" product (33%)I06 Flax-PES fabric Non "Dominant" product(16%)I09 Silk yarn "Dominant" productI15 Silk fabric "Dominant" product

B01 PES Non "Dominant" product (11%)B02 Cotton fabric non "Dominant" product (16%)B03 Cotton/PA fabric non "Dominant" product B04 Cotton yarn the entire production is CO (fabric and yarn)B05 Cotton-PES fabric "Dominant" product


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Performed activities

LCA reports for I06 and I09 companies have been issued;

LCA study on selected processes of I02 company has been carried out

TEAM software model of selected B02 and B05 products has been completed;

Format of database of process specific LCA inventories has been defined.

An ENEA server for hosting the Ecobilan software has been made ready.


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Functional unit

We choose the following functional unit for all the companies:

Production of 100 kg of selected fabric

All the environmental impacts are calculated for this reference flow


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General flowchart of I06 “LCA” products

Desizing&Scouring

Dyeing PES

Dyeing FLAX

Antistatic Finishing

Softening Waste Water Treatment Plant

fabric

Manufactured fabric

WaterWaste Water


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Analysed production alternatives in I06 firm

We analysed the following products: Stuck Flax-Pes Fabric dyed with light colours

(system A) Stuck Flax-Pes Fabric dyed with dark colours

(system B) Not Stuck Flax-Pes Fabric dyed with light

colours (system C)


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Main conclusion for I06 company (1)

Flax dyeing is the main contributor to all environmental impact categories (except eutrophication ) of system A, because of the high liquor ratio of O192 overflow and the consequent higher consumption of steam and chemicals for dyeing 100 kg of Flax-PES fabric

Steam production is a “hot spot” for several impact categories with a contribution from 40% to 94%.


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Production of chemicals is the dominant contributor to air acidification, human toxicity and photochemical oxidant formation and contributes significantly to all other categories except terrestrial ecotoxicity. Among the used chemicals, the production of sodium sulphate used for the dyeing of flax in System A has by far the highest impact, because of the big quantities used in this process.


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Electric energy production is an important pollutant source mainly for acidification and ecotoxicity categories, because of the heavy use of fossil fuels for the production of electric energy in Italy.


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General flowchart of I09 “LCA products”

Scouring or Charging

Dark acid dyeing

Softener Finishing

Water treatment:

• filtration

• softening

• disinfectationWaste Water

Treatment Plant

yarn

Manufactured yarn

Water Waste Water

Separation of sericin

Scouring or Charging

Dark acid dyeing

Softener Finishing

Water treatment:

• filtration

• softening

• disinfectationWaste Water

Treatment Plant

yarn

Manufactured yarn

Water Waste Water

Separation of sericin


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Analysed production alternatives in I09 firm

In this study two silk yarn product alternatives were analysed:

Silk yarn dyed with dark colours (System A);

Charged silk yarn dyed with dark colours (System B);


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Water consumption for system A

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Total HT Scouring Dark aciddyeing

Softenerfinishing

Watertreatment

Membraneultra-filtration

WWTP

lit

Water "gate-to-gate"

Water "out of gate"


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Main conclusions for I09 company (1)

Water consumption outside the company (mainly for electric energy and chemical production) is negligible when compared to in-company processes;

HT Scouring of silk yarn (system A) is the most significant process (38-65% contribution) for several impact categories mainly because of its relevant thermal energy requirement.


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Main conclusions for I09 company (2)

Production of chemicals (mainly Acetic acid used in dyeing and softener finishing) has significant contribution to aquatic ecotoxicity and photochemical oxidant formation (18-25%). There is a relevant lack of data on chemicals production that was highlighted by sensitivity analysis


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General conclusions (1)

After the completion of LCA studies of I06,I09,I02 companies the following general conclusion can be drawn:

Water used within the companies largely exceed the water used outside the company gates mainly for chemicals and electric energy production.

Steam production gives a dominant contribution to several impact categories (typically greenhouse effect, depletion of resources, terrestrial ecotoxicity) because of the environmental impact of methane extraction and burning; more efficient liquor ratios of equipment will bring benefits on these categories too.


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Electricity production shows relevant impact mainly on air acidification and toxicity related categories, because of the large use of fossil fuels for the production of electricity in Italy.

Chemicals production impact is not negligible. The performed bibliographic research on chemicals inventories and the sensitivity analysis of the LCA studies evidenced a significant lack of data.This lack of data will not influence the comparison of innovative water management scenarios as long as the chemicals use in the company will not significantly change.


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WWTP environmental impact is always very modest except for air acidification and human toxicity in I09 company (contribution of 20% due to electricity consumption)


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LCA database

A document with validated inventories of selected textile processes will be issued. The following format has been selected.


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Name HT ScouringSources Report LCA I09: TM-108-004Reference year 2000Geographic reference ItalyTechnological level averageReference flow 100 kg of silk yarnEquipment Autoclave

operating mode: batchbatch volume (lit.): 2000run time (h): 1,1absorbed power (kW): 4processed fabric per run (kg): 200processed fabric (kg/yr): 110397

Procedural steps (flow-chart)Water: equip volume Solubilizing agent = 5 g/l; Sequestering agent = 2 g/l. Steam

1st bath T=130°C t=40 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]=18785; TSS [mg/l]= 1500

Water: equip volume Sequestering -dispersant agent = 2 g/l; Steam

2nd bath T=98°C t=20 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 2900; TSS [mg/l]=25

Water:equip volume Steam

Warm washing T=50°C t=10 min

Indirect heating

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 720; TSS [mg/l]= 15.

Water:equip volume

Washing

Discharge

Discharge: equip. volume COD [mg/l]= 220; TSS [mg/l]= 25.

LCA database format (1)


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LCA database format (2)

Flow Units Value

INPUTS (r) Coal (in ground) kg 1,55E+00

(r) Iron (Fe, ore) kg 2,53E-01

(r) Natural Gas (in ground) kg 5,22E+01

(r) Oil (in ground) kg 8,34E-01

(r) Uranium (U, ore) kg 1,01E-04

Water (gate to gate) l 4,00E+03

Water (out of gate) l 1,09E+02

OUTPUTS (a) Alkane (unspecified) g 6,06E+00

(a) Arsenic (As) g 1,01E-03

(a) Benzene (C6H6) g 9,02E-01

(a) Butane (n-C4H10) g 1,81E+00

(a) Cadmium (Cd) g 9,83E-04

(a) Carbon Dioxide (CO2, fossil) g 1,32E+05

(a) Carbon Monoxide (CO) g 7,96E+01

(a) Ethane (C2H6) g 7,17E+00

(a) Ethylene (C2H4) g 2,58E+01

(a) Hydrocarbons (except methane) g 3,28E+01

(a) Hydrocarbons (unspecified) g 1,66E-02

(a) Hydrogen Chloride (HCl) g 1,23E+00

(a) Lead (Pb) g 5,33E-03

(a) Manganese (Mn) g 1,25E-02

(a) Methane (CH4) g 1,64E+02

(a) Nickel (Ni) g 1,96E-02

(a) Nitrogen Oxides (NOx as NO2) g 7,60E+01

(a) Nitrous Oxide (N2O) g 3,47E-01

(a) Propane (C3H8) g 2,16E+00

(a) Sulphur Oxides (SOx as SO2) g 7,28E+01

(a) Toluene (C6H5CH3) g 4,40E-01

(a) Vanadium (V) g 7,00E-02

(s) Arsenic (As) g 4,32E-04

(s) Chromium (Cr III, Cr VI) g 5,41E-03

(s) Zinc (Zn) g 1,62E-02

(w) Ammonia (NH4+, NH3, as N) g 6,29E-02

(w) Benzene (C6H6) g 2,07E-02

(w) Cadmium (Cd++) g 9,72E-05

(w) Chromium (Cr III) g 1,14E-02

(w) Chromium (Cr III, Cr VI) g 2,49E-04

(w) COD (Chemical Oxygen Demand) g 8,07E-01

(w) Nitrate (NO3-) g 2,02E-02

(w) Nitrogenous Matter (unspecified, as N) g 5,37E-02

(w) Oils (unspecified) g 2,24E+00

REMINDERS COD (to WWTP) kg 2,26E+04

TSS (to WWTP) kg 1,57E+03

E Feedstock Energy MJ 1,06E+01

E Fuel Energy MJ 2,24E+03

E Non Renewable Energy MJ 2,24E+03

E Renewable Energy MJ 8,81E+00

E Total Primary Energy MJ 2,25E+03

Electricity MJ elec 5,18E+01


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Next steps.

To complete the LCA of the selected products and to issue the LCA reports;

To finalize the analysis of process specific modules of LCA database;

To support the analysis of innovative water management scenarios.

paris, 2-3 october 2003....................................... prot-inn m....

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