Analisi LCA di una torre evaporativa con approfondimento sul fine vita dei materiali in vetroresina

This dissertation assessed, through the Life Cycle Assessment methodology (LCA), the potential environmental impacts related to a mechanical draft open circuit cooling tower provided by an Italian company. Firstly, the traditional life cycle of the tower (components production, assembly, usage stage, and end of life) has been analysed with the aim to evaluate the potential environmental impacts of the product, to identify the main hotspots (i.e., identifying the stages that give rise to the main environmental burdens along the supply chain) and to guide the product towards environmental sustainability. Particular attention was paid to the operational stage (15 years) considering different operating conditions (with or without a fan operation control system), and different client’s geographical location in Europe. A second evaluation was performed to quantify the potential benefits associated to an innovative life cycle of the tower including a reconditioning process for a second reuse (substitution of only the deteriorated components after the first use), compared to the traditional life cycle. The two systems were compared considering a service life of 30 years (two usage cycles). Both the assessments were carried out mainly with primary data, and the evaluation included the calculation of the impacts after the characterization stage for 16 midpoint categories and of a single score, after applying the normalization and weighting stages (Environmental Footprint 3.1 method). In the traditional life cycle, the environmental impacts of the tower are mainly associated to the use stage due to the high energy consumption. Therefore, it’s strongly recommended to use the tower only connected to a fan operation control system and to supply the tower with a renewable electricity mix, especially in areas with unfavourable thermo-hygrometric conditions. Regarding the reconditioning, this process always provides benefits compared to a traditional use of the machinery, mainly due to the avoided replacement of the steel structure (representing about 38% by weight). Over a service life of 30 years, however, these benefits are greater than 10% compared to the traditional system only for scenarios in which the use conditions of the tower are optimal. The end of life of the tower has also been analysed, focusing on the fiberglass waste components, to identify potential alternatives to the current landfill disposal. The main problems identified are the difficulty in quantifying the volumes, the absence of a dedicated EU regulation on its management and the absence of a unique EER code for its identification. The available recycling solutions still present many challenges and therefore several European initiatives are trying to develop hybrid technologies that combine the advantages of the single recycling processes (mechanical, thermal, and chemical type) and to support the development of a market for the secondary raw materials obtained by such recycling processes.

Il lavoro di tesi fornisce una valutazione degli impatti ambientali associati al ciclo di vita di una torre evaporativa a tiraggio meccanico e circuito aperto commercializzata da un’azienda italiana. Lo studio, effettuato secondo la metodologia Life Cycle Assessment (LCA), ha analizzato in prima istanza il ciclo di vita tradizionale della torre (produzione componenti, assemblaggio, uso per 15 anni e fine vita) con l’obiettivo di effettuare una prima valutazione dei carichi ambientali del prodotto, individuarne le maggiori criticità e indirizzarne quindi le strategie di sostenibilità ambientale. Particolare attenzione è stata posta in merito alle modalità d’uso della torre (con o senza sistema di controllo del funzionamento del moto ventilante) e sulla localizzazione geografica del cliente. Successivamente è stata svolta una valutazione dei potenziali benefici associati a un ciclo di vita innovativo della torre, con inclusione di un processo di rigenerazione che prevede la sostituzione dei componenti deteriorati dopo il primo uso, rispetto al sistema tradizionale. I due sistemi sono stati confrontati per una vita di 30 anni (due cicli d’uso). Entrambe le valutazioni, svolte con dati primari, hanno riguardato sia il calcolo degli impatti caratterizzati per 16 categorie, che il calcolo di un punteggio ambientale aggregato dopo normalizzazione e pesatura (metodo di caratterizzazione Environmental Footprint 3.1). Nel sistema tradizionale, gli impatti ambientali della torre sono principalmente associati alla fase d’uso e fortemente influenzati dalle modalità d’utilizzo. Se ne raccomanda quindi un uso con regolazione del sistema moto-ventilante e con alimentazione elettrica basata su mix rinnovabile, soprattutto nelle aree con condizioni termo-igrometriche non ottimali. La rigenerazione della torre comporta sempre benefici rispetto a un uso del macchinario tradizionale, grazie soprattutto all’evitata sostituzione della struttura in acciaio (38% in peso circa). In una vita di servizio di 30 anni, tuttavia, tali benefici sono superiori al 10% solo per gli scenari in cui l’utilizzo della torre è ottimizzato. La tesi ha analizzato anche il fine vita della torre, concentrandosi sul rifiuto in vetroresina, per individuarne potenziali alternative all’attuale smaltimento in discarica. Le principali problematiche riscontrate sono la difficoltà nel quantificarne i volumi, l’assenza di normative comunitarie specifiche per la gestione e l’assenza di un codice EER univoco. Le soluzioni di riciclo disponibili presentano ancora molte limitazioni e pertanto diverse iniziative europee sono nate per sviluppare tecnologie ibride che combinino i vantaggi dei singoli processi (meccanico, termico e chimico) e per agevolare lo sviluppo di un mercato per le materie prime seconde ottenute.