Life cycle assessment of waste prevention activities: methodological approach and case studies focused on packaging

This thesis deals with the evaluation of the environmental impacts of municipal waste prevention activities by means of life cycle thinking (LCT) and the associated quantitative tool, life cycle assessment (LCA). The script comprises an introductory section providing the background elements to understand the drivers and the basis of the research (Section 1), and the syntheses of four specific research activities. First of all, the environmental and energy convenience of two packaging waste prevention activities based on product substitution is separately assessed. The first activity substitutes one-way or refillable bottled water by public network water withdrawn from the tap or public fountains (case study 1, Section 2). In the second activity, some categories of liquid detergents packaged in single-use plastic containers are substituted by those distributed loose through self-dispensing systems and refillable containers (case study 2, Section 3). In both the assessments, different baseline scenarios using the substituted product are compared with two waste prevention scenarios using the alternative product. Each baseline scenario accounts for the use of a particular type and/or size of packaging for the substituted product, while the waste prevention scenarios depict different ways of providing the citizens with the alternative less waste-generating product. The results of these case studies reveal that the ultimate environmental convenience of waste prevention activities based on product substitution often depends on the way the activity is actually implemented by the involved actors (citizens, institutions, producers etc.) and possible further variables associated with both the substituted and the alternative products. The methodological choices preventing traditional waste management LCA from addressing waste prevention activities are then discussed, and the amendments or methods already proposed in the scientific literature to overcome this limitation are reviewed (Section 4). Based on these elements, and on further elaborations and research, two alternative methodological approaches (conceptual models) to incorporate waste prevention activities into LCA of integrated municipal waste management systems are identified, presented and discussed. By defining a proper functional unit and setting adequate system boundaries, it is thus possible to evaluate the environmental and energy performance of municipal waste management systems including different types of waste prevention activities (reduction in product or service consumption, product/service substitution, reuse and lifespan extension). Finally, the effects of the two examined prevention activities on the overall environmental impacts of the municipal waste management system of Lombardia (Italy) are evaluated, by applying the proposed amendments (Section 5). A 2020 reference scenario is compared with different waste prevention scenarios, where the two activities are both separately and contemporarily implemented, by assuming a complete substitution of the traditional product(s). The results show that, when the implemented activity is actually beneficial, the overall environmental performance of the waste management system is improved, due mainly to the additional upstream benefits of waste prevention. The magnitude of these improvements obviously depends on the activity implemented (which does not always allows for appreciable benefits) and can vary significantly from one impact category to another.

Il tema principale di questa tesi è la valutazione degli impatti ambientali delle azioni di prevenzione dei rifiuti urbani tramite l’approccio del life cycle thinking (LCT) e il suo strumento quantitativo, l’analisi del ciclo di vita (life cycle assessment; LCA). L’elaborato è composto da una parte introduttiva dove si riportano gli elementi utili a comprendere le motivazioni e le basi della ricerca (Capitolo 1), e dalla sintesi di quattro specifiche attività di ricerca. Le prime due attività valutano separatamente la convenienza ambientale ed energetica di due azioni per la prevenzione dei rifiuti da imballaggio, che si basano sulla sostituzione con prodotti alternativi a minor produzione di rifiuti. La prima azione prevede la sostituzione dell’acqua confezionata in bottiglie monouso o riutilizzabili con quella di rete prelevata dal rubinetto o da fontanelli pubblici (caso di studio 1, Capitolo 2). La seconda azione considera invece la sostituzione di alcune tipologie di detersivi liquidi confezionati in flaconi monouso, con detersivi della stessa tipologia, ma distribuiti in modalità sfusa attraverso erogatori automatici e flaconi riutilizzabili (caso di studio 2, Capitolo 3). In entrambi i casi, si confrontano diversi scenari base in cui si utilizza il prodotto sostituito, con due scenari di prevenzione dei rifiuti, in cui si utilizza il prodotto alternativo. I risultati evidenziano che la convenienza ambientale delle azioni di prevenzione basate sulla sostituzione di prodotto dipende spesso dalle modalità di attuazione delle stesse da parte degli attori coinvolti (cittadini, istituzioni, produttori ecc.) e da eventuali altre variabili, relative sia al prodotto sostituito che a quello alternativo. La tesi si focalizza in seguito sugli adeguamenti metodologici necessari all’integrazione delle azioni di prevenzione dei rifiuti all’interno delle tradizionali tecniche di analisi del ciclo di vita dei sistemi di gestione integrata dei rifiuti urbani (Capitolo 4). A partire da una rassegna degli adeguamenti proposti di recente nella letteratura scientifica e sulla base di ulteriori elaborazioni e ricerche, si identificano, presentano e discutono due approcci metodologici (modelli concettuali) di LCA, utilizzabili per condurre questa tipologia di valutazioni. Tali approcci dimostrano che, definendo l’unità funzionale e i confini del sistema in modo adeguato, è possibile valutare le prestazioni ambientali ed energetiche di sistemi di gestione integrata dei rifiuti urbani che comprendono diverse tipologie di azioni di prevenzione (riduzione del consumo di prodotti o servizi, sostituzione di prodotti o servizi con degli equivalenti a minor produzione di rifiuti, riutilizzo dei prodotti ed estensione della loro vita utile). Infine, applicando gli adeguamenti metodologici proposti si valutano gli effetti delle due azioni di prevenzione già esaminate singolarmente sugli impatti ambientali complessivi dell’intero sistema di gestione dei rifiuti della Lombardia (Capitolo 5). A questo scopo, uno scenario di riferimento al 2020 viene confrontato con diversi scenari preventivi, in cui le due attività di prevenzione sono implementate, sia separatamente che contemporaneamente, ipotizzando una sostituzione completa del/dei prodotto/i tradizionale/i. I risultati evidenziano che, quando l’attività di prevenzione è effettivamente vantaggiosa, si consegue sempre un miglioramento delle prestazioni ambientali complessive del sistema. L’entità di tali miglioramenti dipende dall’azione implementata (che non sempre comporta dei benefici apprezzabili) e può variare in modo significativo da una categoria di impatto all’altra.