Il Life Cycle Assessment (LCA) è una tecnica per valutare gli aspetti ambientali e gli impatti potenziali associati ad un prodotto attraverso:
- La compilazione di un inventario degli input e degli output del sistema di un prodotto;
- La valutazione dei potenziali impatti ambientali associati a tali input e output;
- Interpretazione dei risultati delle fasi di analisi dell’inventario e di valutazione degli impatti in relazione agli obiettivi dello studio.
L’LCA studia gli aspetti ambientali e i potenziali impatti in tutta la vita del prodotto (cioè dalla culla alla tomba), dall’acquisizione delle materie prime alla produzione, utilizzo e smaltimento. Le categorie generali di impatti ambientali che necessitano di un’attenzione comprendono l’uso delle risorse, la salute umana, e le conseguenze ecologiche.
Obiettivi e ambiti di applicazione
Capitolo 5.2 della ISO14040:2006 e capitoli 5 e 6 del ILCD Handbook
Il Life Cycle Assessment (LCA) è dunque un metodo per valutare gli impatti ambientali di un bene o di un servizio durante l’intero ciclo di vita.
Può servire a migliorare le prestazioni ambientali complessive di un prodotto, oppure può essere la base per comunicare il livello di sostenibilità di un prodotto.
Il primo step fondamentale della procedura LCA consiste nella definizione di scopi e obiettivi.
In funzione del destinatario dello studio esistono due tipi di approccio:
– cradle-to-grave (dalla culla alla tomba)
– cradle-to-gate (dalla culla al cancello)
Nel primo caso il destinatario è il consumatore, e l’analisi è completa e rigorosa; essa comprende 5 fasi del ciclo di vita del prodotto:
– Estrazione delle materie prime
– Produzione
– Distribuzione
– Utilizzo
– Smaltimento
Quando il processo di produzione analizzato è di per sé una produzione di semilavorati può essere intrapresa una LCA di tipo cradle-to-gate (dalla culla al cancello).
Questo significa che rientrano nell’analisi solo le prime due fasi, ovvero estrazione materie prime e produzione, fino al momento in cui il prodotto “esce dal cancello della fabbrica”.
Questo tipo di LCA si applica generalmente quando i destinatari sono i produttori successivi o quando l’obiettivo è quello di ottenere certificazioni quali EPD – Environmental Product Declaration.
Unità funzionale
Capitolo 5.2.2 della ISO14040:2006 e capitolo 6.4 del ILCD Handbook
Una volta definiti scopi e obiettivi, è necessario definire l’unità funzionale.
Secondo la ISO 14040, l’unità funzionale è un parametro arbitrario di standardizzazione usato come riferimento. Questo significa che l’unità funzionale deve soddisfare una funzione e deve essere scalabile.
L’unità funzionale per la produzione di vernice potrebbe essere “coprire 1 metro quadrato di parete in interno per 10 anni” mentre per un servizio tecnico potrebbe essere “assicurare meno del 5% di tempi di inattività in 1 anno”.
Nei casi di LCA cradle-to-gate le unità funzionali sono tipicamente riferite alle unità di prodotto, ad esempio “1 kg di polistirene”.
Confini del sistema
Capitolo 5.2.3 della ISO14040:2006 e capitolo 6.6 del ILCD Handbook
La definizione del tipo di LCA e dell’unità funzionale rendono generalmente chiaro quali processi del ciclo di vita del prodotto devono essere inclusi e quali possono essere omessi.
I processi presi in considerazione rientrano nei confini del sistema.
Nel momento in cui vengono definiti i confini del sistema è necessario assicurarsi che tutti i processi abbiano lo stesso grado di dettaglio; per esempio tutte le materie prime sono inserite nel modello a partire dalla loro estrazione dal suolo/biosfera e tutte le emissioni sono seguite fino al rilascio nell’ambiente.
I confini del sistema possono essere riferiti a confini tecnologici, geografici o temporali. Un tipico esempio di confine temporale è la valutazione del potenziale di riscaldamento globale (GWP- global warming potential), che è tendenzialmente analizzato per 20,100 o 500 anni a seconda del contesto.
Cut-Off
Capitolo 4.2.3.3.3 della ISO14040:2006 e capitolo 6.6.3 del ILCD Handbook
In fase di valutazione può diventare chiaro che, in funzione del campo di applicazione, alcuni processi hanno un impatto minore sui risultati complessivi mentre altri processi contribuiscono più del previsto alle prestazioni ambientali.
A questo punto è possibile cambiare i confini del sistema escludendo i processi meno rilevanti e studiando più nel dettaglio quelli più significativi.
Le ISO 14040 e 14044 incoraggiano questo tipo di procedura iterativa. Le azioni di cut-off possono essere applicate se sono soddisfatti i seguenti criteri:
- Per quanto riguarda la massa, il contributo di un input deve essere inferiore all’1% degli input complessivi del sistema, e meno del 5% degli input del singolo processo.
- Per quanto riguarda l’energia, il contributo di un input energetico deve essere inferiore all’1% degli input energetici complessivi fino al sistema di imballaggio, e meno del 5% degli input del singolo processo.
Inoltre, prima di fare un cut-off, è necessario verificare che la rilevanza ambientale del flusso escluso possa effettivamente essere considerata minore.
Inventario del Ciclo di Vita – Life Cycle Inventory (LCI)
La ISO 14044 prevede che venga realizzato un diagramma di flusso che includa tutti i processi (moduli) che stanno all’interno dei confini del sistema.
Questo può essere un processo iterativo che inizia con un quadro di massima delle fasi di produzione e successivamente ridefinisce i processi più specifici.
Nel momento in cui il sistema di produzione è modellato, ogni processo deve essere specificato.
Specificare un processo significa che tutti gli input e gli output di ciascun processo sono collegati da funzioni. La modalità più semplice, e per la maggior parte dei casi più adatta, è una specificazione lineare con coefficienti. Ad esempio: per produrre 1kg di prodotto occorrono 1,1 kg di materia prima e 2 MJ di energia, e vengono emessi 0.1 kg di emissioni indesiderate.
Tutti i processi nel modello LCA devono essere specificati in modo completo ed esaustivo, in modo che tutti gli input e gli output possano essere contabilizzati.
Un buon modo per valutare la completezza del processo di specificazione consiste nel controllare il bilancio della massa, dell’energia o delle emissioni in funzione del contesto di studio.
Tuttavia, la maggior parte delle norme e linee guida consentono criteri di cut-off che permettono che una certa percentuale di massa o di effetti ambientali venga escluso dalla specificazione.
Trattamento dei dati
Capitolo 4.2.3.6 della ISO14044:2006 e capitolo 12, allegato A, del ILCD Handbook
Per specificare tutti i processi rilevanti è necessario raccogliere i dati. La modalità
La prima opzione è quella di raccogliere dati primari direttamente dal sito di produzione e dai fornitori.
La qualità dei dati raccolti è fondamentale per la validità dei risultati. Eventuali ipotesi fatte sui dati scorretti può portare a considerazioni contrarie ai risultati attesi.
Solitamente non tutti i dati possono essere ottenuti come dati primari, ovvero sulla base di misurazioni.
Alcuni dati potrebbero essere solamente stimati sulla base della conoscenza degli esperti; altri dati devono essere approssimati sulla base di dati secondari presenti in letteratura.
Quando i dati sono stimati è necessario mantenere un approccio conservativo, ovvero bisogna prendere in considerazione la peggiore delle ipotesi.
In molti casi, i processi che devono essere stimati non contribuiscono in modo considerevole al risultato globale. Tuttavia, nel caso in cui essi siano significativi, si consiglia di riesaminare il processo e perfezionare la stima.
Quanto a uno stesso processo fanno riferimento più di un prodotto, è difficile determinare in che misura ciascun prodotto contribuisce al processo globale. In questo caso si parla di allocazione, procedura che verrà descritta nel seguito.
I dati secondati possono essere di due categorie, in funzione del tipo di attività:
– Unit Processes (Unità di processo)
– Result Processes (Risultato di processo)
Unità di processo
Moduli di unità di processo rappresentano i singoli processi o fasi di lavorazione all’interno della catena di produzione. Essi sono caratterizzati dagli input e output di una singola fase di prodotto e dai coefficienti che rappresentano la relazione funzionale tra input e output.
Tali input e output sono tipicamente chiamati scambi intermedi, in quanto i flussi sono all’interno della “tecnosfera”.
Ci potrebbero anche essere degli apporti diretti dall’ambiente o delle emissioni dirette verso il sistema ambiente; tali apporti o emissioni sono in genere scambi elementari.
Le unità di processo sono generalmente utilizzate quando si descrive un processo con dati primari.
Al fine di incorporare ogni unità nella catena di processo, il professionista deve aver cura di collegare, per ciascuno scambio intermedio, i processi che forniscono sul lato degli input e i processi che consumano sul lato degli output.
Questi processi collegati possono risultate a loro volta unità di processo, o possono essere risultati di processo.
Risultati di processo
I risultati di processo (o System Terminated Processes) rappresentano un intero inventario del ciclo di vita.
Utilizzando tali moduli si rappresenta l’intera catena di produzione con tutte (a volte molte centinaia) le fasi del processo.
Questo consente di prendere in considerazione processi a monte, a valle o in chiusura della supply chain.
Ad esempio, quando si utilizza l’energia elettrica in un LCA di un prodotto, molte linee guida suggeriscono di utilizzare il mix di energia elettrica specifico del paese in questione.
Il modulo del risultato di processo dell’energia elettrica comprende l’intero ciclo di vita con le singole energie prodotte da vettori di energia o di combustibili diversi. Quasi tutte le catene di produzione utilizzano l’energia elettrica ma non è necessario che essa venga ri-modellata per ciascuna LCA.
L’utilizzo dei risultati di processo ha dei pro e dei contro.
L’aspetto positivo è che l’utilizzo di risultati di processo da fonti affidabili riduce enormemente il carico di lavoro; questo perché i dataset possono essere utilizzati in uno studio LCA come una buona approssimazione e rappresentazione del processo di produzione effettivo che, altrimenti, dovrebbe essere studiato e modellato ogni volta dal professionista.
D’altro canto, nel caso in cui ci sia la necessità di studiare informazioni specifiche su un singolo step del processo, dai risultati di processo non è possibile estrapolare dettagli.
In questo caso, il professionista deve scomporre il dataset “incapsulato” e modellare ulteriormente singole fasi di lavorazione come unità di processo.
È importante verificare se i dati secondari sono stati pubblicati appositamente per analisi LCA e se sono coerenti con il campo di applicazione della LCA che si vuole sviluppare.
Una incertezza comune è l’inclusione o l’esclusione di infrastrutture che possono contribuire in modo significativo al risultato complessivo. Una verifica importante per l’adeguatezza dei dati secondari è la plausibilità.
I dati della letteratura sono una classe speciale di dati secondari in quanto solo il risultato di pubblicazioni scientifiche selezionate tramite revisione paritaria (peer review).
Queste pubblicazioni potrebbero fare riferimento solo un caso specifico o di una frazione di un processo di produzione. Pertanto la letteratura deve essere utilizzata con lo stesso approccio critico degli altri dati.
Quando i dati sono stimati o vengono utilizzati dati secondari da fonti non attendibili, diventa difficile assicurare una qualità appropriata dei dati.
Allocazione
Capitolo 4.3.4 della ISO14044:2006 e capitolo 6.6.3 del ILCD Handbook
In alcuni modelli di ciclo di vita vengono specificati tutti i processi in relazione alla produzione di un singolo prodotto. Tutte le attività e i relativi carichi ambientali possono dunque essere attribuiti al singolo produtto generato.
Nei sistemi di produzione, tuttavia, il processo di fabbricazione produce spesso più di un tipo di prodotto.
Esistono per esempio sottoprodotti di una fase produttiva che possono poi essere utilizzati in un altro processo produttivo, oppure il calore prodotto da un processo può servire per produrre energia. In questi casi bisogna stabilire quale porzione degli input e delle emissioni va assegnata a ciascun prodotto fornito dal processo.
Questa procedura è chiamata allocazione e può influire in modo significativo sui risultati del modello.
Tutte le linee guida sulla LCA consigliano di utilizzare la stessa tecnica di allocazione, talvolta indicata come modello di sistema, durante l’intera analisi del ciclo di vita.
Seguono alcuni possibili approcci per effettuare la procedura di allocazione.
Suddivisione
Quando si affronta un problema di allocazione, il primo passo dovrebbe sempre essere quello di analizzare ulteriormente il processo e magari suddividerlo in singoli processi. Questo può portare ad evitare allocazione.
Espansione del sistema
Se non è possibile evitate allocazione, può essere consigliabile espandere la funzione del sistema per includere il secondo prodotto del processo in esame.
Per esempio la produzione di calore è spesso collegata a molti processi produttivi.
Quando si utilizza l’energia termica in eccesso per il riscaldamento di edifici non connessi alla produzione può essere considerato come un coprodotto. I confini del sistema dovranno dunque essere allargati per includere, oltre alla produzione del prodotto oggetto di studio, anche la produzione di energia per il riscaldamento degli edifici.
Espansione del Sistema con Carico Evitato (Credito)
In alcuni casi lo scopo specifico dello studio non permette l’inserimento di prodotti secondari nei risultati. In questi casi deve essere eseguita una vera e propria allocazione.
Uno dei metodi per valutare il contributo del co-prodotto consiste nel calcolare il carico evitato (Avoided burden). Nell’esempio descritto al punto precedente, il carico evitato coincide con gli impatti ambientali che saranno evitati grazie alla produzione di calore durante il processo produttivo in esame. Se il processo produttivo non fornisse calore, gli edifici dovrebbero essere riscaldati in altri modi; il consumo di combustibile e le relative emissioni evitate forniscono il valore del coprodotto.
Un altro argomento discusso nel contesto dell’allocazione è la questione della manipolazione consequenziale piuttosto che attributiva dei co-prodotti
Manipolazione consequenziale del co-prodotto
Si è sostenuto in molti dibattiti metodologici che calcolare semplicemente il carico evitato con un processo equivalente non fornisca risultati sufficientemente adeguati a causa dell’esclusione dei meccanismi di off-setting.
Ad esempio, si potrebbe argomentare sul fatto che il calore dell’esempio precedente potrebbe non sostituire solamente il combustibile come previsto nell’approccio de carico evitato. In funzione dei meccanismi di mercato, si può prevedere che, per risparmiare combustibile, l’edificio in questione dovesse essere isolato termicamente. Pertanto, in questo esempio, non solo la combustione di carburante, ma anche la produzione, l’installazione e lo smaltimento di materiale isolante sarebbero parte del carico evitato associato al co-prodotto del processo produttivo in esame.
È importante dunque comunicare tutte le assunzioni e i vincoli di mercato da considerare ai fini del calcolo del carico evitato.
La manipolazione dei co-prodotti in maniera conseguente non è equivalente al sistema di modellazione conseguente. La modellazione conseguente a livello di sistema mira a descrivere come flussi fisici rilevanti per l’ambiente, da e verso il sistema tecnologico, cambiano in risposta a possibili variazioni del ciclo di vita (Ekvall, 2004).
Manipolazione attributiva del co-prodotto
Un altro approccio per analizzare gli effetti del dei processi multi-prodotto, è quella della manipolazione attributiva del co-prodotto. Con questo metodo si cerca di assegnare i flussi fisici direttamente ad uno o agli altri prodotti di un processo. La normativa ISO stabilisce che devono essere utilizzate le relazioni fisiche. Ciò significa che i criteri decisionali devono essere di base scientifica in funzione del rapporto tra input e output dei prodotti.
Il modo più semplice è l’allocazione in massa, che consiste nel dividere semplicemente tutti gli input e gli output per il rapporto tra la massa dei prodotti. Tuttavia, qualsiasi altro metodo di allocazione che sia scientifico può essere valido; in funzione del problema specifico può essere più idoneo un criterio piuttosto che un altro. Ad esempio, al posto della massa, possono essere considerati potere calorifico, massa secca, contenuto di carbonio o quant’altro. In ogni caso, per permettere la riproducibilità dei risultati, è fondamentale che il criterio scelto venga chiaramente specificato.
È anche possibile effettuare un’allocazione basata su criteri economici, ma, dal momento che i prezzi sono soggetti a variazioni, i risultati non si possono considerare riproducibili.
Valutazione di impatto – Life Cycle Impact Assessment (LCIA)
La valutazione d’impatto è la parte della LCA in cui vengono effettuate le previsioni sugli effetti ambientali del sistema di produzione.
Per la valutazione di impatto i risultati di inventario del ciclo di vita sono associati a specifiche categorie di impatto ambientale. Il legame tra risultati dell’inventario e le categorie di impatto sono i fattori di caratterizzazione per ogni flusso elementare (ad esempio ogni flusso all’interno dei confini del sistema che non sia un prodotto). La scelta delle categorie di impatto e il relativo livello di dettaglio dipendono dall’obiettivo e dallo scopo dello studio.
Gli altri elementi di una valutazione d’impatto sono la classificazione e la caratterizzazione dei risultati di inventario che portano ai risultati degli indicatori di categoria (risultati LCIA).
Elementi opzionali sono la normalizzazione, il raggruppamento e / o ponderazione dei risultati LCIA
Interpretazione
L’interpretazione è la parte dello studio della LCA in cui vengono discussi e interpretati i risultati della valutazione di impatto (LCIA).
L’interpretazione si basa sulla definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione dello studio.
La fase d’interpretazione della LCA comprende tre elementi principali:
– Individuazione delle tematiche significative sulla base dei risultati delle fasi LCI e LCIA
– Valutazione dei risultati, tra cui completezza, sensibilità e coerenza dei controlli. (Vengono considerati anche i risultati di analisi di incertezza e di analisi della qualità dei dati).
– Conclusioni e raccomandazioni sui limiti dello studio.
Letteratura sulla metodologia LCA
– Baumann, Henrikke; Tillman, Anne-Marie (2004): The Hitch Hiker’s Guide to LCA. An orientation in life cycle assessment methodology and application. January 2011. Lund: Studentlitteratur.
– DIN EN ISO 14025 (2006): Environmental labels and declarations – Type III environmental declarations – Principles and procedures DIN EN ISO 14040 (2006): Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework
– DIN EN ISO 14044 (2006): Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines
– Ekvall & Finnveden (2001) Allocation in ISO 14041 – a critical review, Journal of Cleaner Production 9 (2001): 197-208
– Ekvall & Weidema (2004) System boundaries and input data in consequential life cycle inventory analysis, Int J LCA 9(3): 161-171
– European Comission – Joint Research Centre – Institute for Environment and Sustainability (2010/2011): International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook. Series of guidance documents for good practice in Life Cycle Assessment. Luxembourg: Publications Office of the European Union
– Guinée J B (Ed.) (2002) Handbook on Life Cycle Assessment, Operational Guide to the ISO Standards, Kluwer, Dordrecht
– Hendrickson et al. (1998) Economic Input-Output Models for Environmental Life-Cycle Assessment, Env. Sci. & Tech. 32: 184A-191A
– Klöpffer, Walter; Grahl, Birgit (2009): Ökobilanz (LCA). Ein Leitfaden für Ausbildung und Beruf. Weinheim: Wiley-VCH.
– Lindfors, Ekvall, Eriksson, Jelse and Rydberg / IVL Swedish Environmental Institute (2010): The ILCD Handbook in a Nutshell. A brief analysis of the ILCD Handbook and the Draft Guidance on Product Environment Footprint. IVL Report B2020
– Society of Environmental Toxicology and Chemistry SETAC (1993): Guidelines for Life-Cycle Assessment: A ‘Code of Practice’, SETAC, Brussels
– United Nations Environment Programme UNEP (1999): Towards a Global Use of Life Cycle Assessment
– United Nations Environment Programme UNEP (2003): Evaluation of Environmental Impacts in Life Cycle Assessment
– United Nations Environment Programme UNEP (2005): Life Cycle Approaches -The road from analysis to practice
– United Nations Environment Programme UNEP (2007): Life Cycle Management: A business guide to sustainability
– United Nations Environment Programme UNEP (2008): Life Cycle Assessment -A product-oriented method for sustainability analysis. Training Manual November 2008
– United Nations Environment Programme UNEP (2009): Guidelines for Social Life Cycle Assessment of Products
– United Nations Environment Programme UNEP (2011): Towards a Life Cycle Sustainability Assessment – Making informed choices on products
– United Nations Environment Programme UNEP (2011): Global Guidance Principles for Life Cycle Assessment Databases – A Basis for Greener Processes and Products