2. EVALUAREA PERFORMANŢEI UNEI OPŢIUNI DE TRATARE A

DEŞEURILOR PRIN INTERMEDIUL ANALIZEI CICLULUI DE

VIAŢĂ (ACV)

2.1. Definirea şi descrierea desfăşurării ACV

Ciclul de viaţă al unui sistem de produse este ansamblul fazelor consecutive de la achiziţia materiilor prime sau a generării resurselor naturale până la eliminare, conform ISO 14040, 97.

Astfel se poate spune că ciclul de viaţă al unui sistem reprezintă ansamblul de faze ale acestuia „de la leagăn la mormânt”.

Interesul faţă de Analiza Ciclului de Viaţă (ACV), în comparaţie cu alte metode de analiză a impactului asupra mediului, este legat de posibilitatea acesteia de apune în evidenţă repartiţia maselor şi energiilor de-a lungul întregului ciclu de viţă al sistemului considerat.

ACV-ul poate avea aplicaţii diferite şi poate fi utilizat în scopuri diferite. Astfel poate fi folosit în mod eficient pentru : compararea sistemelor concurente pe un ciclu de viaţă complet sau parţial, compararea etapelor ciclului de viaţă (complet) al aceluiaşi sistem, compararea unui sistem şi ale alternativelor sale; compararea unui sistem cu o referinţă, în vederea ameliorării, selecţionării, controlării sau gestionării, reglementării, educării, informării, sau comercializării.

Cele patru etape de derulare a ACV-ului precum şi modul lor de derulare sunt reprezentate în figura 2.1. Săgeţile duble pun în evidenţă caracterul iterativ al etapelor.

2.1.1. Definirea obiectivelor şi domeniului de studiu

Conform normelor ISO 14040, obiectivele studiului trebuie să răspundă următorilor factori: • aplicaţiei implicate; • justificării studiului: trebuie verificat dacă ACV-ul este metoda cea mai adecvată studiului;

destinatarilor studiului, respectiv celor care trebuie să îi fie comunicate rezultatele.

Obiectivul analizei ciclului de viaţă trebuie să fie clar definit şi compatibil cu aplicaţia implicată. Definirea obiectivelor influenţează definirea domeniului de studiu.

Fig. 2.1. Etapele de desfăşurare a unei Analize a Ciclului de Viaţă

Domeniul de studiu trebuie să fie coerent cu obiectivele studiului şi totodată trebuie să fie clar

definite: sistemele ce trebuie studiate; funcţiile acestor sisteme; unitatea funcţională şi fluxul de referinţă; frontierele fiecărui sistem studiat; regulile de alocare; ipotezele; exigenţele în ceea ce priveşte datele de inventar; limitările; categoriile de impact luate în considerare; tipuri de trecere critică în revistă; tipul şi formatul raportului studiului.

Calculul ACV-ului se bazează pe o unitate (entitate) funcţională care reprezintă funcţia sistemului studiat. Unitatea funcţională este definită ca o unitatea utilizată pentru caracterizarea rezultatului dorit, legat de funcţia studiată. Această unitate este referinţa la care sunt raportate cantităţile menţionate în inventar, în a doua etapă din cadrul ACV-ului. Unitatea este măsurabilă şi verificabilă.

Entitatea funcţională precizează cantitatea fizică şi caracteristicile sistemelor ce trebuie tratate care permit îndeplinirea funcţiei examinate.

Entitatea funcţională cuprinde cel puţin trei unităţi: unitatea de produs; unitatea de serviciu;

unitatea de timp. Fluxul de referinţă a fiecărui proces elementar de produs care corespund unităţii funcţionale. Frontierele sistemului definesc procesele elementare care vor fi incluse în sistemul ce trebuie

modelat. Anumite fluxuri elementare sunt excluse din studiu deoarece nu influenţează într-o manieră semnificativă concluziile globale ale studiului.

Analiza calităţilor datelor este importantă pentru a conferi fiabilitate rezultatelor studiului şi pentru a interpreta corect elementele luate în considerare.

Conform abordărilor actuale, cei mai importanţi descriptori care permit evaluarea calităţii datelor de inventar: validare temporală; validare geografică (în acord cu obiectivele), validare tehnologică.

Pot fi precizaţi şi alţi descriptori: date specifice unui loc sau unei resurse bibliografice, date estimate sau calculate.

Aprecierea calităţii datelor este necesară, pe de-o parte, pentru a garanta o înţelegere fiabilă şi pertinentă a rezultatelor inventarului ACV-ului şi, pe de altă parte pentru, a interpreta în mod corect rezultatele obţinute într-un context precizat.

2.1.2. Inventarul

Inventarul este un bilanţ de materie şi energie a sistemului de producţie pe tot ciclul său de viaţă. Scopul inventarului ciclului de viaţă este de a identifica şi cuantifica totalitatea intrărilor şi ieşirilor semnificative asociate fiecăruia dintre procesele elementare în cadrul frontierelor sistemului specificat.

Inventarul este un proces iterativ în care se vor: determina cantităţile de produse şi servicii corespunzătoare unităţii funcţionale; defini sistemul şi frontierele sale; împărţi sistemul în sub-sisteme şi construi arborele de procedee; preciza toate cantităţile de materie şi energie intrate.

Figura 2.2. Inventarul ciclului de viaţă

Construcţia unui inventar necesită colectarea unui volum important de date a căror calitate trebuie analizată. Pentru fiecare proces elementar, trebuie determinat un flux de referinţă adecvat, iar datele cantitative de intrare şi ieşire a procesului elementar trebuie calculate prin raportare la fluxul de referinţă.

Pe baza diagramei fluxului şi a frontierelor sistemului, procesele elementare sunt interconectate pentru a efectua calculele necesare realizării unui sistem complet. Calculul conduce, în general, la legarea tuturor datelor de intrare şi de ieşire ale sistemului la entitatea funcţională.

În cadrul figurii 2.2, se prezintă o sinteză ale activităţilor componente ale etapei inventarului.

2.1.3. Evaluarea impacturilor

Evaluarea impactului ciclului de viaţă reprezintă a treia fază a ACV-ului. Această fază are ca obiectiv evaluarea rezultatelor inventarului ciclului de viaţă al unui sistem de produse pentru a înţelege mai bine semnificaţia valorilor obţinute.

Evaluarea impacturilor cuprinde următoarele etape: • clasificarea, etapa de aranjare a fluxurilor inventarului în categorii de impact asupra mediului

care permite clasificarea diferitelor intrări şi ieşiri în funcţie de impactul lor (efectul de seră, acidificarea, toxicitate / ecotoxicitate, etc.);

• caracterizarea, care constă în evaluarea contribuţiei unei categorii de impact a unui flux prin intermediul diferiţilor indicatori.

2.1.4. Interpretarea

Interpretarea reprezintă faza finală a ACV-ului, care trece în revistă şi comentează rezultatul unui studiu, pentru a permite stabilirea concluziilor şi de a susţine luarea deciziilor în conformitate cu definirea obiectivului şi a domeniului de studiu.

2.2. Evaluarea unui sistem de tratare al deşeurilor prin intermediul ACV

Acest model de evaluare poate considera un număr mare de fluxuri fizice precum: deşeuri solide totale şi hidrocarburile aromatice policiclice (HAP), de asemenea pot fi urmărite şi elemente prezente în cantităţi foarte mici precum clorul şi cuprul.

Modelele de evaluare au în comun unitatea funcţională pentru a procesa şi trata deşeurile generate într-un anumit spaţiu şi timp. Investiţiile şi costurile de funcţionare pot fi, de asemenea, calculate în cadrul modulului. Frontierele sistemului diferă în funcţie de gradul de includere în cadrul procesele amonte şi aval şi sunt modificabile atunci când sunt implicate unităţi funcţionale multiple (multifuncţionale) după cum sunt definite în standardul de realizare a ACV-ului. Astfel pot fi comparate incinerarea fără recuperare energiei deşeurilor, care îndeplineşte doar funcţia de tratare cu incinerarea cu recuperare care îndeplineşte două funcţii, respectiv tratarea şi furnizarea de energie termică.

Ansamblul aparatului de analiză constă în submodelele sistemului central de management al deşeurilor la care se adaugă sistemul/sistemele compensator(e) şi procesele din amonte şi respectiv aval. Modelul poate fi permanent restructurat, extins şi perfecţionat pentru a furniza rezultate mai bune. De asemenea poate fi şi ajustat pentru a corespunde scopului studiului realizat. Acesta reprezintă un avantaj pentru a realiza o analiză adecvată dar şi un dezavantaj dacă se doreşte o analiză rapidă.

2.2.1. Metodele şi descrierea generală a modulului de evaluare

Toate submodelele componente ale modulului de evaluare se referă la fluxurile de materie, energie şi resurse financiare implicate de acesta (figura 2.3).

Figura 2.3. Schema simplificată a fluxurilor care au loc în cadrul fiecărui submodel

Procesele care pot fi cuprinse în sistemul de management al deşeurilor sunt: colectarea deşeurilor, digestia anaerobă şi depozitarea controlată în halde sau gropi de gunoi ecologice. Cantitatea de materie este caracterizată de intrări (deşeuri şi substanţele chimice necesare procesului de tratare) şi de ieşiri (co-produse, deşeuri şi emisii în aer, apă şi sol).

Cantitatea de energie utilizată este introdusă în sistem sub diferite forme: electrică, termică, combustibili (cărbune, păcură) sau chiar recuperată din procesul de tratare a deşeurilor sub diferite forme (de exemplu căldură, electricitate, hidrogen sau biogaz). Din punct de vedere economic sunt evidenţiate costurile şi veniturile aferente fiecărui proces.

Un număr de submodele pot fi combinate pentru a completa sistemul de management al deşeurilor aferent entităţii propuse aşa după cum se poate vedea în figura 2.4.

Figura 2.4. Modelul conceptual al unui sistem complet de management al deşeurilor care cuprinde mai multe

procese descrise în diferite submodele

În partea de sus a modelului conceptual din figura 2.4, sunt exemplificate diferite surse de deşeuri, urmate de diverse procese de transport şi tratare. Linia continuă din figură înconjoară sistemul central de management, unde sunt tratate deşeurile primare şi secundare şi unde se formează diferiţi produşi. Prin deşeuri primare se înţeleg deşeurile care intră în procesul de tratare şi provin dintr-o sursă de deşeuri directă, în timp ce în categoria deşeurilor secundare sunt incluse deşeurile generate în procesul de tratare. Astfel, deşeurile organice separate la sursă sunt deşeuri primare, în timp ce zgura şi cenuşa zburătoare rezultate în urma incinerării sunt deşeuri secundare.

În implementarea practică a modelului, toate modelele sunt interconectate, aşa după cum se poate vedea în figura 2.5. Aceasta permite utilizarea diferitelor submodele, aşa după cum se poate vedea în figura 3, cu orice tip de unitate, precum cea din figura 2.4. Astfel, poate fi proiectat şi analizat orice tip de sistem de management al deşeurilor şi comparat cu un model de referinţă sau cu un sistem concurent.

Figura 2.5. Analiza ciclului de viaţă ia în calcul atât sistemul central cât şi pe cele din amonte şi aval

2.2.2. Descrierea şi modelarea fluxurilor unui sistem de management al deşeurilor

Analiza fluxului de materie generează date privitoare la emisiile sistemului, care sunt agregate în cadrul diferitelor categorii de impact. Aceasta face posibilă compararea influenţelor diferitelor sisteme de management al deşeurilor alternative în ce priveşte efectul de seră, acidificarea, eutrofizarea şi ale altor categorii de impact.

Sunt trei tipuri de frontiere ale sistemului: timp, spaţiu şi funcţionale. În cadrul analizei unui anumit sistem, frontierele temporale ale acestuia variază în funcţie de scop şi de asemenea variază şi la nivelul diferitelor submodele. Majoritatea datelor de proces utilizate sunt medii anuale sau obţinute pentru perioade lungi de timp.

Există frontiere geografice (spatiale) care delimitează un sistem de management al deşeurilor, după cum se poate vedea în figura 2.4, unde emisiile şi epuizarea resurselor sunt incluse indiferent de locul în care au loc. Astfel, frontierele sunt alese din perspectiva ACV-ului, incluzând în principiu toate procesele care sunt conectate la ciclul de viaţă a unui produs (de exemplu, în acest caz, sistemul de management al deşeurilor).

Impactul asupra mediului acoperă influenţe precum: extragerea materiilor prime, prelucrarea acestora, producţia industrială şi utilizarea. Construcţia, demolarea şi depozitarea finală a echipamentului nu sunt luate în calcul din punct de vedere al consumului energetic şi a emisiilor. În figura 2.5 este ilustrat modul în care sistemul de management al deşeurilor este extins pentru a include activităţi şi procese relevante din amonte (precum generarea energie termice) sau aval (precum utilizarea biogazului).

Partea centrală a sistemului ilustrat în figura 2.5, corespunde modelului înconjurat de o linie continuă în figura 2.4. Fluxurile de materie din amonte, asociate cu utilizarea energiei în interiorul centrului sistemului, sunt de asemenea incluse. Într-un mod similar sunt incluse în analiză, fluxurile din aval asociate utilizării îngrăşământului organic rezultat în urma tratării biologice sau utilizarea biogazului. Procesele centrale pot cauza emisii în spaţiul definit, în timp ce procesele amonte şi cele aval pot cauza emisii în locaţii ce pot fi cu greu anticipate şi în consecinţă sunt dificil de evaluat.

Un alt aspect al perspectivei ACV-ului este utilizarea unităţilor funcţionale. O unitate funcţională este definită ca fiind o modalitate de a măsura modul în care funcţia unui produs sau a unui sistem este îndeplinită şi ca un mijloc de comparare cu alte sisteme concurente.

Principala funcţie al unui sistem de management al deşeurilor este de a trata o anumită cantitate de deşeuri dintr-o zonă definită. Alte funcţii, precum realizarea de diferite tipuri de produse care pot fi recuperate din deşeuri prin operaţii de reutilizare / reciclare, sunt de asemenea posibile. În prezent multe

sisteme de management al deşeurilor furnizează energie ca subprodus al tratării deşeurilor. În alte cazuri aceste subproduse sunt îngrăşăminte sau produse sau materiale reciclabile.

Pentru a realiza o comparaţie justă între diferitele alternative de sisteme de management al deşeurilor trebuie luate în calcul şi funcţii care, nefiind îndeplinite de sistem, trebuie compensate prin extinderea frontierelor sistemului (figura 2.6) prin adăugarea unor procese compensatorii.

Figura 2.6. Compararea unor sisteme diferite poate fi realizată prin utilizarea unui sistem compensator

Procesele compensatorii prezintă de asemenea procese amonte şi aval. De aceea, fiecare alternativă de tratare trebuie să aibă propriul proiect de sistem central precum şi diferite sisteme compensatorii după cum se poate vedea în figura 2.7.

Sistemul total, cu frontiere extinse, cuprinde sistemul central de management al deşeurilor, sistemul compensator şi sistemele relaţionate din amonte şi aval. Unităţile funcţionale sunt furnizate fie de sistemul de management al deşeurilor, fie de sistemul de compensare.

Figura 2.7. Schema unei analize desfăşurată pe un sistem complex de management

2.2.3. Prezentarea rezultatelor

Noţiunea de "scenariu" este adesea utilizată atunci când se realizează o analiză a diferitelor sisteme alternative care îndeplinesc aceeaşi funcţie, în cazul nostru tratarea deşeurilor. În fiecare scenariu intrarea

deşeurilor şi ieşirea unităţilor funcţionale sunt constante în condiţiile în care proiectarea sistemului poate varia destul de mult. Scenariile sunt comparate pentru diferite categorii de impact asupra mediului, consum energetic şi cost. Rezultatele sunt calculate pentru toate părţile sistemului de management al deşeului şi sistemului compensator şi pot fi analizate din diferite unghiuri pentru a releva aspecte interesante. Categoriile de impact pot fi prezentate fie pentru sistemul central sau fie pentru sistemul total.

O perspectivă interesantă poate fi şi analiza contribuţiei relative la impacturile totale a sistemului de management al deşeului şi a sistemului compensatori, sau semnificaţia relativă a proceselor specifice în interiorul sistemului de management al deşeurilor.

Există de asemenea posibilitatea de a evidenţia anumite categorii de emisii precum NOx sau fluxuri de materie periculoase precum cadmiu sau alte metale grele. Rezultatele pot fi prezentate în tabele sau grafic prin coloane corespunzătoare diferitelor alternative de tratare şi diferitelor categorii de impact. Astfel, pot fi realizate în cadrul graficului corespunzător unei categorii de impact, coloane pentru fiecare scenariu de tratare şi în fiecare coloană poate fi reprezentată prin secţiuni de culori diferite, contribuţia diferitelor procese incluse în sistemul de management al deşeurilor.

Atunci când se încearcă evaluarea impactului total a unui sistem, poate fi dificilă ierarhizarea în ordinea priorităţilor ale celor şase sau şapte categorii de impact. O soluţie, adesea utilizată în ACV, este de agregarea categoriilor de impact într-o singură unitate. Însă factorii de caracterizare utilizaţi sunt adesea puşi în discuţie datorită gradului lor subiectiv. Răspunsul la aceste probleme este reprezentarea sub forma unei diagrame radar. În care pe fiecare axă reprezintă o categorie de impact, iar valorile fiecărui scenariu şi impact sunt unite printr-o linie. Toate valorile sunt normalizate pentru un scenariu de referinţă care reprezintă valoarea de impact 1. În acest fel este posibilă compararea diferitelor scenarii pentru diferite categorii de impact în aceeaşi diagramă.