Solutions to improve the reliability and applicability of life cycle assessment in industries

Since its first applications in the late 1970, Life Cycle Assessment (LCA) methodology has increasingly spread as an effective environmental management tool and has nowadays become a well-established analytical method to quantify the environmental impacts of products and processes at industrial level. Despite its popularity and codification by organizations such as the International Organization for Standardization, the Society of Environmental Toxicology and Chemistry and harmonization initiatives promoted at European level (i.e. by the European Platform on LCA) through the publication of the ILCD Handbook, LCA methodology is still under development and there are a lot of open research issues which are widely discussed in literature. Considering the increasing number of applications at industrial level, LCA is recognized not only as a field of scientific research but also a business of growing importance, whose successful development requires both influx of new ideas and harmonized methodologies and reliable and credible applications. The primary needs of industries on LCA rely on the definition of tools for increasing the reliability of LCA results and solutions for enhancing the applicability of the methodology. The present research mainly focuses on how to translate into practice these two aspects, with the aim of providing practical solutions for improving the reliability of the methodology and facilitate its application at industrial level. The methodology applied is based on the conduction of multiple case studies, analyzing different sectors, both at product (tissue paper, milk packaging, wooden pallet) and process level (agricultural processes, wastewater treatment). Furthermore, the main applications of LCA methodology within the private sector are considered: comparison between different solutions, improvement of environmental performances and design of new products. The aspect of how to increase the reliability of LCA results is addressed in the first part of the work, including the first three chapters. The starting point is that both the credibility and transparency of an LCA study can be enhanced by giving more attention to quantifying uncertainties. Uncertainties considered in the present work are connected with parameter uncertainty (connected with data variability) and scenario uncertainty (connected with subjective choices). Therefore the role of the two techniques identified by the ISO 14040 standards to analyze uncertainties during the interpretation phase of LCA, i.e. uncertainty analysis and sensitivity analysis, is discussed. The second part of the work deals with the definition of simplified tools tailored to users’ requirements in order to increase the applicability of the LCA methodology. Streamlined tools are mainly connected with the definition of approaches to simplify the Life Cycle Inventory phase, which is the most time and resource demanding phase of an LCA study. Especially for small- and medium-size enterprises that rarely have the knowledge and resources necessary to implement LCA, a priority is indeed to facilitate the access to reliable, accurate, and relevant life cycle information, reducing efforts connected with data acquisition.

A partire dalle prime applicazioni alla fine degli anni Settanta, la metodologia Life Cycle Assessment (LCA, valutazione del ciclo di vita) si è sempre più diffusa come un efficace strumento di gestione ambientale ed è diventata al giorno d’oggi un metodo consolidato per quantificare gli impatti ambientali di prodotti e processi a livello industriale. Nonostante la popolarità raggiunta e le iniziative volte a codificarla ad opera di organizzazioni quali l’Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) e la Società di Tossicologia Ambientale e Chimica (SETAC) e le iniziative di armonizzazione promosse a livello europeo (come ad esempio dalla Piattaforma europea sull’LCA) attraverso la pubblicazione dell’ILCD Handbook, la metodologia LCA è ancora in fase di sviluppo e ci sono numerosi aspetti metodologici che sono ampiamente discussi in letteratura. Tenendo conto del considerevole numero di applicazioni in ambito industriale, è ormai assodato che l’LCA costituisce non solo un ambito di ricerca scientifica, ma anche uno strumento gestionale di crescente importanza, il cui sviluppo richiede da un lato l’influsso di nuove idee e di una metodologia armonizzata, dall’altro applicazioni credibili e affidabili. Le principali esigenze delle industrie che si apprestano ad utilizzare la metodologia LCA si identificano in due principali aspetti: da un lato è richiesto lo sviluppo di tecniche che consentano di intervenire sull’affidabilità dei risultati dell’LCA e dall’altro risulta determinante la definizione di soluzioni che mirino ad aumentare l’applicabilità della metodologia. La presente ricerca si focalizza proprio su queste due esigenze, con l’obiettivo di fornire soluzioni pratiche per aumentare l’affidabilità della metodologia e facilitare la sua applicazione in ambito industriale. La ricerca è stata strutturata attraverso la conduzione di casi studio multipli, che applicano la metodologia LCA a diversi settori produttivi, sia a livello di prodotto (settore della carta tessuto, imballaggi per bevande, pallet in legno), sia a livello di processo (a livello agricolo e nel settore della depurazione delle acque). I diversi casi studio analizzano le principali applicazioni della metodologia LCA in ambito industriale, ovvero il confronto tra diverse soluzioni, il miglioramento delle prestazioni ambientali di prodotti e processi e le fasi iniziali di progettazione di nuovi prodotti. La tematica relativa all’aumento dell’affidabilità dei risultati degli studi LCA viene affrontata nei primi tre capitoli del presente lavoro. Il modo per aumentare sia la credibilità che la trasparenza di un studio di LCA consiste nel prestare maggior attenzione alla quantificazione dell’incertezza. Le tipologie di incertezza che vengono considerate nel presente lavoro riguardano l’incertezza di parametro, che è relativa alla variabilità intrinseca dei dati utilizzati in uno studio di LCA e l’incertezza di scenario, che si relaziona alle scelte soggettive effettuate a livello metodologico. Nella trattazione dei primi tre casi studio viene discusso il ruolo delle due principali tecniche identificate dalle norme della serie ISO 14040 per trattare l’incertezza durante la fase di interpretazione, ovvero analisi di incertezza e analisi di sensibilità. La seconda parte del lavoro di tesi riguarda la definizione di approcci che consentano di semplificare la conduzione della fase di analisi di inventario, che costituisce la fase più impegnativa in termini di tempo e risorse. Soprattutto per le piccole e medie imprese che raramente hanno le conoscenze per implementare studi di LCA completi, diventa infatti prioritario definire procedure e metodologie che consentano di ottimizzare gli sforzi durante la fase di acquisizione dei dati.