ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA GESTIONALE DICAM TESI DI LAUREA in Valorizzazione delle risorse primarie e secondarie LS ANALISI DI SOSTENIBILITÀ DEL SISTEMA DI GESTIONE DEI RIFIUTI SOLIDI IN BAALBEK (LIBANO): VALUTAZIONI ECONOMICO-FINANZIARIE, QUANTIFICAZIONE DEGLI IMPATTI AMBIENTALI MEDIANTE LCA E CONSIDERAZIONI DI NATURA SOCIALE ED ISTITUZIONALE CANDIDATO: RELATORE: Carmen Bovi Chiar.ma Prof.ssa Alessandra Bonoli CORRELATORI: Ing. Paolo Neri Ing. Rosangela Spinelli Anno Accademico 2013/2014 Sessione I Alla mia famiglia Alle mie nonne Analisi di sostenibilità del sistema di gestione dei rifiuti in Baalbek (Libano): valutazioni economico-finanziarie, quantificazione degli impatti ambientali mediante LCA e considerazioni di natura sociale ed istituzionale Indice INTRODUZIONE 1 1 IL WASTE COMPOUND DI BAALBEK (LIBANO) 3 1.1 PRATICHE DI RACCOLTA E SMALTIMENTO PRECEDENTI AL WASTE COMPOUND 4 1.2 CLASSIFICAZIONE DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI 8 1.2.1 RIFIUTI DA AMBIENTE DOMESTICO 9 1.2.2 RIFIUTI DA ATTIVITÀ COMMERCIALI 9 1.2.3 RIFIUTI DA SERVIZI ISTITUZIONALI 9 1.2.4 RIFIUTI DERIVANTI DA SERVIZI COMUNALI 9 1.2.5 RIFIUTI DA ATTIVITÀ AGRICOLE O AGROINDUSTRIALI 10 1.3 TASSO DI GENERAZIONE DEI RIFIUTI 10 1.4 COMPONENTI DEL WASTE COMPOUND 14 1.4.1 IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO MECCANICO BIOLOGICO 14 1.4.1.1 Area di arrivo e Tipping Floor 14 1.4.1.2 Processo di Classificazione 15 1.4.1.3 Processo di Compostaggio 22 1.4.1.4 Materiali riciclabili e di scarto 28 1.4.1.5 Strumentazione per il controllo degli odori 28 1.4.1.6 Problemi di Salute e Sicurezza 32 1.4.2 DISCARICA SANITARIA 32 1.4.2.1 Preparazione del sito e costruzione della Discarica 34 1.4.2.2 Copertura giornaliera 35 1.4.3 IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS 35 1.4.3.1 Tecnologia selezionata 36 1.4.3.2 Il processo 37 1.4.3.3 Espansione modulare 37 1.4.3.4 Sistema di riscaldamento a pareti e pavimento e le porte 37 1.4.3.5 Interazioni con MBTF 38 1.4.3.6 Efficienza di funzionamento 39 1.4.3.7 Controllo computerizzato 39 1.4.3.8 Sicurezza 39 1.4.3.9 Prodotti in uscita 39 1.5 POSSIBILI SVILUPPI FUTURI: LINEA DI COMPOSTAGGIO DELL’ORGANICO PULITO DI PROVENIENZA AGROALIMENTARE 40 1.5.1 I RIFIUTI PROVENIENTI DAL SETTORE AGROALIMENTARE 41 1.5.2 IL PROCESSO E LE MODIFICHE DI LAYOUT DELL’IMPIANTO 42 1.6 IPOTESI DI GESTIONE 45 1.6.1 IPOTESI 1: UNICA GESTIONE 45 Carmen Bovi Pagina I Analisi di sostenibilità del sistema di gestione dei rifiuti in Baalbek (Libano): valutazioni economico-finanziarie, quantificazione degli impatti ambientali mediante LCA e considerazioni di natura sociale ed istituzionale 1.6.2 IPOTESI 2: GESTIONE DIFFERENZIATA 48 1.6.3 IPOTESI 3: GESTIONE SEMI-DIFFERENZIATA 51 2 VALUTAZIONI ECONOMICHE E FINANZIARIE SUGLI IMPIANTI DEL WASTE COMPOUND 53 2.1 I COSTI EVITATI 54 2.2 I PASSI NECESSARI PER ARRIVARE A DEFINIRE I COSTI D’IMPIANTO 55 2.3 COSTI PRELIMINARI E DI VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI AMBIENTALI 57 2.4 COSTI D’INVESTIMENTO DELL’IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO MECCANICO BIOLOGICO DEI RSU E DELL’IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS 57 2.5 COSTI OPERATIVI E DI MANUTENZIONE DELL’IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO MECCANICO BIOLOGICO E DELL’IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS 61 COSTO DEL LAVORO 61 ALTRE SPESE OPERATIVE E DI MANUTENZIONE 63 COSTO DEI CONSUMI ELETTRICI 63 AMMORTAMENTI IMPIANTI E ATTREZZATURE 67 2.6 FONTI DI FINANZIAMENTO E RECUPERO DEI COSTI 72 COSTO DEL SERVIZIO DI TRATTAMENTO E SMALTIMENTO DEI RSU DEL COMUNE DI BAALBEK 72 RICAVI DERIVANTI DALLA VENDITA DEI MATERIALI RICICLABILI SELEZIONATI 73 RICAVI POTENZIALI DERIVANTI DALLA VENDITA DEL COMPOST 74 RICAVI DERIVANTI DALLA PRODUZIONE E VENDITA DI ENERGIA ELETTRICA 75 2.7 COSTI D’INVESTIMENTO E OPERATIVI DELLA DISCARICA SANITARIA 76 2.8 POSSIBILI SVILUPPI FUTURI: INDIVIDUAZIONE DEGLI INVESTIMENTI NECESSARI ALLA REALIZZAZIONE NEL WASTE COMPOUND DELLA LINEA DI COMPOSTAGGIO DELL’ORGANICO PULITO 82 2.9 VALUTAZIONI ECONOMICHE E FINANZIARE SULLA REDDITIVITÀ DELLE IPOTESI DI GESTIONE PROPOSTE 83 3 VALUTAZIONI SUGLI IMPATTI AMBIENTALI 101 3.1 LIFE CYCLE ASSESSMENT 101 3.2 LA METODOLOGIA DELL’ANALISI 102 3.3 NORMATIVA DI RIFERIMENTO: LA SERIE ISO 14040 103 3.4 LE FASI DELL’LCA 104 3.4.1 DEFINIZIONE DELL'OBIETTIVO E DEL CAMPO DI APPLICAZIONE 104 3.4.2 ANALISI DELL'INVENTARIO (LIFE CYCLE INVENTORY-LCI) 106 3.4.3 LA VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI (LIFE CYCLE IMPACT ASSESSMENT-LCIA) 108 3.4.4 L'ANALISI DEI RISULTATI (LIFE CYCLE INTERPRETATION-LCI) 114 3.5 IL SOFTWARE SIMAPRO 8.0.2 114 3.5.1 DATABASE 117 3.5.2 METODI DI VALUTAZIONE 117 3.6 LINEE GUIDA PER L’APPLICAZIONE DELL’LCA AI SISTEMI DI GESTIONE DEI RIFIUTI 119 3.7 APPLICAZIONE DELLA METODOLOGIA LCA AL WASTE COMPOUND DI BAALBEK 124 3.7.1 OBIETTIVO DELLO STUDIO E CAMPO DI APPLICAZIONE 124 Carmen Bovi Pagina II Analisi di sostenibilità del sistema di gestione dei rifiuti in Baalbek (Libano): valutazioni economico-finanziarie, quantificazione degli impatti ambientali mediante LCA e considerazioni di natura sociale ed istituzionale 3.7.1.1 Obiettivo 124 3.7.1.2 Campo di applicazione 124 3.7.1.2.1 Funzioni del sistema 124 3.7.1.2.2 Sistema analizzato 124 3.7.1.2.3 Unità Funzionale 124 3.7.1.2.4 Confini del sistema 125 3.7.1.2.5 La qualità dei dati 125 3.7.1.2.6 Modifiche al metodo IMPACT 2002+ 125 3.7.2 INVENTARIO 127 3.7.2.1 Il processo principale 128 3.7.2.2 La raccolta indifferenziata nel Distretto di Baalbek 130 3.7.2.2.1 Il processo Raccolta dei rifiuti nel distretto di Baalbek 130 3.7.2.3 Il trattamento meccanico che separa la parte secca dalla parte umida senza frantumazione 131 3.7.2.3.1 Il processo Frazione secca impianto di Baalbek (TMB) 131 3.7.2.3.2 Il processo Metalli ferrosi di Baalbek (TMB) 133 3.7.2.4 La separazione manuale della parte secca per il riciclo 133 3.7.2.4.1 Il processo Riciclo delle frazioni della parte secca 133 3.7.2.5 Il processo di produzione del sottovaglio da biostabilizzare 134 3.7.2.5.1 Il processo F.O.S. prodotto dall'impianto di Baalbek (TMB) 135 3.7.2.6 La produzione del biogas 135 3.7.2.6.1 Biowaste, to anaerobic digestion (multi-output) 136 3.7.2.6.2 Biogas, from biowaste, at storage (multi-output) 136 3.7.2.6.3 Digested matter (multi-output) 137 3.7.2.7 Il processo relativo alla produzione dell’energia elettrica ottenuta dalla combustione del biogas mediante l’impianto di cogenerazione 137 3.7.2.7.1 Energia elettrica da cogenerazione di Baalbek 137 3.7.2.8 Il processo relativo alla produzione dell’energia termica ottenuta dalla combustione del biogas mediante l’impianto di cogenerazione 138 3.7.2.8.1 Energia termica da cogenerazione di Baalbek 138 3.7.2.9 Il processo relativo alla produzione dell’energia persa ottenuta dalla combustione del biogas mediante l’impianto di cogenerazione 138 3.7.2.9.1 Energia persa da cogenerazione di Baalbek 138 3.7.2.10 Il processo di smaltimento in discarica 138 3.7.2.10.1 Disposal, municipal solid waste, 22.9% water, to sanitary landfill/CH U 138 3.7.2.11 Il processo che riproduce il mix energetico libanese 139 3.7.2.11.1 Energia elettrica del Libano (production mix) 139 3.7.2.11.2 Energia elettrica high voltage del Libano 139 3.7.2.11.3 Energia elettrica medium voltage in Libano 140 3.7.2.11.4 Energia elettrica low voltage in Libano 140 3.7.2.12 Il processo che introduce il costo dell’energia elettrica di rete 140 3.7.2.13 Il processo che introduce i ricavi derivanti dal servizio di raccolta dei RSU presso il Distretto di Baalbek 141 Carmen Bovi Pagina III Analisi di sostenibilità del sistema di gestione dei rifiuti in Baalbek (Libano): valutazioni economico-finanziarie, quantificazione degli impatti ambientali mediante LCA e considerazioni di natura sociale ed istituzionale 3.7.2.14 Il processo che introduce il costo d’investimento dell’impianto di Trattamento Meccanico Biologico 141 3.7.2.15 Il processo che introduce il costo di gestione dell’impianto di Trattamento Meccanico Biologico 141 3.7.2.16 Il processo che introduce il costo d’investimento dell’impianto di Produzione del Biogas141 3.7.2.17 Il processo che introduce il costo di gestione dell’impianto di Produzione del Biogas 141 3.7.2.18 Il processo che introduce il costo d’investimento della Discarica Sanitaria 142 3.7.2.19 Il processo che introduce il costo di gestione della Discarica Sanitaria 142 3.7.3 VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI E ANALISI DEI RISULTATI 142 3.7.3.1 Conclusioni sui risultati dell’analisi LCA 158 3.7.4 ANALISI DI SENSIBILITÀ 159 3.7.4.1 Analisi dei risultati tenendo conto dei vantaggi sociali 159 3.7.4.1.1 Modifiche al metodo IMPACT 2002+ 159 3.7.4.1.1.1 I vantaggi sociali 159 3.7.4.1.2 Analisi dei risultati coi vantaggi sociali 161 3.7.4.1.3 Modifiche al metodo IMPACT 2002+ inserendo il concetto di “percezione” 165 3.7.4.1.3.1 I vantaggi sociali 165 3.7.4.1.4 Analisi dei risultati coi vantaggi sociali e il concetto di “percezione” 167 3.7.4.2 Utilizzo dell’energia termica prodotta 169 3.7.4.3 Il prodotto del riciclo come prodotto evitato 170 3.7.4.4 Energia elettrica da fotovoltaico come prodotto evitato 172 3.7.4.5 Il processo di gestione dei rifiuti come processo multi-output 175 3.7.4.6 Riduzione dell’energia elettrica unitaria del TMB 177 3.7.5 ANALISI DEI COSTI ESTERNI E DEI COSTI INTERNI 178 3.7.5.1 Il calcolo dei costi esterni 178 3.7.5.1.1 Il calcolo dei costi esterni con EPS 2000 179 3.7.5.1.2 Il calcolo dei costi esterni con Eco-indicator‘99 182 3.7.5.1.3 Il calcolo dei costi esterni con IMPACT 2002+ 183 3.7.5.2 I costi interni 184 3.7.5.2.1 I costi interni ed esterni del processo Waste Compound Baalbek (TMB) 188 3.7.5.2.2 Conclusioni sui costi