Circularity in the construction and demolition waste management chain

C&D waste represents 45.5% of the total production of special waste in Italy. Although the high recovery rate (78,1%), various regulatory, economic, technical, and cultural barriers prevent the widespread use of recycled aggregates (RAs) produced by C&D waste recycling activities. Among the limitations, market acceptance of products made using secondary resources as input material will only be ensured when their production costs are lower than those of virgin materials. Nevertheless, even more critically, the presence of impurities in the RAs and the difficulty in guaranteeing their consistent production preclude their use in structural concrete. To produce high-quality RAs, the waste entering the recycling plant must be as homogeneous as possible. Through selective demolition, a practice not very common in Italy, the materials can be carefully sorted, which is why it should be encouraged. The result of the three-year PhD provides a comprehensive study of the construction and demolition waste management (C&D) chain with the goal of fostering the circular economy (CE) in the construction sector through the implementation of tools useful to public administrations to encourage circular practices. The goal is achieved by implementing the Full-Environmental Life Cycle Costing (feLCC) methodology, which combines the Life Cycle Assessment (LCA) methodology with that of environmental Life Cycle costing (eLCC) through the monetisation of environmental impacts. Based on the study results, it is possible to suggest incentive mechanisms in favour of small and medium enterprises (SMEs) for the execution of private demolition works. The project was developed in four successive macro phases, the application of the eLCC, the application of the LCA, the monetization of the environmental impacts and finally the definition of the proposals for the incentive mechanisms. The first research phase aimed to apply an eLCC to Lombardy’s C&D waste management chain (Northern Italy). The investigated system includes all management phases of inert waste originating from demolition activities, from its generation at the end of building life, during an ordinary or selective demolition, to the treatment phase in a recycling plant, till the market re-placing as RAs. The inventory is implemented for each process in the management chain, with two surveys issued to demolition companies and C&D recycling facilities, respectively. It is feasible to obtain complete data for seven case studies on the demolition phase (with a response rate of 10.61%) and two mineral waste recycling facilities (with a response rate of 7.41%). The LCA study of the selective demolition phase is performed under the same boundaries as the eLCC system. The model is developed using SimaPro 9.3 with the Environmental Footprint 3.0 characterisation method, which evaluates 16 impact categories. The union between the eLCC and the LCA occurs through the monetisation process of the environmental impacts. Four different monetisation methods are selected, i.e., De Nocker e DeBacker, Smith et al., Stepwise, and Environmental footprint. Starting from the results obtained, the incentive mechanisms for the benefit of selective demolition and the use of recycled aggregates are defined. In particular, the identified cost items on which it is possible to apply a discount on the cost incurred by demolition companies and recycling plants are the demolition project, the on-site reuse cost, the recycling fee, and the sale of RAs. The incentives are supposed to be payable by Public Administrations through tax relief and/or non-repayable grants. The recipients of these incentives are the SMEs for the execution of private works. The final step is to conduct a feasibility analysis on applying the incentives described above to real case studies. Multiple conversations with Lombardy Area workers have determined which available funds might be spent for this purpose, and how much volume demolished every year can be entitled to incentives. In conclusion, although many challenges are experienced in gathering data appropriate for the eLCC, owing to organisations’ lack of confidence in revealing sensitive data such as expenditures spent, the feLCC has proved to be a useful tool for identifying the criticalities of a value chain such as that of C&D waste.

I rifiuti da costruzione e demolizione (C&D) rappresentano il 45,5% della produzione totale di rifiuti speciali in Italia. Nonostante l'elevato tasso di recupero (78,1%), sono ancora molte le barriere normative, economiche, tecniche e culturali che impediscono l'uso diffuso degli aggregati riciclati (AR) prodotti dalle attività di riciclo di tali rifiuti. Tra le limitazioni, la presenza di impurità negli AR e la difficoltà di garantirne una produzione costante ne precludono l'utilizzo nel calcestruzzo strutturale. Per produrre AR di alta qualità, è necessario, infatti, che i rifiuti in ingresso all'impianto di riciclo siano il più omogenei possibile. Attraverso la demolizione selettiva, pratica attualmente poco diffusa in Italia, i rifiuti prodotti possono essere accuratamente separati, motivo per il quale è necessario che vada incoraggiata. Il risultato del progetto di dottorato si pone l’obiettivo di fornire uno studio completo della filiera della gestione dei rifiuti C&D con l'obiettivo di favorire l'economia circolare nel settore delle costruzioni attraverso l'implementazione di strumenti utili alle Pubbliche Amministrazioni per incoraggiare le pratiche circolari. L'obiettivo è stato raggiunto implementando la metodologia Full-Environmental Life Cycle Costing (feLCC), che combina la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) con quella dell’environmental Life Cycle Costing (eLCC) attraverso la monetizzazione degli impatti ambientali. Sulla base dei risultati ottenuti, è stato possibile suggerire meccanismi di incentivazione a favore delle piccole e medie imprese (PMI) per l'esecuzione di lavori privati di demolizione. Il progetto è stato sviluppato in quattro macro-fasi successive, lo sviluppo dell'eLCC, dell'LCA, la monetizzazione degli impatti ambientali ed infine la definizione delle proposte di incentivazione. Durante la prima fase della ricerca, che mira ad applicare l’eLCC alla catena di gestione dei rifiuti C&D della Lombardia (Nord Italia) sono stati definiti i confini del sistema sotto analisi che comprendono tutte le fasi di gestione dei rifiuti inerti derivanti dalle attività di demolizione, dalla loro generazione, attraverso una demolizione ordinaria o selettiva, alla fase di trattamento, fino alla re-immissione sul mercato come AR. L'inventario è stato implementato per ciascun processo della catena di gestione, con due questionari inviati rispettivamente alle imprese di demolizione e agli impianti di riciclo dei rifiuti C&D. È stato possibile ottenere i dati completi relativi a sette casi studio di demolizione (con un tasso di risposta del 10,61%) e due relativi agli impianti di riciclaggio dei rifiuti inerti (con un tasso di risposta del 7,41%). Lo studio LCA della fase di demolizione selettiva è stato eseguito sotto gli stessi confini del sistema dell’eLCC e il modello è stato sviluppato utilizzando SimaPro 9.3 con il metodo di caratterizzazione EF 3.0, che valuta 16 categorie di impatto. L'unione tra eLCC e LCA è avvenuta attraverso il processo di monetizzazione degli impatti ambientali. A partire dai risultati ottenuti, sono stati definiti i meccanismi di incentivazione a favore della demolizione selettiva e dell'utilizzo di inerti riciclati. In particolare, le voci individuate sulle quali è possibile applicare uno sconto sul costo sostenuto dalle imprese di demolizione e dagli impianti di riciclo sono il costo del progetto di demolizione, il costo del riuso in sito, la tassa di riciclo e la vendita degli AR. Gli incentivi vengono supposti erogabili dalle Pubbliche Amministrazioni attraverso sgravi fiscali e/o contributi a fondo perduto e i destinatari di tali incentivi sono le PMI per l'esecuzione di opere private. Infine, è stata condotta un'analisi di fattibilità sull'applicazione di tali incentivi a casi di studio reali. In conclusione, sebbene si siano incontrate molte sfide durante le varie fasi di raccolta di dati, la feLCC si è rivelata uno strumento utile per identificare le criticità di una catena del valore come quella dei rifiuti C&D e fornire degli strumenti utili per poterle superare un ottica di economia circolare.