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

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