Per perseguire uno sviluppo economico e sociale che permetta al tempo stesso la sostenibilità ambientale, in accordo con gli obiettivi fissati dal European Green Deal (European Commission 2019), è di fondamentale importanza procedere a un sempre maggior uso di tecniche Green ed ecosostenibili.
Per attuare concretamente i principi di sostenibilità ambientale, eseguendo scelte consapevoli nell’ottica di ridurre o compensare gli impatti ambientali derivanti dalla realizzazione di un’opera infrastrutturale, occorre quantificare l’impatto ambientale generato in tutte le fasi produttive ed esecutive, di ciascun materiale e lavorazione, per la realizzazione, manutenzione e dismissione dell’opera.
Tale approccio può essere perseguito utilizzando la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) che permette di valutare razionalmente e specificatamente il complessivo impatto di un’opera sull’ambiente, guidando quindi le scelte strategiche di intervento, le tecnologie di produzione ed esecuzione, nonché di manutenzione.
Il presente articolo riassume i principi e l’approccio metodologico LCA per la valutazione delle performance ambientali, fornendo alcuni spunti di riflessione per una sua applicazione razionale e consapevole nell’ottica di individuare le alternative di produzione, realizzazione e manutenzione a ridotto impatto ambientale.
Principi e metodologia del Life Cycle Assessment
Il Life Cycle Assessment (LCA) rappresenta uno dei principali strumenti operativi per la quantificazione dei benefici e degli impatti ambientali derivanti da processi produttivi, costruttivi e manutentivi di un generico prodotto, processo o servizio lungo l’intero ciclo di vita, regolamentati a livello internazionale [1, 2 e 3].
Di conseguenza, una valutazione LCA permette di quantificare in maniera oggettiva le performance di un ciclo produttivo dal punto di vista dei carichi energetici, dei consumi di materie prime, delle emissioni di gas serra e inquinanti a partire dall’estrazione delle materie prime, durante la produzione, l’uso, la manutenzione, la distribuzione e, in ultimo, al fine vita.
In questo modo, è possibile individuare i materiali costituenti, le lavorazioni e le tecnologie che consentono la riduzione dell’impronta ambientale di un determinato processo [4].
Le analisi LCA sono caratterizzare da un approccio metodologico standardizzato dalle Norme EN ISO 14040, 14044 e 14071. Queste Norme definiscono i principi e le linee guida da seguire per sviluppare gli studi LCA, i quali sono caratterizzati dalle seguenti fasi operative (Figura 1):
- definizione degli scopi e degli obiettivi per i quali viene condotta l’analisi LCA;
- analisi dei dati di inventario, Life Cycle Inventory (LCI);
- analisi degli impatti ambientali, Life Cycle Impact Assessment (LCIA);
- analisi di interpretazione dei risultati ottenuti attraverso procedure sistematiche e standardizzate.
A seguito dell’interpretazione dei risultati, le conclusioni dello studio devono motivare e indirizzare in maniera oggettiva le scelte o le applicazioni in accordo con gli obiettivi preposti dell’analisi.
Definizione degli scopi e obiettivi dell’analisi LCA
In funzione degli obiettivi programmatici e delle finalità che si desiderano perseguire occorre tarare il campo di applicazione, il livello di dettaglio e i risultati attesi dall’analisi LCA.
In primo luogo, l’approccio metodologico prevede l’individuazione del campo di applicazione dell’analisi, stabilendo se questa interesserà una parte o l’intero ciclo di vita di un determinato processo. In questo modo è possibile fissare una frontiera entro la quale considerare le singole attività e fasi che caratterizzano il processo, distinguendo allo stesso tempo gli input e gli output ottenuti dal sistema analizzato.
In dettaglio, la metodologia LCA può essere applicata a singole fasi, a una selezione di fasi, o all’intero ciclo di vita di un determinato processo, distinguendo i seguenti campi di applicazione:
- “Gate to gate”: quando l’analisi è limitata a una specifica fase del ciclo di vita;
- “Cradle to gate”: quando l’analisi riguarda la sola prima parte del ciclo di vita, a partire dalla produzione fino alla realizzazione;
- “Cradle to grave”: nel caso in cui l’analisi sia estesa all’intero ciclo produttivo;
- “Cradle to cradle”: se comprensiva della rivalorizzazione del prodotto a fine vita attraverso il riciclo e reimpiego dei materiali utilizzati nel processo produttivo [5].
Una volta stabiliti gli obiettivi da conseguire e l’ambito di applicazione dell’analisi, si procede all’identificazione dell’unità funzionale, cioè una specifica e ben determinata quantità o performance del sistema da analizzare, la quale funge da riferimento per la valutazione degli input e output, oltreché permettere la confrontabilità dei risultati con altri studi LCA affini.
Sulla base degli obiettivi dello studio, l’unità funzionale permette di confrontare le performance ambientali di diversi prodotti o servizi alternativi. A titolo di esempio, nel caso in cui si comparassero due diversi materiali da costruzione utilizzati in ambito stradale, l’unità funzionale corrisponderebbe a
un determinato sviluppo (1 m, 1 km, ecc.) di una specifica sezione e sovrastruttura stradale.
Individuata l’unità funzionale e i confini del sistema, occorre suddividere analiticamente il processo produttivo nei singoli processi elementari (o unitari) che lo costituiscono, cioè le più semplici attività, materiali o prodotti facenti parte di quel sistema. Tale suddivisione rende possibile la definizione e quantificazione dei dati di input e output caratteristici di ciascuna attività del processo produttivo (Figura 2).
Generalmente, i processi elementari sono strettamente connessi tra loro mediante flussi in entrata e in uscita, i quali possono essere di tipo energetico (approvvigionamento di carburanti, energia elettrica, calore, ecc.), produttivo (estrazione materie prime, trasporto, produzione di semilavorati, trattamenti per il riciclaggio, ecc.) e ambientale (emissioni di inquinanti, rifiuti, gas serra, ecc.).
Si noti che l’identificazione dei singoli processi elementari deve essere svolta in modo tale da consentire l’individuazione dei flussi di input e output e la loro quantificazione attraverso specifici indicatori, sulla base dei quali eseguire successivamente il confronto dei risultati. La suddivisione e l’identificazione dei processi elementari, inoltre, possono essere eseguite secondo diversi gradi di dettaglio in funzione del livello di approfondimento richiesto per il perseguimento degli obiettivi dello studio.
L’analisi dei dati di inventario: il Life Cycle Inventory analysis (LCI)
Per la quantificazione esaustiva e accurata dei flussi caratteristici in entrata e in uscita da ciascun processo elementare, facente parte di un processo produttivo, è essenziale selezionare e raccogliere tutte le informazioni di base per poi procedere alla stima dell’impatto ambientale corrispondete [6].
Per garantire la qualità e l’affidabilità dell’analisi svolta è preferibile l’impiego di dati primari, cioè di dati ottenuti dalla misura diretta degli input e output derivanti dai processi elementari del sistema analizzato. Tuttavia, qualora non fossero disponibili dati primari, è possibile far riferimento a dati secondari, ovvero di informazioni catalogate in specifiche banche dati di riferimento o da studi di letteratura, controllando con cura l’attendibilità, l’accuratezza e la congruenza delle informazioni selezionate con il processo elementare oggetto di analisi.
A supporto di quanto indicato in precedenza, l’approccio metodologico prevede la selezione e l’analisi dei dati di inventario, nota come Life Cycle Inventory analysis (LCI), prima di procedere con la stima degli impatti ambientali.
Generalmente, il processo di analisi dei dati avviene in maniera iterativa, poiché, durante la raccolta delle informazioni del sistema analizzato, emergono nuovi requisiti o limitazioni riguardanti i dati e i relativi procedimenti di calcolo da tenere in considerazione per soddisfare pienamente gli obiettivi dello studio.
Per rendere l’analisi quanto più accurata possibile è necessario procedere sia alla validazione dei dati raccolti sia alla correlazione degli stessi con i processi elementari e i relativi flussi di riferimento del sistema analizzato.
Scendendo più nel dettaglio, nella LCI vengono analizzate le seguenti macrocategorie di informazioni:
- consumi di energia, materie prime, acqua, materiali ausiliari, ecc.;
- prodotti, sottoprodotti, materiali di scarto;
- riciclo e riuso di materiali di scarto;
- emissioni di gas inquinanti e serra in atmosfera;
- produzione di scorie e smaltimento di sostanze inquinanti liquide nell’acqua e solide nel suolo;
- emissioni di rumore, vibrazioni, odori, vapori e irraggiamento termico.
L’analisi degli impatti ambientali: il Life Cycle Impact Assessment (LCIA)
L’analisi degli impatti ambientali (Life Cycle Impact Assessment – LCIA) consente la classificazione e valutazione dell’impronta ambientale di un processo produttivo, avvalendosi dei dati e risultati conseguiti durante la LCI.
Generalmente, l’analisi si sviluppa associando i dati di inventario a specifiche categorie di impatti ambientali (come ad esempio l’effetto serra, l’acidificazione del suolo, l’eutrofizzazione delle acque, ecc.), le quali vengono selezionate in funzione degli obiettivi dello studio.
A ciascuna categoria di impatto ambientale corrispondono degli indicatori di categoria e specifici fattori di caratterizzazione con i quali fornire una descrizione e quantificazione oggettiva dei risultati ottenuti (come ad esempio: Global Warming Potential – GWP, il quale esprime le emissioni di gas serra in termini di chilogrammi di CO2 equivalente) [7].
Per evitare erronee interpretazioni e inconsistenze dei risultati ottenuti, la LCIA prevede che venga svolta la normalizzazione degli indicatori attraverso specifiche grandezze di riferimento. Infine, viene identificato l’ecosistema naturale su cui si ripercuote l’impatto ambientale associato a ogni categoria (per esempio foreste, barriere coralline, vegetazione, desertificazione, ecc.).
Interpretazione e analisi dei risultati
La parte conclusiva del LCA consiste nello sviluppo di analisi critiche dei risultati per evidenziare i vantaggi e le limitazioni, in termini prestazionali e ambientali, di un determinato processo che guidano le scelte progettuali. In questo modo è possibile fornire delle raccomandazioni per il miglioramento delle prestazioni ambientali del sistema analizzato.
In particolare, l’interpretazione dei risultati ottenuti deve essere svolta, in accordo con gli obiettivi dello studio LCA, identificando specifici fattori significativi. Le Norme UNI individuano i seguenti fattori di analisi:
- fasi produttive (life cycle stages);
- gruppi di processi (groups of processes);
- grado di influenza dei processi (management influence);
- processi elementari (unit processes).
A prescindere dai fattori di analisi considerati per lo sviluppo dell’analisi LCA, le Norme prevedono che siano svolte analisi di rilevanza dei dati di inventario, le quali a loro volta possono essere condotte considerando i seguenti aspetti:
- apporto: valuta la percentuale con cui una singola fase del processo contribuisce alla formazione del totale di un determinato fattore di input o output (anidride carbonica, inquinanti, consumi energetici, ecc.);
- dominanza: stabilisce una classificazione gerarchica dei risultati in funzione degli obiettivi dello studio;
- influenza: determina una classificazione dei risultati sulla base di diversi aspetti di interesse dello studio (margine di miglioramento, controllo, ecc.);
- anomalia: sottolinea le anomalie e i risultati inattesi relativi ai diversi fattori di analisi usando specifiche procedure statistiche.
Prima di procedere alla stesura delle conclusioni, delle limitazioni e delle raccomandazioni si procede alla verifica dei risultati ottenuti affinché questi non presentino dei vizi o delle soggettività che potrebbero condurre a conclusioni forvianti o errate.
Pertanto, si ricorre a procedure iterative di controllo volte ad assicurare che i dati di base utilizzati siano completi ed esaustivi (completeness checks), accurati e oggettivi (sensitivity checks), consistenti e coerenti (consistency checks) [8].
Tale fase di revisione risulta di fondamentale importanza per anticipare eventuali criticità e assicurare un buon grado di qualità dell’analisi svolta, agevolando al tempo stesso l’attività di revisione e la verifica di terzi dello studio.
Conclusioni
Nel presente articolo sono stati riassunti i principi e l’impostazione metodologica dell’analisi LCA, divenuta una dei principali standard di riferimento in ambito europeo per la valutazione e la quantificazione oggettiva delle performance ambientali di un determinato processo lungo l’intero ciclo di vita.
Essendo tali nozioni diffuse, è stata rivolta l’attenzione verso quegli aspetti generali che influenzano la qualità dell’analisi, come ad esempio di corretta definizione degli obiettivi, degli scopi e confini dell’analisi nonché la scelta dell’unità funzionale e dei dati di inventario, al fine di sensibilizzare verso un’applicazione razionale e consapevole del metodo.
Infatti, per poter identificare con maggior consapevolezza le alternative di produzione, realizzazione e manutenzione a ridotto impatto ambientale, occorre confrontare correttamente le performance ambientali di studi alternativi, selezionando quelli aventi la medesima unità funzionale e confini dell’analisi. Inoltre, il controllo della consistenza e dell’accuratezza dei dati di inventario è un altro aspetto cardine che conduce a una maggiore affidabilità dei risultati dell’analisi.
L’attività di ricerca presentata nel presente articolo è stata supportata dall’Università della Repubblica di San Marino nell’ambito del progetto di ricerca UniRSM 2021: “Riutilizzo dei materiali da demolizione e delle terre da scavo per l’economia circolare delle opere di costruzione e manutenzione delle infrastrutture viarie: sviluppo e proposte di applicabilità nella Repubblica di San Marino”.
Bibliografia
[1]. International Organization for Standardization, ISO 14040:2006 – Environmental management – Life Cycle Assessment – Principles and Framework, Environmental management – Life Cycle Assessment – Principles and Framework, 2006.
[2]. International Organization for Standardization. ISO 14044:2006 – Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines. Environmental management – Life Cycle Assessment – Principles and Framework, 2006.
[3]. International Organization for Standardization. ISO 14071:2014 – Environmental management – Life cycle assessment – Critical review processes and reviewer competencies: Additional requirements and guidelines to ISO 14044:2006, 2014.
[4]. Wolf M-A, Pant R., Chomkhamsri K., Sala S., Pennigton D, “International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook – Towards more sustainable production and consumption for a resource-efficient Europe”, JRC Reference Report, EUR 24982 EN, Luxembourg. Publications Office of the European Union, 2012.
[5]. A. Bjørn, M.Z. Hauschild – “Cradle to Cradle and LCA”, in M. Hauschild, R. Rosenbaum, S. Olsen (eds) Life Cycle Assessment, Springer, Cham, https://doi.org/10.1007/978-3-319-56475-3_25, 2018.
[6]. European Commission – Joint Research Centre – Institute for Environment and Sustainability: International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook – General guide for Life Cycle Assessment – Detailed guidance. First edition March 2010. EUR 24708 EN. Luxembourg. Publications Office of the European Union, 2010.
[7]. European Commission-Joint Research Centre – Institute for Environment and Sustainability: International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook- Recommendations for Life Cycle Impact Assessment in the European context. First edition November 2011. EUR 24571 EN. Luxemburg. Publications Office of the European Union, 2011.
[8]. European Commission – Joint Research Centre – Institute for Environment and Sustainability: International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook – General guide for Life Cycle Assessment – Detailed guidance. First edition March 2010. EUR 24708 EN. Luxembourg. Publications Office of the European Union, 2010.
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