Questi studi possono essere divisi principalmente in due gruppi: il 50% degli studi si riferiscono al grano inteso come cereale (7 studi) ed il restante 50% di studi al grano inteso come materia prima per la pasta (5 studi) e il pane (2 studi)
In particolare, gli studi che si basano sul grano duro sono LCA 1, LCA 4, LCA5, LCA 6, LCA 11; quelli sul grano tenero sonoLCA 14, LCA 8, ed i restanti sono sul grano in generale LCA 2, LCA 3,, LCA 7, LCA 9, LCA 10, , LCA 12, LCA 13,
Tutti gli studi analizzati sono dei casi studi e pertanto sono riferiti a determinati contesti geografici: nella maggior parte dei casi si tratta di casi studio applicati a realtà quali l’Europa; gli altri si riferiscono all’Asia e all’America.
Figura 1: Estensione geografica degli studi analizzati
L’obiettivo comune a tutti gli studi è valutare il ciclo di vita del grano inteso come cereale o come prodotto, nello specifico pasta e pane, estendendo l’analisi a tutte le fasi del ciclo di vita (from cradle to gate) o soffermandosi su alcune fasi specifiche, al fine di quantificare l’impatto ambientale associato alla filiera.
Nello specifico:
- LCA 1 si sofferma sulla fase dell’imballaggio e del trasporto e si avvale dell’approccio LCA per valutare due differenti sistemi di distribuzione, al fine di ridurre i rifiuti da imballaggio e contribuire alla strategia europea della prevenzione dei rifiuti;
- LCA 2 analizza un sistema in cui si coltiva non solo grano, ma anche orzo, con coltivazione irrigua nel nordest dell’Iran;
- LCA 3 focalizza l’analisi sulla fase agricola di coltivazione del grano e del mais, con un approccio “from cradle to gate”;
- LCA 4, come l’LCA 1, si sofferma sulla fase di distribuzione al consumatore e sulla fase di cottura della pasta al fine di confrontare due diverse tecnologie di cottura, una a caldo e una a freddo, per identificare quella meno impattante dal punto di vista ambientale;
- LCA 5 non è un’analisi LCA completa, in quanto rappresenta i risultati ottenuti dall’applicazione della Life Cycle Inventory Analysis alla pasta prodotta da una piccola azienda siciliana;
- LCA 6 utilizza l’approccio LCA per valutare l’impatto che ha la produzione della pasta sulla biodiversità terrestre;
- LCA 7 compara 5 sistemi di coltivazione, tramite l’approccio LCA, per valutare l’impatto ambientale e il consumo energetico derivanti dalla coltivazione del grano;
- LCA 8 utilizza l’approccio LCA per valutare l’impatto ambientale della produzione del pane utilizzando input esclusivamente norvegesi ed includendo nei confini de sistema anche processi secondari come, ad esempio, la costruzione dei macchinari;
- LCA 9 utilizza l’approccio LCA combinato con la metodologia “data envelopment analysis” al fine di misurare e migliorare l’eco-efficienza della produzione del grano;
- LCA 10 compara il grano organico con quello convenzionale, utilizzando l’approccio LCA, con l’obiettivo di determinare l’utilizzo di energia primaria e l’emissione di gas serra;
- LCA 11 utilizza la metodologia LCA per valutare l’impatto ambientale della produzione e della distribuzione della pasta nel mercato Italiano, con un approccio “from cradle to gate”;
- LCA 12 utilizza l’approccio LCA con l’analisi economica al fine di comparare le perfomance ambientali ed economiche della produzione di grano e mais nelle piccole, medie, grandi aziende cinesi;
- LCA 13 si sofferma su di una specifica categoria di impatto, vale a dire l’emissione dei gas serra per determinare il profilo ambientale e l’impronta di carbonio del grano in Galles;
- LCA 14 si occupa di 21 differenti tipologie di pane europeo al fine di calcolarne l’utilizzo di energia primaria e l’emissione dei gas serra, con la metodologia LCA e un approccio di tipo “cradle to gate”.
Con riferimento all’’unità funzionale, può essere espressa in massa (1 kg di sostanza secca) o come area (1 ha di terreno coltivato) ma anche come contenuto energetico (MJ) e proteico (kg).
Nella maggior parte degli studi analizzati, le unità funzionali utilizzate sono 1 kg di pane, pasta e grano ed 1 ha di terreno coltivato, intese come riferimento a cui legare gli elementi in ingresso e in uscita.
Poiché tra gli studi selezionati vi è una disomogeneità delle unità funzionali cui vengono rapportati gli studi, la comparabilità dei risultati è parzialmente limitata in quanto non è agevole fare le comparazioni su sistemi differenti.
Ogni studio di LCA è condotto definendo e motivando i processi unitari da includere nel sistema e quelli da escludere dall’analisi, che sono funzione dell'obiettivo e del campo di applicazione dello studio definiti in precedenza. La maggior parte degli studi analizzati, infatti, copre l’intero ciclo di vita con l’esclusione della produzione di macchinari, edifici e pesticidi che portano inevitabilmente ad una sottostima degli impatti, ad eccezione di alcuni studi.
Nel caso del grano, essendoci co-prodotti quali ad esempio paglia, cruscami e granotto, è necessario ripartire i consumi di materiali e di energia, nonché le emissioni inquinanti nell’ambiente, tra le due merci ottenute contemporaneamente nello stesso processo. Questo processo di “allocazione” può avvenire su base fisica, vale a dire una ripartizione basata sulle quantità delle merci, sulla massa o secondo i loro rapporti stechiometrici, oppure su base economica, cioè in base ai loro prezzi di mercato.
Negli studi oggetto di analisi che effettuano l’allocazione, l’impostazione più utilizzata è quella su base economica. Inoltre, nella maggior parte degli studi sono illustrati i risultati della fase d’inventario, fase molto delicata della metodologia LCA in quanto ci sono grandi lacune sulla disponibilità dei dati che incidono, evidentemente, sui risultati degli studi.
Dall’analisi degli studi LCA selezionati, la cui finalità è quella di identificare gli impatti ambientali del ciclo di vita del grano inteso come cereale o come materia prima per la pasta e il pane, emerge chiaramente un risultato comune: la fase più impattante, da un punto di vista ambientale, è quella legata alla coltivazione del grano, che risulta, come la maggior parte delle fasi agricole, quella che più incide sull’intero ciclo di vita del prodotto.
Le problematiche ambientali lampanti legate alla produzione di questo cereale sono connesse all’uso di fertilizzanti, in particolare quelli azotati, e all’impiego di fitofarmaci. Le categorie d’impatto selezionate quelle che ricorrono più frequentemente sono il riscaldamento globale, l’acidificazione, l’eutrofizzazione e l’assottigliamento della fascia di ozono stratosferico.
L’analisi di review condotta fa emerge un quadro degli studi LCA del settore disomogeneo nelle assunzioni che impedisce il confronto dei risultati, sui quali incidono una serie di questioni metodologiche proprie del settore dei cerali che, secondo Notarnicola et al. (2015), sono: la scelta dell’unità funzionale (UF), la scelta dei confini del sistema, i criteri di cut-off, l’allocazione, gli aspetti legati al fine vita, la reperibilità e la qualità dei dati.
L’emersione di queste criticità metodologiche permette di evidenziare la necessità di una migliore comprensione delle difficoltà riscontrabili nell’applicazione della metodologia LCA al settore del grano.
Per evitare che il profilo ambientale delineato da questi studi, e dai prossimi che se ne occuperanno, possa risultare poco affidabile, sarebbe interessante poter definire e circoscrivere alcuni dei parametri chiave per l’applicazione di questa metodologia al settore del grano, fino ad oggi frutto di scelte arbitrarie da parte degli addetti ai lavori, al fine di ottenere i migliori risultati possibili, che possano essere utilizzati per migliorare la sostenibilità di questo cereale. Per migliorare la qualità degli studi LCA in questo settore, ogni valutazione dell’impatto ambientale del grano, non può prescindere dal tener in considerazione alcuni parametri peculiari di questo cereale, che meriterebbero di essere approfonditi e largamente specificati in ogni studio, come:
- il suolo di coltivazione, vale a dire le caratteristiche fisico-chimiche del suolo; - le condizioni meteorologiche cui è sottoposto il suolo e la coltura;
- l’avvicendamento praticato sul terreno, in base al quale è possibile ottenere produzioni di più o meno quantità e qualità;
- la varietà seminata, ognuna delle quali ha un comportamento diverso in base al suolo e alle condizioni meteorologiche;
- la resa produttiva, la quale incide sugli input del processo.
L’inclusione di questi parametri in tutti gli studi LCA sul grano consentirebbe una maggiore comparabilità degli studi, accompagnata da una migliore identificazione dell’impatto ambientale del prodotto considerato, e di conseguenza la puntuale definizione di strategie di sostenibilità specifiche per la realtà produttiva considerata.
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Teodoro Gallucci*, Vera Amicarelli*, Giovanni Lagioia*, Paolo Piccinno**, Amedeo Lacalamita**, * Dipartimento di Economia, Management e Diritto dell’Impresa
Università degli Studi di Bari Aldo Moro, Largo Abbazia Santa Scolastica, 53 – 70124 Bari University of Bari Aldo Moro ** P&R Project S.r.l.
e-mail: teodoro.gallucci@uniba.it, vera.amicarelli@uniba.it; giovanni.lagioia@uniba.it p.piccinno@pierreproject.it, a.lacalamita@pierreproject.it
Abstract
Renewable energy plants, such as wind and photovoltaic ones, improve greenhouse gases emissions raising, in the same time, the problem of energy production interruptions because they are not programmable. Especially in renewable plants, production and consume are not aligned in time resulting in overproduction peaks. One possible solution to bypass this problem is hydrogen produced by renewable sources electrolytic cell. The obtained hydrogen is stored in solid form and can be used as zero-emission fuel both in mobility sector and in other industrial sectors (fertilizers, etc.).
The aim of this paper is to highlight the environmental performances generated by hydrogen storage facility located in Troia - Apulia region, through the life cycle assessment (LCA) realized in the framework of a European project titled INGRID (High Capacity Hydrogen Based on green energy storage solutions for network balancing) co-financed by the European Union.
Keywords: hydrogen production, innovation, environmental sustainability
1. Introduction
The growing interest in the use of hydrogen comes from the fact that it can be used both as energy vector and as a fuel, with enormous environmental advantages in terms of pollution. If hydrogen burned with air, it produces water vapour and traces of nitrogen oxides, that is easy to minimize with different technologies; if hydrogen is used with electrochemical systems it produces only water vapour.
In 2010 the worldwide demand of hydrogen was roughly 43 million tons and is foreseen to reach 50 million tons by 2025. “Asia and Pacific are the world’s leading consumers of hydrogen representing 1/3 of the
global consumption; followed by North America and last but not least Western Europe with a 16% of share (7 million tons of H2)” (Fraile, et al., 2015).
Despite the cost of hydrogen being still higher than most fossil fuels, ranging between 10 €/kg - 60 €/kg (Fraile, et al., 2015), its properties allow its use in different application as fuel cells (FCs) in aerospace applications, and in green energy production.
Nowadays, the worldwide production of hydrogen is accomplished by steam reforming of natural gas, by processing crude oil products and coal, as a by-product of the chlor-alkali process or alternative technologies (process or Kvaerner Termocracking).
All these processes have the inconvenient to produce greenhouse gases (GHG), as CO2, gas powder and traces of H2S, even if different techniques in order to improve the purity of hydrogen and to filter and minimize the environmental impacts, have been developed (Cipriani et al, 2014). For this reason several innovative techniques to produce hydrogen from renewable sources (RE) eg. wind, solar, have been studied. According to existing literature, the most important technologies cited for production hydrogen by RE are the following: thermochemical processes from biomass; thermochemical decomposition of water; photo electro-chemical conversion and water electrolysis (Grigoriev S, et al., 2006; Barbir F. 2005, Marshall A, et al., 2007).
Among those, the water electrolysis technology is very promising because recent application studies have improved the hydrogen production efficiency (Ozbilen, et al., 2012; Mazloomi et al, 2012; Tymoczko, et al.