universitÀ degli studi di padova facoltà di agraria- scienze mm.ff.nn. corso di laurea magistrale...
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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
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)
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)
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
1 - Fase preliminare
2 - Inventario
3 - Elaborazione dati
Il metodo LCA
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
Applicazione del metodo LCA
al sistema oggetto di studio
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
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
Sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
Coltivazione
Tipo agricoltura: convenzionale
Resa: 4,5 t/ha
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)
Sistema oggetto di studio
1 - Fase preliminare
Combustione biodiesel
• Fonti:
-Banca dati
-Rapporto EPA:“A ComprehensiveAnalysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions”
• 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
2 - Inventario
Combustione biodiesel
Esterificazione
Raffinazione
Estrazione
Essiccazione
Produzione della soia
Glicerina
Lecitina
Farine d’estrazione
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
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
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
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
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
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
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
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;
3- Elaborazione dati:
Il metodo Eco-indicator 99
Categorie di impatto Categorie di danno
Analisi dei risultati
Eco-indicator 99
Land Use
Impatto totale:0,017884 Pt
Carcinogens
43,53% Human Health40,96% Ecosystem Quality 15,51% Resources
Respiratory inorganics
Eco-indicator 99
Efficienza energetica:
1MJ = 0.64609 MJ non rinnovabile
Energeticamente conveniente
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
IMPACT 2002+
74,55% Human Health10,22% Ecosystem Quality8,06% Climate Change7,15% Resources
Impatto totale:0,017884 Pt
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
Analisi di sensibilità
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
Confronto biodiesel - diesel con unità kWh
Vantaggio ambientale: 30,35%
Ecoindicator-99
Consumo non rinnovabili: 0.644MJ
Confronto biodiesel - diesel con unità kWh
Vantaggio ambientale: 42.52%
EPS
Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI
Vantaggio ambientale: 26,05%
Consumo non rinnovabili: 0,2233MJ
VANTAGGIO ENERGETICO
Confronto tra allocazioni per kWh
Allocazione di massa
inferiore 96,46%
Allocazione energetica
Consumo non rinnovabili: 1,08021 MJ
SVANTAGGIO ENERGETICO
Confronto tra allocazioni con unità PCI
Allocazione di massa
inferiore 96,46%
Allocazione energetica
Consumo non rinnovabili: 0,373344 MJ
VANTAGGIO ENERGETICO
Confronto diesel e biodiesel con allocazione energetica PCI
Svantaggio sul Diesel:
45,28%
VANTAGGIO ENERGETICO
Analisi dei costi esterni
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
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;
Analisi di sensibilità
•Biodiesel / Diesel (kWh):
-Eco-indicator: 30%-EPS 42,52%
-Vantaggio sulle risorse evitate;
•Biodiesel / B20/Diesel (PCI): -Eco-indicator: : 26,05%
Allocazione energetica
All.massa / All. energetica (kWh): - Sconvenienza energetica
All.massa / All. energetica (PCI): -Convenienza energetica
Diesel/ All. energetica (PCI): - Maggior danno ambientale