Il Modello di calcolo
- banca dati -
Boustead Model (Versione 3).

Prefazione : Questa introduzione alla LCA comprensiva della descrizione del software Boustead Model, strumento informatico per la redazione ed il calcolo di inventari di ciclo di vita, � l'edizione italiana della presentazione di una metodologia conosciuta ed utilizzata in tutto il mondo e da poco introdotto anche nel nostro Paese. La Life Cycle Assessment (LCA), conosciuta in Italia come analisi del ciclo di vita dei processi produttivi, � una tecnica per analizzare le conseguenze della realizzazione e dell'uso di prodotti o della fornitura di servizi, per quanto riguarda il consumo di materie prime e di energia nonch� il rilascio nell'ambiente di sostanze gassose, liquide o solide, lungo tutto il ciclo di vita dei processi coinvolti. La terminologia utilizzata cerchera' di riportare fedelmente il significato dei termini inglesi, ormai di uso corrente tra gli addetti ai lavori in sede internazionale; trattandosi per la maggior parte di neologismi, per evitare il sorgere di eventuali confusioni, a fianco del termine italiano verr� sovente proposto anche quello inglese, adottando la convenzione che per quest'ultimo il tipo di carattere sar� il corsivo.
Il concetto di analisi di ciclo vita ha avuto origine verso la fine degli anni '60, quando divenne chiaro che l'unica strada efficace per studiare in maniera completa i sistemi produttivi industriali fosse quella di esaminarne le prestazioni seguendo passo passo il cammino percorso dalle materie prime, a partire dalla loro estrazione dalla terra, attraverso tutti i processi di trasformazione che esse subiscono fino al loro ritorno alla terra sotto forma di rifiuti ("from cradle to grave" e cio� �dalla culla alla tomba�). Il termine LCA (che indica indifferentemente Life Cycle Analysis o Life Cycle Assessment, ma che la norma ISO 14.040 ha promosso univocamente a Life Cycle Assessment) venne coniato durante il Congresso della SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) di Smuggler Notch (Vermont - U.S.A.) nel 1990, per meglio caratterizzare l'obiettivo delle analisi fino ad allora svolte sotto il nome di REPA, Resource and Environmental Profile Analysis, analisi ambientali che avevano come obiettivo la caratterizzazione del ciclo di vita di alcuni materiali impiegati da importanti industrie di trasformazione statunitensi. L'organizzazione originaria di una LCA comprendeva tre fasi principali da attuare successivamente e ciclicamente; tale organizzazione, che costituisce anche la struttura fondamentale dell'attuale metodologia LCA, � composta da una prima fase di inventario, in cui i dati e le informazioni raccolte vengono organizzate e convertite in forma standard per fornire una descrizione completa delle caratteristiche fisiche del sistema oggetto dello studio, una successiva fase di interpretazione, dove i dati fisici dell'inventario sono correlati a problemi osservabili di carattere ambientale e infine da una fase di miglioramento in cui il sistema viene in qualche modo modificato per migliorarne l'eco-efficienza; la caratteristica dinamicit� della metodologia permette di ripetere pi� volte l'analisi con le soluzioni di miglioramento per verificarne l'effettiva bont� e per trovare quale di queste permetta di ottenere i risultati migliori. Gi� durante questa prima fase di messa a punto della metodologia, il termine eco-efficienza veniva utilizzato per misurare i rendimenti energetici ed ambientali del processo produttivo oggetto dell'indagine.
Le ragioni che hanno condotto all'approccio "dalla culla alla tomba" sono fondamentalmente due. Prima di tutto una singola operazione industriale poteva apparentemente essere resa pi� efficiente e "pi� pulita" semplicemente trasferendo l'inquinamento altrove: i benefici derivanti da queste azioni in un luogo venivano controbilanciati dai problemi generati altrove, senza ottenere nel complesso alcun reale miglioramento. In secondo luogo, tradizionalmente gli ingegneri avevano concentrato i loro sforzi per rendere pi� efficienti i singoli processi produttivi, e mai nessuno si era preoccupato di considerare l'intera catena produttiva che tiene tra loro collegate le singole operazioni. E' a partire dai primi anni '70 che � possibile trovare i primi esempi di analisi di ciclo vita, utilizzate soprattutto da alcune grandi aziende statunitensi e dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente nordamericana (EPA, Environmental Protection Agency) come supporto alle decisioni; a tal proposito � doveroso ricordare le ricerche, svolte ancora sotto il nome di REPA, commissionate dalla Coca Cola Company e dalla Mobil Chemical Company: la prima intendeva determinare le conseguenze ambientali della produzione di diversi tipi di contenitori per bevande allo scopo di identificare quale materiale (plastica, vetro o alluminio) e quale strategia di impiego a fine vita del contenitore (a perdere o a rendere) fosse energeticamente ed ecologicamente migliore; la seconda, era intesa a stabilire se i fogli in polistirene utilizzati per incartare prodotti alimentari fossero pi� o meno eco-compatibili dei concorrenti fogli di carta. Oltre ad aver introdotto l'idea di considerare le implicazioni ambientali lungo tutto il ciclo di vita dei processi considerati, la metodologia REPA integrava nella valutazione l'energia intesa come appartenente alla categoria delle risorse naturali.Le crisi petrolifere erano ancora da venire, ma la consapevolezza di stare sfruttando a ritmi sempre pi� elevati risorse energetiche fisicamente limitate era gi� sufficientemente sviluppata da indurre studiosi e ricercatori del mondo accademico e di quello industriale ad affrontare temi riguardanti lo sfruttamento delle materie prime energetiche ed i conseguenti effetti sull'ambiente.I successivi allarmi lanciati da molti scienziati sui crescenti livelli di inquinamento, la emergente pressione del movimento ambientalista ed i fatti contingenti di quel periodo (�crisi energetiche� e problema crescente della destinazione dei rifiuti), hanno poi sicuramente incentivato in maniera determinante lo sforzo comune per la messa a punto sia di metodologie, sia di strumenti che potessero in qualche modo correggere l'approccio della teoria economica classica a questo tipo di problemi, portando, e siamo ormai verso la fine degli anni ottanta, alla formulazione del modello di sviluppo sostenibile (Figura 2).
Nello stesso periodo in Europa veniva pubblicato il manuale di analisi energetica industriale di Boustead e Hancock, una pietra miliare tra i manuali tecnici di questo settore, in quanto � il primo ad offrire una descrizione di carattere operativo della metodologia dell'analisi che � da considerare parte fondamentale dell'attuale LCA.Da questo momento in poi, la messa a punto della metodologia LCA riceve una grande spinta propulsiva in quanto � apparso chiaro come l'approccio di tipo REPA o analisi energetica, con le dovute integrazioni e miglioramenti, fosse quello che meglio si prestava a supportare le attivit� produttive nella nuova visione di sviluppo.
Questo impegno generale si � concretizzato nei primi anni '90 con l'uscita di alcuni manuali e di strumenti di calcolo per un suo impiego pratico, oggi estremamente diffusi ed utilizzati da gran parte dei ricercatori e degli operatori: il Boustead Model � certamente tra quelli pi� conosciuti ed impiegati a livello mondiale.
L'attuale impegno in ambito ISO per la standardizzazione della metodologia, trova la prima attuazione nell'emanazione dei progetti delle norme della serie 14000 e, in particolare, delle ISO 14040, ulteriore affinamento delle linee guida proposte dalla SETAC.
La diffusione della metodologia LCA in molti ambienti e settori, da quello accademico a quello delle istituzioni pubbliche, fino a quello produttivo, ha evidentemente coinvolto tanti gruppi di ricerca in tutto il mondo, affermando questa nuova metodologia di analisi come un importante supporto per le decisioni di politica ambientale e per quelle pi� prettamente di tipo tecnico.
Per l'industria, l'uso principale di questo strumento consiste nell'analizzare le caratteristiche delle proprie attivit� operative nell'ottica del loro adeguamento alle norme di legge e agli standard di riferimento mondiali, sia vigenti sia proposti per il futuro. Una serie di analisi LCA redatte con continuit� da una qualsiasi impresa per alcuni anni, consentir� di fissare in maniera completa le procedure operative dell'azienda, il trend della produzione e tutta una serie di parametri di riferimento utili alla migliore gestione della stessa.
I recenti sviluppi di progetti di simbiosi industriale (�industrial symbiosis�) rappresentano un altro settore applicativo della LCA a livello industriale. Si tratta in pratica di un'applicazione dell'ecologia industriale che mira all'ottimizzazione dell'efficienza di utilizzo dei materiali e dell'energia: un gruppo di industrie operanti nella medesima regione decidono di interagire creando un network in cui un opportuno scambio di sottoprodotti, scarti ed energia � in grado di migliorare l'efficienza globale del sistema. Anche in questo caso, l'approccio tradizionale della gestione aziendale � di nuovo superato dall'idea pi� ampia e a lungo termine della �comunit�� di industrie che sfrutta al massimo le opportunit� di riciclo e di utilizzo a cascata dell'energia.
Per i governi, la consapevolezza delle molteplici implicazioni della legislazione proposta, specialmente quando gli effetti possono risultare opposti rispetto a quelli che si pensava di ottenere, pu� aiutare nel preparare nuove norme ed indirizzi e nel cercare di impostare una buona politica ambientale. Un ottimo esempio � quello della progettazione ed attuazione di un'efficace programma di riciclo.
E ancora, per le imprese operanti in economie a rapida crescita, la disponibilit� dell'accesso a tecnologie aggiornate e al know-how risulta ormai di importanza vitale. Joint ventures con imprese occidentali per ottenere questo tipo di accesso sono ormai una pratica comune. Per le imprese interessate, in particolare quelle situate in paesi di grandi dimensioni e densamente popolati come India e Cina, un punto di partenza ideale sta proprio nel dimostrare la completa consapevolezza delle interrelazioni delle proprie attivit� con l'ambiente con un conseguente chiaro adeguamento alla normativa. E' questo il caso in cui la LCA, intesa come metodologia e strumento di analisi per la valutazione dell'eco-efficienza produttiva, accettata dalla comunit� scientifica internazionale, risulta essere un aiuto inestimabile. Prima di attuare nuovi finanziamenti o investimenti, accade infatti sempre pi� spesso che vengano richieste garanzie sul �comportamento� ambientale del ricevente.
La nuova politica della Comunit� Europea in materia di ambiente ha peraltro introdotto o proposto ufficialmente, sia tramite i nuovi Regolamenti su Eco-Management e Audit, sia con le proposte relative alla creazione di una norma di riferimento per le etichette ecologiche, la metodologia LCA come strumento di supporto per la redazione di report energetico-ambientali e ormai praticamente tutti i progetti di ricerca e sviluppo tecnologico presentati a livello europeo (Brite) o a livello nazionale, contengono parti dedicate all'applicazione della LCA al sistema produttivo oggetto dello studio.
Questa rinnovata attenzione degli operatori industriali verso le problematiche ambientali, di risparmio di energia e di materiali costituisce certamente un nuovo modo di pensare la produzione e quindi di progettare i prodotti. Numerose sono le industrie che investono proprie energie nello sviluppo e nell'applicazione di questa nuova filosofia di produzione: il passaggio da una situazione di comando e controllo, in cui le aziende adeguavano il proprio sistema produttivo alle sempre pi� severe normative ambientali, ad una situazione in cui volontariamente le imprese si impegnano ad applicare concretamente politiche ambientali sostenibili, indica come questo cambiamento venga interpretato come una probabile fonte di nuovi guadagni.
Il Life Cycle Design (LCD) propone un'ulteriore passo in avanti nella ricerca della migliore eco-efficienza produttiva, da azioni in corso d'opera ad una riprogettazione completa dei sistemi produttivi oppure di singoli prodotti.
Il LCD �, in questa visione, costituito dall'insieme delle discipline che possono portare a questo obiettivo tenendo conto oltre che delle consuete variabili (costruttive, economiche, ...) anche dei parametri forniti da preventive analisi del ciclo di vita.
In questo ultimo filone possono dunque trovare una giusta collocazione i progettisti (il settore delle opere di ingegneria �, ad esempio, tra quelli pi� attivamente coinvolti), per promuovere una scelta pi� accurata sia dei materiali, sia delle tecniche costruttive.
In pratica, questo significa essere in grado di garantire prodotti di qualit� sempre migliore vincolati per� dai parametri di risparmio energetico, di minimizzazione dell'impatto ambientale di tutti i processi che accompagnano la vita del materiale impiegato, di protezione della salute dei lavoratori e dell'ambiente.
Naturalmente, a causa della vastit� delle discipline interessate e della difficolt� di tenere sotto controllo tutti i parametri in questione, il Life Cycle Design si ramifica in diversi settori di analisi ognuno dei quali affronta la parte che ad esso compete.
La parte fondamentale del Life Cycle Design viene svolta dalla LCA in quanto � proprio da quest'ultima che si possono estrarre i dati e le informazioni necessarie in fase di progettazione.
Da un punto di vista metodologico, la definizione di LCA proposta dalla SETAC e modificata in base all'esperienza maturata, � la seguente: una LCA "� un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici ed ambientali relativi ad un prodotto, un processo o una attivit�, effettuato attraverso l'identificazione e la quantificazione dell'energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell'ambiente. La valutazione include l'intero ciclo di vita del prodotto, processo o attivit�, comprendendo l'estrazione e il trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l'uso, il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale".
Una LCA indirizza dunque lo studio di efficienza del sistema in oggetto sulla salvaguardia dell'ambiente e dell'uomo in generale e sul risparmio delle risorse.
Punto fondamentale della teoria � la definizione di sistema industriale: con sistema industriale si intende un insieme di operazioni che assolvono determinate funzioni, la principale delle quali � la produzione di beni utili; esso � separato dal sistema ambiente da confini fisici ben definiti e ad esso collegato grazie allo scambio di input e di output (Figura 3); in questa ottica l'ambiente non � quindi quello naturale definito dall'ecologia.
Secondo questa impostazione risulta chiaro come gli input del sistema sono parametri che intervengono nel dibattito sui problemi di risparmio delle risorse, mentre gli output riguardano i problemi di inquinamento.
Pi� che descrivere il prodotto, una LCA descrive dunque il sistema che lo genera; solamente nel caso in cui il sistema dia luogo ad unico prodotto � possibile associare il comportamento del sistema a quello del prodotto stesso.
Il sistema indagato in una LCA � chiaramen te una semplificazione della realt� poich�, come tutti i modelli di questo tipo, non include una rappresentazione completa delle interazioni con l'ambiente; la scelta dei confini dell'analisi appare gi� da ora come una delle variabili determinanti al fine di una pi� o meno approfondita analisi del sistema medesimo.
La struttura moderna della LCA � sintetizzabile in quattro momenti principali:
- Definizione degli obiettivi (�Goal Definition and Scoping�) : � la fase preliminare in cui vengono definiti le finalit� dello studio, le unit� funzionali, i confini del sistema studiato, il fabbisogno di dati, le assunzioni ed i limiti.
- L'inventario (�Life Cycle Inventory Analysis�, LCI): � la prima parte del lavoro, dedicata allo studio del ciclo di vita del processo; lo scopo principale � quello di ricostruire la via attraverso cui il fluire dell'energia e dei materiali permette il funzionamento del sistema produttivo in esame tramite tutti i processi di trasformazione e trasporto.
- L'analisi degli impatti (�Life Cycle Impact Assessment�): � lo studio dell'impatto ambientale provocato dal processo,attivit� o prodotto, che ha lo scopo di stabilire l'entit� delle modificazioni generate a seguito dei consumi di risorse e rilasci nell'ambiente calcolati nell'inventario.
- Interpretazione e Miglioramento (�Life Cycle Interpretation�): � la parte conclusiva di una LCA che ha lo scopo di proporre i cambiamenti necessari a ridurre l'impatto ambientale dei processi industriali considerati.
-Sviluppato dal Prof. Ian Boustead a partire dai primi anni '70, via via implementato e migliorato, � attualmente distribuito dalla Boustead Consulting Ltd. di Londra.
-Permette di redigere un'analisi LCA secondo una metodologia caratterizzata dall'impostazione di processi singoli concatenati tra di loro in modo tale da riprodurre la filiera produttiva del sistema produttivo in esame;
-La banca dati presente nel software contiene informazioni aggiornate di tipo energetico-ambientale su pi� di 4000 operazioni unitarie, coprendo una vasta gamma di produzioni industriali; concesso in licenza a grandi gruppi industriali in tutto il mondo viene costantemente aggiornato sia per le informazioni riguardanti la banca dati sia per i programmi di gestione del Modello di calcolo.
-La semplicit� di utilizzo del Modello e la ricchezza della banca dati rendono il Boustead Model uno strumento adatto alla redazione di un Inventory in modo veloce e affidabile. La qualit� dei dati contenuti nella banca dati del Modello rende il pacchetto software tra i pi� venduti al mondo. I risultati, classificati gi� dal software in maniera opportuna, consentono all'utente di attuare la successiva fase di Impact Assessment secondo la metodologia ritenuta pi� idonea tra quelle oggi disponibili.
La versione 3 del programma � un sistema caratterizzato fondamentalmente da:
�una banca dati;
�una serie di programmi per gestire la banca dati;
�un men� in grado di indirizzare i comandi dell'utente durante la modellizzazione e redazione di LCI in maniera semplice e rapida.
Il Modello software � stato progettato per lavorare in area MS-DOS� versione 5 o superiore e deve essere installato in un PC dotato di processore 386, 486 o Pentium.Il Modello pu� operare in area Windows� e, mentre questo pu� essere conveniente per la maggior parte dei programmi, � tra le avvertenze lanciare i calcoli direttamente da MS-DOS� per aumentarne la velocit� di esecuzione.
Il sistema di men� � predisposto in modo tale che tutto il sistema possa essere operativo anche da MS-DOS� .La prima installazione del programma e della banca dati richiede uno spazio di circa 50 Mbytes di hard disk; con gli aggiornamenti ed i dati dell'utente il sistema pu� arrivare ad occupare uno spazio di 100 Mbytes.
I sistemi indagati con una LCA contengono normalmente un gran numero di operazioni collegate tra loro dai flussi di materiali e di energia.Queste operazioni componenti, chiamate �operazioni unitarie�, individuano singole fasi del sistema in esame e possono essere rappresentate come in Figura 4, con l'eccezione di comprendere un prodotto utile tra i loro output.
Un'operazione unitaria � dunque la pi� piccola unit� in cui un sistema produttivo pu� essere suddiviso e per la quale sono disponibili i dati.La definizione di sistema industriale precedentemente fornita � proprio quella adottata nel software per organizzare la struttura architettonica del Modello di calcolo.
In accordo con questo tipo di visione organizzativa, il programma � strutturato in codici numerici che, individuando le singole operazioni unitarie coinvolte, permettono di fornire un supporto per ricostruire il sistema industriale in un modello flessibile e il pi� possibile vicino alla realt�.Ognuna delle operazioni unitarie riceve i propri input dalle operazioni unitarie a monte e i suoi output servono ad alimentare quelle seguenti, secondo la catena produttiva effettiva.
Secondo questo schema, le singole operazioni unitarie costituiscono dei sottosistemi che possono venire indagati indipendentemente dal comportamento dell'intero sistema. Questo risulta essere tra le caratteristiche pi� rilevanti del programma di calcolo poich� permette la realizzazione di singoli ecobilanci.
Secondo la definizione, un'operazione unitaria � un processo che genera un prodotto singolo. Nel Modello, l'emissione di una specifica sostanza chimica in aria o acqua, oppure la produzione di un particolare tipo di rifiuto solido, oppure il consumo di una specifica materia prima, sono tutte considerate operazioni unitarie.
La tecnica di modellizzazione consiste essenzialmente nella costruzione di appropriate tabelle di input-output (dette �input table� o �tabelle di input�) contenenti le singole operazioni unitarie e nell'organizzare le stesse secondo lo schema di flusso che governa il sistema produttivo in oggetto.
In particolare, per funzionare il Modello di calcolo si serve di una struttura logica realizzata tramite una sequenza organizzata di operazioni, contenente dati utili alla redazione di inventari di ciclo di vita, ovvero i consumi di energia e di materiali e le emissioni verso l'ambiente.
Questa struttura �, come detto, realizzata nel software con una serie continua di codici numerici in modo tale che ogni numero possa venire associato ad un'operazione unitaria.Tale serie si divide in tre porzioni principali: il core, il top e lo store.
L'aiuto fondamentale durante la modellizzazione proviene dal core, dove sono appunto contenute le informazioni (inserite dalla Boustead Consulting Ltd.) su un gran numero di operazioni unitarie (processi produttivi, trasporti, sistemi elettrici nazionali e cos� via): � questa la sezione che pu� essere propriamente chiamata banca dati. Il top e lo store costituiscono invece l'area di lavoro destinata all'utente dove organizzare a piacimento le operazioni unitarie, sia prelevandole gi� pronte dal core, sia inserendole per la prima volta in seguito, ad esempio, ad una visita tecnica di un impianto industriale.
L'aggiornamento periodico dei dati contenuti del core da parte della Boustead Consulting Ltd. assicura un'ottima qualit� delle informazioni disponibili e l'aggiunta sistematica di nuove tabelle di input aumenta ulteriormente il numero delle informazioni contemplate dalla banca dati stessa.
Il fatto inoltre che tutte le operazioni unitarie, sia fornite dal core, sia immesse dall'utente, siano organizzate all'interno della struttura tramite codici numerici, permette di identificare le tre sezioni core, top e store con un'unica grande banca dati dove �lanciare� i programmi di calcolo. Questi programmi, accessibili dal men� principale, consentono, come verr� specificato in seguito, una vasta gamma di possibilit�, dal calcolo dei fabbisogni energetici a quello delle emissioni di un determinato sistema produttivo.
Per entrare ulteriormente nei dettagli della tecnica di modellizzazione, � bene precisare come il comportamento di un processo industriale venga descritto in una o pi� input table tramite un opportuno elenco di tutte le operazioni unitarie da cui � composto.
Nell'architettura del software, la tabella di input � in pratica un insieme di operazioni unitarie che rappresenta nella maniera pi� fedele possibile il processo in esame quantificando gli scambi di energia, di materiali e di sostanze che esso adopera o emette durante il suo funzionamento.
In sostanza, una tabella di input descrive una porzione del diagramma di flusso necessario per la produzione del prodotto X. Chiaramente, pi� si entra nel dettaglio di produzioni complesse, pi� il diagramma di flusso che descrive il sistema diviene complesso. Questo problema viene superato dal Modello Boustead proprio grazie alla costruzione, senza alcuna restrizione, delle tabelle di input (in altre parole, � possibile far contemplare al Modello un numero elevatissimo di tabelle di input fino a riprodurre sistemi anche molto complessi).
Ognuna delle tabelle di input pu� anche essere considerata un'operazione a s� stante, collegata alle operazioni circostanti dagli input e dagli output indicati al suo interno tramite le operazioni unitarie.
La semplicit� di questo approccio ha in definitiva due importanti vantaggi:
Fissando le operazioni e collegandole in questa maniera, significa che qualsiasi cambiamento nei dati viene automaticamente incorporato nel procedimento di calcolo.
Il sistema � estremamente flessibile e pu� facilmente trattare procedimenti complicati come le operazioni di riciclo (aperte o chiuse).
Una volta organizzate le informazioni come ora descritto, � possibile far eseguire i programmi di calcolo. Come gi� accennato, questi permettono di analizzare separatamente le tre sezioni della banca dati.
Dopo la prima installazione e l'esecuzione dei calcoli relativi all'intera banca dati, � sufficiente di volta in volta procedere al calcolo delle sole sezioni top e store dove l'utente aggiorna o inserisce nuovi dati; il procedimento di calcolo relativo a queste sezioni di norma impiega solo pochi minuti (il tempo di esecuzione dipende dal processore utilizzato).
In particolare, l'utente pu� scegliere tra le seguenti opportunit� di calcolo:
� top data - selected parameters
� core data - selected parameters
� complete data-base - selected parameters
� top data - all parameters
� core data - all parameters
� complete data base - all parameters
La fase preparatoria prima di iniziare la manipolazione dei dati raccolti risulta essere molto importante poich� permette di risparmiare parecchio tempo nel seguito. Questa fase consiste essenzialmente nel disegnare un diagramma di flusso dettagliato delle operazioni che concorrono a formare il sistema considerato. Per molti dei processi pi� comuni, la maggior parte dei dettagli produttivi pu� essere tratta dalla letteratura dedicata; lo scopo iniziale � quello di familiarizzare con le operazioni fondamentali del processo, procedendo successivamente con una discussione con gli operatori dell'impianto in questione e, in particolare, per determinare: (a) se il diagramma di flusso predisposto corrisponde al processo reale e (b) il grado di dettaglio a cui arriva la struttura di misurazione dell'impianto. Il diagramma di flusso definitivo sar� utilizzato come base dei questionari (appositamente predisposti dal Boustead Model) che saranno inviati con lo scopo di ottenere il pi� elevato grado di dettaglio raggiungibile. Ad esempio, se si sta analizzando un impianto di produzione di bottiglie di plastica, risulter� inutile, per il calcolo dei consumi di energia elettrica, dividere il processo in tutte le singole operazioni se poi esiste un unico contatore di energia elettrica all'interno dell'intero impianto. Allo stesso modo, ci sarebbe una perdita di molte e preziose informazioni se, ad esempio, una raffineria di petrolio venisse trattata come un singolo sistema in cui entra petrolio greggio e da cui escono i prodotti raffinati. Un'ulteriore caratteristica da valutare, comune a molte industrie di processo, � la fornitura di servizi comuni. E' il caso della cogenerazione di energia elettrica e vapore che � spesso svolta in un impianto separato e da cui molte operazioni di processo attingono. In modo del tutto simile, altre operazioni generali (�overheads�) come la produzione di aria compressa e l'impianto di trattamento dell'acqua, possono spesso servire molte operazioni di processo, rendendo necessario ottenere dati per queste operazioni ausiliarie tanto quanto quelle relative alla sequenza principale.
Una notevole mole di lavoro � sovente necessaria prima che i dati ricevuti dagli operatori dell'impianto in oggetto possano essere inseriti dentro questo o altri modelli di calcolo. Il lavoro che deve essere compiuto pu� essere per comodit� diviso in tre fasi principali.
Per prima cosa, le unit� di misura con cui le diverse quantit� sono riportate devono essere convertite ad un riferimento comune; nel Modello Boustead le unit� del sistema SI sono usate in maniera preponderante, anche se non esiste alcun impedimento per utilizzare unit� di misura alternative. In secondo luogo, i dati devono essere normalizzati rispetto ad un conveniente parametro; di solito questo � il prodotto in uscita, ma potrebbe anche essere quello in entrata.
Prima di inserire i dati nel Modello di calcolo, � infine importante identificare i codici numerici degli input e degli output affinch� i legami delle diverse operazioni unitarie all'interno del medesimo Modello siano rispettate.
Fase numero 1: la conversione delle unit�
Come detto, la prima operazione di manipolazione dei dati � quella di convertire le unit� di misura dei dati raccolti in unit� ritenute adatte per il programma di calcolo.
La banca dati del Modello all'interno del core contiene praticamente solo dati in unit� SI; volendo in ogni caso utilizzare altre unit�, si consiglia di porre molta attenzione all'esattezza dei fattori di conversione.
Per assistere la conversione delle unit�, oltre ad un manuale dedicato compreso con il pacchetto software, all'interno dello stesso Modello esiste un programma appositamente predisposto (�convert units�).
Un punto importante da sottolineare qui � che l'emissione in acqua di cloruro di sodio � stata convertita in emissione di ioni Sodio e ioni Cloro. Questo per adattare il formato delle informazioni utilizzate agli elementi presenti nella banca dati. In questo esempio la conversione risulta relativamente semplice: i pesi atomici del sodio e del cloro sono 23 e 35.5 e quindi la frazione di sodio nel cloruro di sodio sar� 23/(23+35.5) mentre la frazione di cloro sar� 35.5/(23+35.5).
Fase numero 2: la normalizzazione dei dati
Una volta corrette le unit� di misura, � necessario scegliere un'appropriata unit� di riferimento per gli output di ogni operazione unitaria. Si tratta dell'unit� funzionale e in teoria qualunque unit� pu� essere scelta.
La scelta di questa unit� di riferimento � considerata una dei punti pi� importanti per il corretto svolgimento dell'intera analisi di Inventario.
Comunemente il kg � l'unit� migliore da usare nel caso di produzione per processo che genera un flusso continuo di materiale e 1, 100 oppure 1000 unit� nel caso di produzione in serie di manufatti.
Fase numero 3: l'id entificazione dei codici numerici della banca dati
L'ultima operazione da effettuare � quella dell'identificazione dei codici numerici corrispondenti ai vari input ed output compresa in quest'ultima tabella. Per quelle operazioni gi� presenti nella banca dati (core), � sufficiente consultare l'elenco allegato in ordine alfabetico oppure utilizzare un apposito programma che �leggendo� la banca dati trover� l'operazione unitaria richiesta.
Nel caso alcune informazioni siano state immesse direttamente dall'utente, il codice pu� essere un qualsiasi numero del top.
Nell'esempio citato � possibile attingere tutte le informazioni per questa operazione dal core della banca dati, ottenendo il quadro della situazione riportato in Tabella 5.
E' da notare come per l'assegnazione di questi codici numerici sia necessario conoscere la nazione in cui l'impianto � localizzato, perch� il mix energetico caratteristico varia da paese a paese. Pur essendo in questo caso i dati riferiti alla situazione inglese (UK), tra le opzioni del programma di calcolo esiste l'opportunit� di cambiare velocemente il mix energetico di riferimento.
Per quanto riguarda le unit� di riferimento corrispondenti ai codici numerici scelti, il Modello di calcolo permette di scegliere tra diverse unit�, tra cui:
- data per kg: i dati nella tabella di input sono riferiti al kg di prodotto in uscita;
- data per m3: i dati nella tabella di input sono riferiti al m3 di prodotto in uscita;
- data per MJ: i dati nella tabella di input sono riferiti al MJ in uscita;
- data per unit: i dati nella tabella di input sono riferiti all'unit� di produzione scelta;
Nel caso di un sistema di trasporto, l'unit� di misura adottata dal Modello � veicolo-km/kg trasportato; essendo disponibili nella banca dati diversi mezzi di trasporto, � possibile, in questo modo, riferire il trasporto esattamente ad un mezzo specifico.
Un'ulteriore approfondimento pu� essere fatto sulla struttura portante del Modello di calcolo. Come detto, la banca dati della versione 3 del Modello di calcolo contiene spazio utile all'inserimento di pi� di 12.000 operazioni unitarie: le tre sezioni principali in cui essa � divisa sono illustrate in Figura 6.
La regione compresa tra i codici numerici 1 e 6000 � occupata dal core essa contiene i dati e le informazioni fornite insieme con il Modello; questa sezione non deve essere utilizzata dall'utente direttamente nei codici da 1 a 6000, poich� oltre al rischio di danneggiare le informazioni della banca dati, ad ogni aggiornamento i dati saranno sovra-scritti.
La sezione compresa tra i codici numerici 6001 e 11000 e tra 11201 e 12000, il top, pu� essere invece utilizzata dall'utente sia per inserire i propri dati che per utilizzare le informazioni del core (trasferendo i dati dal core al top). Il top, come visto, � l'area di lavoro dove l'utente crea il Modello riferito al sistema industriale indagato, inserendo sia i dati raccolti sul campo sia quelli provenienti dal core.
Il top pu� essere esteso a partire dal codice 12000 e il limite dipende dallo spazio dell'hard disk a disposizione.
Il gruppo di codici compreso tra 11001 e 11200, lo store, contiene informazioni incomplete ed � utilizzabile per archiviare momentaneamente quelle operazioni che non vogliono essere immediatamente coinvolte nei calcoli.
Fattore critico per il funzionamento del Modello � l'abilit� a costruire le tabelle di input relative alle singole operazioni unitarie.
Molto utile a tal scopo risulta la conoscenza dell'organizzazione del core in modo tale da poter legare velocemente le operazioni unitarie tra di loro.
Inizialmente le operazioni unitarie contenute nel core saranno impiegate intensamente fino a quando l'utente non avr� costruito una serie di operazioni specifiche, utili ai suoi interessi. All'interno del corele operazioni unitarie sono raggruppate a seconda del tipo di operazione. Dopo un po' di pratica, i codici numerici pi� spesso impiegati saranno memorizzati, ma perlomeno all'inizio non c'� alcuna necessit� di impararli a memoria.
Il settore chiamato "Funzioni" (�Functions") contiene un certo numero di operazioni che permettono di manipolare il formato dei dati; ad esempio l'energia feedstock pu� essere convertita in "energia carburante" (�fuel�) (vedi il Paragrafo �opzioni a disposizione�).
Tra i processi produttivi di pi� comune impiego contenuti nel core della banca dati del Boustead Model ricordiamo (ci sono, come detto, pi� di 4000 di queste operazioni):
Adesivi e vernici:adesivo, tintura, inchiostro, vernice, sigillanti e lacche.
Contenitori:contenitori in vetro vari (bottiglie, vasi, ecc.),contenitori metallici (lattine per bevande, lattine per cibo, aerosol),contenitori in plastica (vasi, bottiglie,ecc.), contenitori di carta e cartone, recipienti.
Beni di consumo(non durevoli):profumi, deodoranti, cibi (latte, yoghurt, ecc.).
Inorganici:allumina, ammoniaca (e composti), composti del calcio, calce, caolino, cloro, ossido di cobalto, biossido di carbonio, composti ferrosi, idrogeno, composti al magnesio & manganese, ossido di nickel, biossido di titanio, acidi vari.
Produzione di metalli:alluminio (diverse leghe), cromo, rame, ferro, acciaio (banda stagnata, ecc.), stagno, zinco.
Materie prime minerarie:bariti, bauxite, cromite, argilla, feldspati, ferro-manganese,fluorite, minerali di ferro, calcare, mica, rutilo, sabbie, minerali di zinco e molti altri.
Organici:Acetilene, butani, etanolo, etilene, metanolo, nafta,propilene, stirene, toluene e altri.
Prodotti di carta:cartone, contenitori, giornali, sacchi e altri.
Plastiche:polietilene (di vari gradi), polistirene (vari gradi),poliuretano, polipropilene e altri.
Materiali da costruzione:mattoni di vario genere, cemento, calcestruzzo, ecc.
Trattamento dei rifiuti:messa a discarica, riciclaggi vari.
Vendita al dettaglio:vendita prodotti sfusi, distribuzione locale, operazioni di vendita.
Trasporti:aerei (11 diversi tipi), bus, auto, autoarticolati e camion rigidi (pi� di 15 diversi tipi), treni e navi.
I dati relativi all'industria dei prodotti energetici, sono disponibili per tutte le nazioni OECD e anche per alcune non-OECD. In particolare, gli Stati Uniti ed il Canada, per quanto riguarda la fornitura di energia elettrica, sono analizzati per regioni di competenza (Electric Reliability Council Regions): gli USA sono suddivisi in 9 regioni mentre il Canada in 5 regioni. Per entrambe queste nazioni sono comunque disponibili anche i dati medi nazionali. In altre parole, qualunque processo industriale pu� essere riferito al mix energetico caratteristico di una delle 26 nazioni contenute nella banca dati .
Tutti i dati relativi alle operazioni prima citate sono stati ottenuti da operatori industriali sia europei che nordamericani, e possono in ogni caso essere prontamente adattati a qualsiasi realt� produttiva in ogni parte del mondo. La qualit� dei dati � assicurata dalla competenza e dall'esperienza della Boustead Consulting Ltd. Molti dati contenuti nella banca dati sono stati inoltre ufficialmente pubblicati da diverse associazioni di settore per le quali la Boustead Consulting Ltd. ha effettuato specifici studi.
Il Modello di calcolo permette la corretta impostazione di cicli chiusi (�closed loop�) o di cicli aperti (�open loop�) di riciclo.
Come noto, si ha un riciclo di tipo chiuso quando il materiale ritorna, dopo un trattamento, alla medesima sequenza di produzione.
Nel Modello ogni operazione di riciclo viene trattata con riferimento agli input, nel senso che tutti i processi in essa inclusi sono pensati per trattare il materiale in ingresso e non, come di solito, per realizzare il prodotto in uscita. Per questa ragione, le operazioni di riciclo sono trattate in kg input per non essere confuse con quelle normali espresse in kg output.
La tecnica di costruzione delle tabelle di input coinvolte nel riciclo risulta dunque essere sensibilmente diversa da quella impiegata per le normali operazioni di processo.
Il fatto di ragionare per input implica, ad esempio, di considerare l'efficienza di un'operazione di fusione con una quantit� minore di materiale avviato alla stessa piuttosto che con una quantit� maggiore persa durante il processo medesimo.
Ad esempio, se per la fusione di un certo metallo si ha il 5% di perdite, il materiale avviato all'interno del circuito di riciclo comparir� nella tabella di input relativa e sar� quantificato in 0,95 kg input per ogni kg in uscita e non come al solito in 1,05 kg per kg in uscita.
L'anello che ricollega l'operazione di riciclo ala sequenza principale sar� poi caratterizzato dal fatto di contenere l'indicazione (con il segno negativo) di quale e quanto materiale �vergine� deve essere spiazzato con il materiale cos� recuperato.
Per quanto riguarda il riciclo di tipo aperto, la costruzione delle tabelle di input risulta essere analoga a quella illustrata per il riciclo chiuso, con l'eccezione che l'ultimo anello delle operazioni di riciclo viene legato a una sequenza produttiva diversa da quella originaria.
Riassumendo, i punti principali da ricordare per impostare correttamente le operazioni di riciclo sono:
l'operazione del sistema produttivo principale che genera il rifiuto da avviare al riciclo contiene l'indicazione del codice numerico del primo processo del ciclo di riciclo;
all'interno del ciclo di riciclo, tutti i flussi di materiale sono indicati con kg-input;
l'operazione finale di riciclo richiama, con segno negativo, il codice numerico dell'operazione del sistema produttivo principale il cui input � spiazzato dal materiale riciclato.
Tra le numerose opzioni a disposizione ricordiamo:
- le cosiddette �funzioni� (functions), che permettono di convertire l'energia �feedstock� in energia �fuel�. Le due forme di energia sono tenute separate poich� mentre i fuel sono bruciati e rappresentano dunque una perdita irreversibile di risorse, le feedstock rappresentano una quota di risorse impiegata come materiale. Per questa ragione pu� risultare utile poter convertire l'energia feedstock in energia fuel: tipico � l'esempio del recupero energetico da un materiale plastico alla fine della propria vita utile.
- l'opzione , che serve per calcolare il valore di anidride carbonica emesso in seguito alla combustione (stechiometrica) di un combustibile fossile.
- l'opzione , che permette di cambiare immediatamente il mix energetico di riferimento di un processo produttivo.
- l'opzione , che consente di visualizzare (e stampare) contemporaneamente il confronto, punto per punto, da due a quattro operazioni unitarie, evidenziando anche con colori adeguati situazioni migliori o peggiori rispetto alla prima colonna presa come riferimento.
Un'opzione interessante � costituita infine dai questionari predisposti per la raccolta dei dati in quattro lingue, inglese, francese, tedesco e italiano.
L'output del programma di calcolo possiede diversi formati utilizzabili a seconda delle esigenze dell'utente.
Per quanto riguarda i risultati energetici, la �gross energy� (relativa a tutto il ciclo di vita considerato fino a quel punto) pu� essere ulteriormente divisa nei diversi contributi dati da:
a) energia associata alla provenienza del combustibile impiegato
� produzione e trasporto dell'energia utilizzata nel processo (�fuel production & delivery�): � la quota di energia necessaria per la produzione e il trasporto dei vettori energetici utilizzati dal processo produttivo;
� energia direttamente utilizzata (�fuel use�): � la quota di energia ricevuta e consumata dai singoli processi in esame; � detta anche �delivered energy�;
� trasporti coinvolti nel ciclo di vita analizzato (�transport�);
� feedstock: � la quota di energia contenuta nei semilavorati corrispondente all'energia utilizzata come materiale e non come combustibile;
Questo tipo di suddivisione � particolarmente utile poich� sia la "delivered energy" sia la "feedstock energy" sono dipendenti dalla tecnologia usata nei singoli processi mentre la "production & delivery energy" dipende dalla nazione in cui si svolgono i processi: in questo modo l'analista pu� individuare velocemente eventuali incongruenze con standard di riferimento e procedere ad un'analisi pi� dettagliata.
b) combustibili impiegati
- electricity: l'energia elettrica viene tenuta separata dagli altri combustibili per la marcata inefficienza produttiva e per la forte dipendenza dal mix energetico di riferimento.
- oil fuels: combustibili derivati dal petrolio;
- other fuels: carbone, coke, gas naturale e combustibili biologici;
La stessa �gross energy� viene ulteriormente suddivisa nei combustibili primari (�primary fuels�) che hanno permesso il funzionamento del sistema indagato (�coal, oil, gas, nuclear, lignite, wood, biomass, ...�).
Il consumo di materali, sinteticamente indicato con �raw materials�, contiene le quantit� di tutte le materie prime consumate. Il consumo di acqua, indicato con �water usage�, � anch'esso riferito ai diversi contributi (�public supply, river/canal, sea, well, ...).
Quanto ai risultati di carattere ambientale, le emissioni atmosferiche sono sinteticamente indicate con �air emissions�, quelle in acqua con �water emissions� e quelle solide con �solid waste�.
Anche per queste � possibile identificare i diversi contributi alle emissioni complessive, ovvero dovuti:
� alla produzione e al trasporto dell'energia utilizzata nel processo (�fuel production & delivery�);
� ai trasporti coinvolti nel ciclo di vita analizzato (�transport�);
� al singolo processo indagato (�process�);
� all'utilizzo di combustibili durante il processo (�fuel use");
� alle biomasse (�biomass�) per le emissioni in aria;
Sono infine gi� disponibili i dati delle emissioni in atmosfera classificati in mg di CO2-equivalente (�Carbon dioxide equivalents�) per la valutazione dell'effetto serra, calcolati utilizzando le indicazioni ufficiali delle Nazioni Unite.
A tale proposito si invita alla lettura del testo :"LCA ISTRUZIONI PER L'USO" di Vanni Badino e Gian Luca Baldo , edito da PROGETTO LEONARDO Bologna.