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

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà 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 produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia.

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  1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà 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 produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia Relatore: Ch.mo prof. Raffaele Cavalli Correlatore: Ing. Paolo Neri Laureando: Federico Alessandri In collaborazione con Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente

  2. Obiettivo dello studio Valutazione • impatto ambientale • convenienza energetica • costo 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)

  3. 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)

  4. Il metodo LCA CICLO DI VITA: “From cradle to grave” Materie prime • Fase di produzione: Realizzazione Uso • Fase d’uso: Dismissione • Fase di fine vita: Riutilizzo, riciclo, smaltimento…

  5. Il metodo LCA 1 - Fase preliminare 2 - Inventario 3 - Elaborazione dati

  6. Elaborazione dati Alle sostanze catalogate nell’inventario vengono assegnate una o più categorie di impatto Classificazione Caratterizzazione Sostanza x Fattore di Caratterizzazione Il risultato della caratterizzazione viene rapportato ad un valore di riferimento Normalizzazione Assegnazione di un fattore di valutazione ad ogni categoria di impatto Valutazione

  7. Applicazione del metodo LCA al sistema oggetto di studio

  8. 1 - Fase preliminare Obiettivo dello studio Valutazione • impatto ambientale • convenienza energetica • costo economico esterno della produzione di 1 MJ di energia da biodiesel per trazione da olio vegetale di soia

  9. 1 - Fase preliminare 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

  10. 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio Tipo agricoltura: convenzionale Coltivazione Resa: 4,5 t/ha

  11. 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio • Soia lavorata: 900 t/d • Fasi considerate: • -essiccazione • -estrazione (c.p: farina) • -raffinazione(c.p: lecitina) • -esterificazione(c.p: glicerina) Produzione biodiesel

  12. 1 - Fase preliminare Sistema oggetto di studio • Fonti: • Banca dati • -Rapporto EPA:“A Comprehensive • Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions” Combustione biodiesel

  13. produzione soia (4,5t/ha) produzione energia (1 MJ) 1 - Fase preliminare • Unità funzionale: 1 MJ • Confini • del sistema: • Azienda Piva - Ceral Docks –Rapporto EPA - Letteratura • Dati: • banca dati di SimaPro7 software SimaPro 7.0 • Strumento elaborazione dati:

  14. 2 - Inventario Glicerina Lecitina Farined’estrazione

  15. Unità funzionale: 4500 kg • Risorse: • -Occupation, arable, non-irrigated; • -Fertilizzanti; • Pestidici; • Lavorazioni; • Emissioni / Assorbimenti: • -acqua; • -aria; • -suolo • Prodotti evitati: • -N,K,P Processo Inventario Soy beans, at farm (S.Stino di Livenza)

  16. Produzione biodiesel 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

  17. Produzione biodiesel Estrazione Unità funzionale: 0,18915 t olio Coprodotto: 0.8185 farine di estrazione • 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

  18. Produzione biodiesel Raffinazione Unità funzionale: 0,9453 t olio raffinato Coprodotto: 0,0547 t lecitina • 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

  19. Produzione biodiesel Esterificazione Unità funzionale: 1,0045 t biodiesel Coprodotto: 0,103 t glicerina • 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 Materiali: -metanolo:103 kg -sodio metilato:10 kg

  20. Emissioni in aria: Unità funzionale: Combustione 1kWh • Monossido di carbonio • Ossidi di azoto • Particolato > 10 • Particolato compreso tra 2,5m e 10 m • Particolato < di 2.5 m Calcolate su stime di variazioni del diesel

  21. 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

  22. 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;

  23. 3- Elaborazione dati: Il metodo Eco-indicator 99 Categorie di impatto Categorie di danno

  24. Analisi dei risultati

  25. Eco-indicator 99 Impatto totale: 0,017884 Pt 43,53% Human Health 40,96% Ecosystem Quality 15,51% Resources Land Use Carcinogens Respiratory inorganics

  26. Eco-indicator 99 Efficienza energetica: 1MJ = 0.64609 MJ non rinnovabile Energeticamente conveniente

  27. EPS 2000 Impatto totale: 0,0622881 Pt 55,9% Abiotic Stock Resource 40,24% Human Health 3,39% Ecosystem Production Capacity 0,48% Biodiversity Energia 1MJ= 0,670993 MJ non rinnovabile

  28. IMPACT 2002+ Impatto totale: 0,017884 Pt 74,55%Human Health 10,22% Ecosystem Quality 8,06% Climate Change 7,15% Resources

  29. 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

  30. Analisi di sensibilità

  31. 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

  32. Confronto biodiesel - diesel con unità kWh Ecoindicator-99 Vantaggio ambientale: 30,35% Consumo non rinnovabili: 0.644MJ

  33. Confronto biodiesel - diesel con unità kWh EPS Vantaggio ambientale: 42.52%

  34. Confronto biodiesel-B20-diesel con unità PCI Vantaggio ambientale: 26,05% Consumo non rinnovabili: 0,2233MJ VANTAGGIOENERGETICO

  35. Confronto tra allocazioni per kWh Allocazione di massa inferiore 96,46% Allocazione energetica Consumo non rinnovabili: 1,08021MJ SVANTAGGIO ENERGETICO

  36. Confronto tra allocazioni con unità PCI Allocazione di massa inferiore 96,46% Allocazione energetica Consumo non rinnovabili: 0,373344MJ VANTAGGIOENERGETICO

  37. Confronto diesel e biodiesel con allocazione energetica PCI Svantaggio sul Diesel: 45,28% VANTAGGIOENERGETICO

  38. Analisidei costi esterni

  39. Analisidei costi esterni

  40. 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;

  41. Analisi di sensibilità • Biodiesel / Diesel (kWh): • -Eco-indicator: 30% • -EPS42,52% • Vantaggio sulle risorse evitate; • Biodiesel / B20/Diesel (PCI): • -Eco-indicator: : 26,05%

  42. Allocazione energetica • All.massa / All. energetica (kWh): • - Sconvenienza energetica • All.massa / All. energetica (PCI): • Convenienza energetica • Diesel/ All. energetica (PCI): • - Maggior danno ambientale

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