Come valutare un eco cemento con l'analisi del ciclo di vita

Con l’entrata in vigore del Regolamento europeo CPR 305/2011 - che ha sostituito la Direttiva europea 89/106/EEC- i prodotti e i materiali da costruzione CE dovranno soddisfare, oltre ai requisiti tecnici, anche quelli ambientali utilizzando in modo sostenibile le risorse naturali. 

In questo contesto, l’analisi del ciclo di vita (LCA) è strategica. Vediamo in che cosa consiste e come potrebbe aiutarci nella scelta di un cemento ecologico.

l'analisi del ciclo di vita in Italia

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Grazie a “prestigiosi” protocolli di certificazione energetica e ambientale, il cemento arricchito con materiali di scarto viene considerato ecologico, quindi il suo impiego viene incentivato assegnando un punteggio elevato agli edifici che lo inglobano. Ma che cosa intendiamo per materiale ecologico? Possiamo fidarci ciecamente dell’assenza di carico tossico nelle miscele di cemento?

Grazie ad un progetto UE (Erasmus for YE) abbiamo constatato l’esistenza delle seguenti sostanze tossiche nel profilo ambientale, tratto dalla EPD (Dichiarazione Ambientale di Prodotto) di un eco cemento attualmente in commercio in Europa.

SOSTANZE PRESENTI NEL PROFILO AMBIENTALE DI UN ECOCEMENTO (EPD Cradle to Gate factory)

QUANTITÁ

UdM

Rifiuti pericolosi

31,7

Kg/ton

Rifiuti non pericolosi

7,8

Kg/ton

Rifiuti radioattivi

0,21

Kg/ton

A questo punto, siamo sicuri che, per effetto dell’evaporazione durante la stagionatura del conglomerato cementizio, quelle sostanze non siano pericolose per l’essere umano? E, possiamo credere che, a causa del dilavamento durante gli acquazzoni, non vengano rilasciate sostanze nocive anche nelle falde acquifere? Le domande poste sono lecite, specie in quei Paesi dove, in pratica, non esiste un’efficace sistema di controllo della filiera dei rifiuti e nemmeno un’adeguata sperimentazione sulla tossicità (per la salute umana) e sull’ecotossicità (per l’ambiente). Spesso i danni biologici non si manifestano nel breve periodo, e, quando insorgono, possono diventare cronici, quindi irreversibili.  In teoria, l’abitudine di diluire il carico tossico di scorie, con matrici neutre, dovrebbe essere considerata illegale in base al principio europeo di precauzione.
All’interrogazione presentata all’allora commissario UE, il 20 agosto del 2012, da un nostro ex eurodeputato, riguardo la presenza di veleni (diossine e metalli pesanti) nei cementi edilizi, Janez Potočnik rispose: «L’articolo 11 del regolamento CE n.1272/2008 stabilisce che è necessario tenere conto di ogni impurità, additivo o singolo costituente identificato. Qualora il cemento, a causa del suo processo di produzione, contenga sostanze pericolose in quantità tale da essere classificato come pericoloso, l’etichetta deve indicare i rischi identificati         
In altre parole, le sostanze nocive nel cemento devono essere dichiarate, quindi la responsabilità di scegliere il prodotto viene scaricata sul consumatore finale. Ma chi è il consumatore finale? Facendo doverosamente il punto della situazione, a distanza di due anni abbondanti dalla risposta di Potočnik, osserviamo che la tendenza è quella di aumentare i limiti di soglia della tossicità, ed ecotossicità, degli agenti chimici e non solo in Italia, ma nella UE! Ricordiamo che in alcuni Paesi l’uso dell’amianto è ancora legale, ma il consumatore finale, colui che utilizza gli immobili, non è informato in modo adeguato per auto tutelarsi da eventuali rischi per la sua salute! Con ciò vorremmo aprire spunti di riflessione e di approfondimento.

IL CEMENTO

Il cemento è un materiale inorganico finemente macinato, derivato da diversi materiali tradizionalmente di origine naturale, ma di composizione statisticamente omogenea. Viene utilizzato come legante idraulico che, opportunamente dosato e miscelato con solidi inerti (sabbie e ghiaie) ed acqua, reagisce dando origine ad una massa progressivamente indurente per realizzare componenti fondamentali nelle strutture edilizie: conglomerati cementizi, premiscelati, malte e blocchi prefabbricati.

LA LCA DEL CEMENTO

Per comprendere una qualsivoglia EPD di un prodotto, o materiale da costruzione, è necessario conoscere la metodologia della LCA, utilissima nell’ecodesign e soprattutto nella valutazione degli impatti ambientali di progetti europei di R&S. Propedeutico, all’analisi del ciclo di vita e ai fini della corretta comparazione di due diversi materiali è capire quale unità di riferimento sia stata usata: l’Unità Funzionale o l’Unità Dichiarata. La prima comprende: funzione, quantità, durata e qualità (ad es. trasmittanza termica, ecc.) del materiale, o prodotto da analizzare;  mentre la seconda si usa, quando la funzione precisa dell’oggetto d’analisi, nell’edificio, non è ancora stata definita, oppure quando la LCA non copre l’intero ciclo di vita (cradle to grave) ma si ferma al cancello dello stabilimento (cradle to gate). Vediamo sinteticamente le cinque fasi della metodologia di analisi:

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OBIETTIVO E DEFINIZIONE DELLO SCOPO

Una volta definiti: l’obiettivo (materiale o prodotto) e lo scopo dell’analisi (ad es. comparare in base alla sostenibilità ambientale) possiamo scegliere il tipo di LCA più adeguato. Secondo il manuale europeo per la standardizzazione della LCA (EeBGUIDE), per l’analisi comparativa, usiamo la procedura screening o quella semplificata e consideriamo il cut-off “dalla culla al cancello” (della fabbrica di produzione) poiché, in un edificio, il cemento può essere impiegato in differenti modi, i quali non siamo a tenuti a conoscere in questa fase. Se invece ne conoscessimo l’uso definitivo allora potremmo realizzare una LCA completa

ANALISI DELL’INVENTARIO (LCI)

La scelta dell’inventario di riferimento, per la valutazione dell’impatto ambientale, è l’essenza della LCA. L’inventario è tanto utile quanto costoso. Inoltre, per essere considerato valido, deve essere aggiornato ogni 10 anni; certamente risolve i problemi dell’indagine diretta (dati primari) quando venga ostacolata dall’ostruzionismo di alcuni produttori, nonostante l’analista proponga clausole di confidenzialità. Nel caso di prodotti innovativi, l’inventario completo è sempre sconosciuto e perciò deve essere estrapolato dall’analista mediante misurazioni e calcoli diretti. Nel caso in cui, non sia possibile reperire dati precisi, allora l’analista può assumere valori prudenziali, purché accompagnati da appropriata documentazione. In questa fase, l’analista descrive, in modo qualitativo e quantitativo, una serie di processi: attività, procedure, lavorazioni che riguardano il materiale.           Semplifica i calcoli l’uso di un software per la LCA, o anche un semplice foglio Excel (vedasi l’EeBGUIDE), con i quali si realizza un modello analogico (flowchart) ,rappresentato tramite blocchi e frecce orientate per indicare i flussi (in entrata e in uscita) di materiale ed energia. Nella LCA possono essere omessi alcuni dati, ma solamente nei casi in cui sia possibile dimostrare che influenzano, il processo produttivo, per un valore non superiore all’1% del totale dell’energia da esso richiesta (indipendentemente dal tipo di fonte). Dal punto di vista del surriscaldamento globale del Pianeta e del consumo di energie fossili, l’impatto delle infrastrutture (trasporto delle materie grezze alla fabbrica) può essere omesso nell’analisi poiché alcuni studi (Eco-invent 2007, Rolf Frischnecht) hanno dimostrato che è inferiore al 5% degli impatti totali della produzione del materiale, specie quando questo richiede molta lavorazione. Nei progetti di R&D finanziati dalla UE è raccomandato l’utilizzo di inventari europei (Ecoinvent, GaBi, ELCD e ESUCO), l’indicazione della zona di appartenenza geografica e dell’anno di raccolta dei dati, nonché il mix energetico utilizzato nel paese di produzione. Oltre all’inventario (dati secondari) è ammessa anche la letteratura scientifica (dati terziari) o la EPD. Una volta raccolti i dati, l’analista realizza un inventario tabellare diviso in cinque categorie: Energia, Materie prime, Emissioni in aria, Emissioni in acqua e Rifiuti solidi generati.

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ANALISI DEGLI IMPATTI AMBIENTALI (LCIA)

In questa fase, l’analista identifica le criticità del processo produttivo, in termini di: consumo di risorse, di emissioni inquinanti e dei loro effetti nocivi L’analisi degli impatti deve essere realizzata per ogni fase del ciclo di vita, separatamente una dall’altra. Dal momento che il termine “efficienza energetica” implica un basso consumo di energia (sia nella costruzione di edifici che nella fornitura di prodotti e materiali) per quantificare gli impatti, quindi per ridurli, è fondamentale scegliere con attenzione gli indicatori ambientali e le categorie di impatto.
I consumi di materie prime e le relative emissioni inquinanti possono essere quantificati fino ad otto categorie d’impatto ambientale (effetto serra, riduzione strato di ozono, formazione di ossidanti fotochimici, acidificazione, eutrofizzazione, diminuzione delle risorse, tossicità ed ecotossicità) e in tre livelli d’influenza geografica (globale, regionale e locale). Nella seguente tabella troviamo le categorie più comunemente riportate nelle EPD.  

CATEGORIE D’IMPATTO AMBIENTALE POTENZIALE

UdM

Effetto serra (GWP)

Kg CO2 eq. (Anidride carbonica)

Riduzione dello strato di ozono stratosferico (ODP)

Kg CFC 11 eq. (Cloro Fluoro Carburi)

Acidificazione di suolo e acqua (AP)

Kg SO2 eq. (Diossido di zolfo)

Eutrofizazione (EP)

Kg (Po4)3- eq. (Fosfato)

Formazione di ossidanti fotochimici nella troposfera (POCP)

Kg C2H4 eq. (Etilene)

Esaurimento delle risorse naturali non fossili (ADP-elements)

Kg Sb eq. (Antimonio)

Esaurimento delle risorse naturali fossili (ADP-fossil fuels)

MJ (potere calorifico inferiore)

Per valutare l’adeguatezza del cut-off dell’analisi (cradle to gate, cradle to grave, o cradle to cradle) è necessario scegliere l’unità di misura di riferimento e il numero adeguato d’indicatori ambientali, rimandiamo al manuale europeo ILCD. Nella LCA dovremmo trovare più di un indicatore ambientale e soprattutto una serie di dati -il più possibile esaustiva- per coprire almeno le seguenti aree d’impatto: risorse naturali, ecosistema e salute umana. Per quanto riguarda gli indicatori sulla tossicità (VOC e radionuclidi) dobbiamo evidenziare che al momento non sono coperti dal nuovo regolamento europeo, perché non si è ancora raggiunto un accordo sul metodo di calcolo di tali categorie d’impatto. Tuttavia, per approfondire questo tema segnaliamo la CPDR (Construction Product Directive Regulation) dove è pubblicato l’elenco europeo delle sostanze pericolose associate ai materiali da costruzione che interessano la qualità dell’aria indoor.

Quali sostanze vengono emesse dall’industria del cemento? Oltre all’anidride carbonica (CO2), troviamo ossidi di azoto (NOx), biossido di zolfo (SO2), monossido di carbonio (CO), VOC e polveri sottili (PM 10 e PM 2,5). Abbiamo osservato che nella LCA del cemento generalmente si tiene conto della sua capacità di fissare la CO2 durante la sua vita utile, grazie alla carbonatazione (stagionatura del cemento in cui la CO2 viene assorbita). Uno dei principali indicatori usati è il GWP100 (rappresenta l’immagazzinamento del gas effetto serra per un periodo standard non inferiore a 100 anni). Grazie alla LCA nella fase progettuale è possibile bilanciare gli impatti ambientali del processo di fabbricazione del cemento e quindi renderlo ecologico: in prima battuta, la lavorazione dei metalli negli altiforni, in gran parte si tratta di ossido di ferro (Fe2 O3) o di ossido di alluminio (Al2 O3) e, in seconda battuta, la produzione termoelettrica di energia (combustione di carbone, o petcoke). I cementi, spesso, inglobano sottoprodotti della lavorazione di metalli (loppa di altoforno) impiegati per determinare  la resistenza desiderata, o le ceneri del carbone (biossido di silicio amorfo e cristallino, Si O2, e ossido di calcio, CaO) ricavate dalla combustione per conseguire consistenti risparmi di denaro nella produzione in sé e di esternalità negative. Per quanto riguarda la fase “fine della vita”, nella EPD non viene presa in considerazione, nonostante la direttiva sui rifiuti (2008/98/CE), poichè il cemento da demolizione viene trattato in modi diversi, a seconda dello Stato membro. In ogni caso, vale il seguente principio: i materiali che sono considerati rifiuti non possono, allo stesso tempo, essere usati come combustibili (recupero energetico), quando l’efficienza dell’impianto d’incenerimento è inferiore al 60%.

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INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

Una volta ottenuti i risultati, l’analista identifica le criticità della LCA, in termini d’impatto ambientale, normalizzando: dividendo i valori degli indicatori, risultati dalla caratterizzazione, per i fattori di normalizzazione relativi a ciascuna categoria d’impatto. I fattori di caratterizzazione convertono l’incidenza di una sostanza su una determinata categoria d’impatto (ad e. il metano sull’effetto serra incide 29 volte rispetto alla CO2). I fattori di normalizzazione sono diversi a seconda del metodo di valutazione usato (Inventory) il quale deve pertanto essere menzionato nel report d’analisi. Il report della LCA si conclude con la redazione delle conclusioni e delle raccomandazioni relazionate allo scopo e al campo di applicazione dello studio (ad es. riprogettazione ecosostenibile del materiale). La European Technical Approval Guide (ETAGs) fornisce valide indicazioni per valutare la vita utile dei prodotti in relazione al loro utilizzo. In passato, la valutazione della pianificazione della vita utile dipendeva da ragioni tecniche ed economiche e trascurava il costo degli impatti ambientali, scaricandoli iniquamente  sulla collettività, spesso ignara.

CONTROVERIFICA DEI RISULTATI (ISO 14025/2006)

Terminato il report LCA, questo deve essere sottoposto ad un controllo critico da una commissione, o ente super partes, qualora il fabbricante intenda pubblicarlo e quando debba essere allegato alla documentazione di un progetto europeo di R&S. Il controllo dei risultati -nel caso dei progetti UE- può essere espletato da un membro del consorzio, purché, allo stesso tempo, non appartenga anche al gruppo della redazione della LCA. La commissione deve essere composta da almeno tre esperti indipendenti con i seguenti requisiti referenziati:

  • esperienza previa in controllo critico di LCA; 
  • esperto in LCA nel campo della valutazione del sistema produttivo (almeno uno);
  • esperto nelle categorie d’impatto del prodotto (almeno uno);
  • esperto nella metodologia della LCA avente familiarità con gli schemi di controllo del manuale EeBGuide (almeno uno);
  • esperto in controllo di processi, o prodotti, oggetto dell’analisi e specificatamente nel tipo di edificio o categoria di prodotto (almeno uno).

COMPARAZIONE DI EPD

Saper identificare il cemento ecologico tra una miriade di cementi è importante poiché il suo impatto nel mondo è notevole: ogni anno viene prodotto in migliaia di tonnellate, specie nei paesi in via di sviluppo (la Cina con 1.100.000 t/a è il primo produttore e ha un trend di crescita del 7%, mentre l’Italia è al primo posto in Europa per produzione procapite con 601 kg). La comparazione tra due diverse miscele avviene sempre a parità di prestazioni, di unità di misura di identiche unità funzionali di riferimento, di cut-off e di indicatori d’impatto ambientale. Nella seguente tabella (EPD by CEMBUREAU, 2008) proponiamo i risultati totali pubblicati nella EPD di due differenti miscele di cemento, uno tradizionale e l’altro ecologico (Ground Granulate Blast-furnace slag Cement) entrambi a base di Portland:

 

CEMENTO

TRADIZIONALE

ECO CEMENTO

Categoria impatto

(cradle to gate):

UdM

Quantità

Quantità

EMISSIONI

Kg CO2 eq./ton

899

41,6

ACIDIFICAZIONE:
SUOLO, ACQUA

Kg SO2 eq./ton

2,4

0,46

RIDUZIONE OZONO

Kg CFC-11 eq./ton

0,000043

0,00000508

OSSID. FOTOCHIM.

Kg CH4 eq./ton

0,25

0,0289

EUTROFIZZAZIONE

Kg PO4 eq./ton

0,25

0,0444

MATERIALE RICICLATO

%

0

50-80 (GGBC)

CONSUMO DELLE MATERIE PRIME NON RINNOVABILI

Kg/ton

1.509

453 (Irlanda)

301 (UK)

755 (nel resto stabilimenti UE)

CONSUMO ENERGIA PRIMARIA FOSSILE

MJ/ton

4.798

1.000

CONSUMO DI ACQUA

Kg/ton

1.693

14

Ricordiamo che i risultati conseguibili mediante la LCA dipendono, sia dalla competenza dell’analista e sia dai suoi principi etici, quindi la metodologia è relativa.  Pertanto, nel report finale, l’analista deve riportare i dati il più possibile in modo trasparente, cioè giustificando le sue scelte in modo scientifico.  

Giovanna Barbaro

Giovanna Barbaro Architetto e Tecnologo

Deve il suo carattere cosmopolita a Venezia, dove si laureò in architettura (IUAV). Dal 2008 europrogettista nei settori green economy e clean tech. Nel 2017 ha realizzato uno dei suoi più importanti sogni: fondare Mobility-acess-pass (MAP), un'associazione no profit per la certificazione dei luoghi pubblici per le persone con disabilità motorie. Tra i suoi hobby preferiti: la fotografia e la scrittura

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