BREVE STORIA DEL LCA

Il Llife-Cycle Assesment è una metodologia che permette di valutare i vantaggi ecologici di un prodotto, attraverso la quantificaizone degli impatti già in fase di concezione e progettazione, considerando tutte le fasi del processo produttivo, dall’estrazione delle materie prime fino allo smaltimento finale.

Il metodo nasce negli anni ’60 ed è attribuibile, come per altre metodologie e standard internazionali (pensiamo ad es. al sistema HACCP), alle forze armate statunitensi con lo scopo di valutare i costi nella gestione di sistemi complessi.

La prima comparsa della metodologia LCA, nella sua attuale versione ambientale, fu in uno studio degli anni ’60 condotto dalla Coca Cola per quantificare gli effetti ambientali del confezionamento, dalla “culla alla tomba”. A quel tempo l’attenzione dello studio fu principalmente rivolta alla riduzione dei rifiuti solidi anzichè all’emissione di gas ad effetto serra (GHG Green House Gasses).

Successivamente negli anni ’90 del secolo scorso sono state pubblicate diverse linee guida di origine Olandese e Scandinava nonchè linee guida prodotte dall’Agenzia Europea dell’Ambiente. Nel 1993 i gruppi consultivi nordamericano ed europeo SETAC per LCA (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) si incontrarono in Portogallo e produssero le linee guida per il Life -Cycle Assesment, a volte indicate come la bibbia del LCA.

Alle fine degli anni ’90 sono state pubblicate le prime norme ISO per il LCA. Oggi la metodologia è disicplinata dalle norme:

• UNI EN ISO 14040: 2006 “Gestione ambientale – Valutazione del ciclo di vita – Principi e quadro di riferimento”, fornisce in un quadro generale le pratiche e le limitazioni del LCA ed è destinata ad una vasta gamma di potenziali utenti e parti interessate, anche con una conoscenza limitata della valutazione del ciclo di vita;
• UNI EN ISO 14044: 2006 “Gestione ambientale – valutazione del ciclo di vita – Requisiti e linee guida”, è stata eleborata per la preparazione, la gestione e la revisione critica del ciclo di vita. Fornisce le linee guida per la fase di valutazione dell’impatto dell’LCA, la fase di interpretazione dei risultati, la valutazione relativa alla natura e alla qualità dei dati raccolti.

LA NORMA UNI EN ISO 14044: 2006 – METODOLOGIA LCA

La norma UNI EN ISO 14044 definisce il LCA come la “compilazione e valutazione attraverso tutto il ciclo di vita degli elementi in ingresso e in uscita, nonchè i potenziali impatti ambientali, di un sistema di prodotto”.

In maggior dettaglio, la conduzione di uno studio LCA prevede quattro fasi:

• la fase di definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione;
• la fase di analisi d’inventario (LCI – Life cycle inventory);
• la fase di valutazione degli impatti (LCIA – Life cycle impact assessment);
• la fase di interpretazione

Definizione degli obiettivi e del campo di applicazione

L’obiettivo e il campo di applicazione dell’LCA devono essee chiaramente definiti e devono essere coerenti con l’applicazione prevista.

Nel definire il campo di applicazione dovrebbero essere tenuti in considerazione e descritti:

• il sistema di prodotti allo studio;
• le funzioni del sistema;
• l’unità funzionale;
• il confine del sistema;
• le procedure di allocazione;
• la metodologia dell’LCA e i tipi di impatti;
• l’interèretazione da utilizzare;
• i requisiti dei dati;
• le ipotesi;
• le scelte dei valori e gli elementi opzionali;
• le limitazioni;
• i requisiti di qualità dei dati;
• il tipo di riesame critico, se presente;
• il tipo e il formato del rapporto richiesto, se presente.

Devono essere tenuti in considerazione e chiaramente descritti, tra gli altri, le funzioni del sistema (caratteristiche di prestazione) e l’unità funzionale (riferimento al quale i dati in ingresso e in uscita sono normalizzati in senso matematico).

Il confine del sistema determina i processi unitari che devono essere inclusi nell’LCA. Nella descrizione del sistema è spesso utilizzato un diagramma di flusso del processo che indichi i processi unitari e le loro interazioni.

All’interno dello scopo e campo di applicazione dello studio dovranno essere preliminarmente individuate anche le categorie di impatto, intese come classi che rappresentano i problemi ambientali di interesse alle quali possono essere assegnati i risultati dell’analisi d’inventario, nonchè i relativi indicatori della categoria di impatto.

Anche le sorgenti di dati, il tipo di dato, devono essere individuate nel campo di applicazione. I dati possono comprendere un misto di dati misurati, calcolati o stimati. deve essere specificato il requisito di qualità del dato considerato, ad esempio l’anzianità del dato, la copertura geografica, la precisione del dato.

Analisi dell’inventario del ciclo di vita (LCI)

I dati qualitativi e quantitativi da includere nell’inventario devono essere raccolti per ogni processo unitario compreso nei confini del sistema. Le macrocategorie nelle quali i dati possono essere classificati comprendono:

• elementi in ingresso dell’energia, materie prime in ingresso, materiali ausialiari o altre entità fisiche in ingresso;
• prodotti, coprodotti e rifiuti;
• rilasci in aria, nell’acqua e nel suolo;
• altri aspetti ambientali.

Particolare concetto è quello dell’energia contenuta nei materiali, intesa come energia necessaria all’estrazione e al processamento del materiale.

Le fonti dei dati possono essere rappresentate da misure dirette, documenti governativi, documenti di associazioni di categoria, fonti accademiche, relazioni commerciali, inventari ambientali, valutazioni ingegneristche.

Spesso la fase del LCI si basa anche soprattutto sull’utilizzo di banche dati dedicate. A tal riguardo è importante sottolineare come spesso i dati disponibili nelle banche dedicate non siano coerenti tra loro in relazione alle assunzioni sull’approvvigionamento energetico o le fonti energetiche. Ad esempio la Francia dipende molto dall’energia nucleare mentre l’Inghilterra dipende maggiormente dal gas e tale differenza fondamentale influenza l’impatto ambientale della produzione. Da qui quindi l’importanza per ogni nazione di disporre di proprie banche dati coerenti con i sistemi di produzione industriale del territorio.

Diagramma di flusso di medio dettaglio relativo a costruzioni

Tutti i dati in ingresso e in uscita dovrebbero essere validati e riferiti all’unità funzionale, ad esempio per quanto riguarda i materiali l’unità funzionle per il calcestruzzo potrebbe essere la tonnellata, ma se riferita ad un edificio porebbe essere il metro quadro.

Banche dati per LCI

Valutazione dell’impatto del ciclo di vita (LCIA)

La fase dell’LCIA dovrebbe includere i seguenti elementi:

• selezione delle categorie di impatto, degli indicatori di categoria e dei modelli di caratterizzazione (stabiliscono la relazione tra i risultati dell’LCI e gli indicatori);
• assegnazione dei risultati dell’LCI alle categorie di impatto selezionate (classificazione);
• calcolo dei risultati di indicatori di categoria (caratterizzazione).

Catetgorie di impatto significative potrebbero essere:

• consumo di energia;
• riscaldamento globale;
• produzione fotochimica di ozono;
• consumo di acqua;
• consumo di risorse biotiche;
• acidificazione;
• tossicità umana;
• produzione di rifiuti;
• eco-tossicità;
• eutrofizzazione;
• emissioni in aria.

La figura e la tabella di seguito, tratte dalla norma UNI EN ISO 14044:2006, illustrano rispettivamente il concetto di indicatore per la categoria “acidificazione” e il significato dei termini utilizzati.

Concetto di indicatore di categoria – UNI EN ISO 14044:2006

Significato dei termini utilizzati – UNI EN ISO 14044:2006

Per quanto riguarda la classificazione, l’assegnazione dei risultati dell’LCI alle categorie di impatto dovrebbe tenere in considerazione la possibilità di assegnare i risultati dell’LCI relativi a più di una categoria di impatto (per esempio SO₂ è suddivido tra le categorie di impatto “salute umana” e “acidificazione”, oppure, l’NO_x può essere classificato per contribuire alla “formazione di ozono” a livello del suolo e all'”acidificazione”).

Interpretazione del ciclo di vita

La fase del ciclo di interpretazione dovrebbe comprendere diversi elementi:

• identificazione dei fattori significativi;
• valutazione, comprensiva dei controlli di completezza, sensibilità e coerenza;
• conclusioni, limitazioni e raccomandazioni.

I risultati delle fasi di LCI e LCIA devono essere riesaminati e interpretati in base all’obiettivo e al campo di applicazione dello studio tramite una valutazione e un controllo di sensibilità degli elementi in ingresso e in uscita significativi e delle scelte metodologiche, al fine di valutare l’incertezza dei risultati.

L’intrepretazione deve anche considerare:

• se le definizioni delle funzioni del sistema, dell’unità funzionale e del confine di sistema sono appropriate;
• le limitazioni identificate mediante valutazione della qualità dei dati e analisi di sensibilità.

Relazione tra gli elementi della fase di interpretazione e le altre fasi dell’LCA – UNI EN ISO 14044:2006

Esempi di fattori significativi possono essere:

• dati dell’inventario, quali energia, emissioni, scarichi e rifiuti;
• categorie di impatto, quali l’uso delle risorse, il cambiamento climatico;
• contributi essenziali dalle fasi del ciclo di vita ai risultati dell’LCI o dell’LCIA, quali i processi unitari individuali o i gruppi di processi quali il trasporto e la produzione di energia.

La determinazione dei fattori significativi si può basare sulla strutturazione dei dati e delle informazioni disponibili. Le figure di seguito riportano esempi di come i dati possano essere organizzati in maniera strutturata.

Strutturazione degli elementi in ingresso e in uscita dell’LCI nelle fasi del ciclo di vita

Strtturazione ordinata in gruppi di processo

Per quanto riguarda la valutazione, l’obiettivo di tale sottofase consiste nella definizione e nel miglioramento dell’affidabilità e dell’attendibilità dei risultati dello studio tramite:

• il controllo di completezza per garantire che tutte le informazioni e i dati siano disponibili e completi;
• il controllo di sensibilità per valutare l’attendibilità dei risultati finali e delle conclusioni sulla base delle incertezze dei dati, dei metodi di calcolo etc.;
• il controllo di coerenza per determinare se le ipotesi, i metodi e i dati siano coerenti con l’obiettivo e campo di applicazione

Al termine della fase di interpretazione dovrebbero essere tratte conclusioni, dovrebbero essere individuati limiti e raccomandazioni per il pubblico destinatario dello studio condotto. Le raccomandazioni dovrebbero basarsi sulle conclusioni finali dello studio e dovrebbero rappresentare una conseguenza logica e ragionevole delle conclusioni.

COMUNICAZIONE

Il tipo e il formato del rapporto devono essere definiti già al momento della formulazione del campo di applicazione dello studio. I risultati dovrebbero essere comunicati in modo chiaro e preciso. Risultati, dati, metodi, ipotesi e limitazioni dovrebbero essere trasparenti e presentati in modo sufficientemente dettagliato tale da permettere al lettore di capire le complessità e le gradualità inerenti al LCA. Oltre agli elementi già citati, nella redazione del rapporto dovrebbero essere considerati i seguenti elementi:

• modifiche al campo di applicazione iniziale insieme con la loro giustificazione;
• confine del sistema comprendente omissioni di fasi, di processi o dati necessari del ciclo di vita;
• decsrizione dei processi unitari compresi;
• i dati, compresi i requisiti di qualità dei dati;
• la scelta delle categorie di impatto e degli indicatori di categoria.

RIESAME CRITICO

Il processo di riesame critico deve assicurare che:

• i metodi utilizzati per eseguire l’LCA siano coerenti con le norme e standard di riferimento e validi dal punto di vista scientifico e tecnico;
• i dati utilizzati siano appropriati e ragionevoli in rapporto all’obiettivo dello studio;
• le interpretazioni riflettano le limitazioni identificate e l’obiettivo dello studio;
• il rapporto sullo studio sia trasparente e coerente.

Il riesame dovrebbe essere condotto da un esperto dell’LCA, interno o esterno, comunque indipendente. Qualora i risultati siano usati per sostenere asserzioni comparative destinate alla divulgazione al pubblico, al fine di ridurre la probabilità di cattive interpretazioni o di effetti negativi sulle parti interessate esterne, un comitato di parti interessate dovrebbe effettuare delle revisioni critiche degli studi di LCA.

UN ESEMPIO DI LCA APPLICATO AI MATERIALI STRUTTURALI

L’esempio descritto è tratto da uno studio condotto dall’Università di Napoli in collaborazione con l’European Laboratory for Structural Assesment nell’ambito del progetto di ricerca SAFECAST “Performance of Innovative Mechanical connections in Precast Buildings Structures under Sismic conditions”, presso il laboratorio Europeo per le verifiche strutturali del CCR di Ispra .

La ricerca analizza due strutture-prototipo monopiano realizzate con tecnologie costruttive differenti:

• calcestruzzo armato prefabbricato;
• calcestruzzo armato gettato in opera.

I progetti hanno affrontato il problema relativo al comportamento sismico di strutture in calcestruzzo prefabbricato rispetto a strutture in calcestruzzo gettato in opera ed hanno rappresentato un ottimo caso studio per confrontare le due scelte progettuali anche in termini di LCA.

L’analisi LCA ha avuto pr oggetto la valutazione degli impatti ambientali, in termini di emissione CO₂ equivalente delle strutture, con l’obiettivo di quantificare il guadagno ambientale dell’opera realizzata in calcestruzzo armato prefabbricato.

Sono quindi stati definiti i confini del sistema, ovvero le procedure e processi da includere nell’indagine. In particolare, l’indagine è stata condotta tenendo conto di tre fasi principali:

• fase 1 – poduzione: comprende la produzione dei materiali o prodotti compresa la raccolta delle materie prime;
• fase 2 – costruzione: considera il trasporto dei materiali dal luogo di produzione al cantiere e le attività relative alla messa in opera dei prototipi. In questa fase non sono stati considerati i processi di manutenzione;
• fae 3 – fine vita: comprende il trasporto dal cantiere allo stabilimento dove i materiali vengono trattati per poter essere riciclati, riusati o condotti in discarica.

I confini del sistema sono sono descritti nelle figure che seguono.

Confini del sistema del prototipo in calcestruzzo prefabbricato.

Confini del sistema del prototipo in calcestruzzo gettato in opera

L’inventario è stato costruito considerando la scomposizione della struttura portante in classe di elementi tecnici (fondazioni, elevazione verticale ed orizzontale, chiusure orizzontali). I dati dei processi sono stati ricavati da banche dati e dalla letteratura scientifica mentre l’analisi degli impatti è stata eseguita con software dedicato.

Nella figura di seguito sono rappresentate le emissioni di CO₂ equivalente prodotte in ciascuna delle fasi del ciclo di vita dell’edificio monopiano in caIcestruzzo prefabbricato.

Risultati dell’LCA del prototipo prefabbricato

Si può notare come la fase 1, relativa alla produzione, sia quella che maggiormente incide sull’economia dell’intero ciclo. Analogamente la sucessiva figura mostra gli impatti ambientali, sempre in termini di emissione di CO₂, del prototipo in calcestruzzo gettato in opera; anche in questo caso la fase 1 è quella più importante rispetto alle altre due. Tuttavia la fase 2 “costruzione” produce una quantità maggiore di emissioni in atmosfera (il 27,5% in più). Ciò è legato al fatto che realizzare un’opera con la tradizionale tecnologa costruttiva comporta un numero maggiore di attività e processi rispetto alla prefabbricazione.

Risultati dell’LCA del prototipo gettato in opera

La figura di seguito riporta il confronto globale tra i due metodi.

Risultati a confronto dell’LCA dei due prototipi

CONCLUSIONI

Il Life cycle assesment è una metodologia ben definita, normata ed accessibile, così come ben diffusa in molti settori.

Il metodo offre numerose possibilitàdi utilizzo, tra le quali:

• aiutare a identificare, quantificare, interpretare e valutare gli impatti ambientali di un prodott/servizio;
• comparare gli impatti rispetto a standard di riferimento;
• identificare opportunità di miglioramento degli aspetti ambientali di un prodotto individuando gli stadi del ciclo di vita che presentano impatto ambientale dominante;
• assistere i processi decisionali delle aziende;
• comunicare informazioni ambientali per la presentazione degli impatti legati ad un intervento.

La metodologia LCA può diventare un potente strumento strategico per la competizione aziendale ed il controllo e la riduzione dei costi.

Tuttavia esistono anche tutta una serie di limiti e difficoltà, come ad esempio:

• la complicazione del metodo;
• soggettività di determinate assunzioni nell’applicazione del metodo;
• i risultati di un studio condotto a livello regionale o globale possono risultare non rappresentativi delle condizioni globali;
• assicurare la disponibilità, il livello di accuratezza e qualità dei dati;
• mancanza di banche dati italiane;
• validità dei dati limitata nel tempo;
• limitata disponibilità di operatori competenti.

Nonostante le criticità evidenziate il Life Cycle Assesment rappresenta un potente strumento per valutazioni d’impatto ambientale e per contribuire quindi all’obiettivo di uno sviluppo sostenibile.