Acciaio: Analisi del ciclo di vita, durabilità e dichiarazioni ambientali di prodotto

L'analisi del ciclo di vita (Life-Cycle Assessment) è uno strumento che esamina i carichi energetici e gli impatti ambientali associati alle varie fasi dell'intero ciclo di vita di un prodotto per tutta la sua esistenza (dall'estrazione delle materie prime alle fasi di trasformazione, produzione, distribuzione, uso e infine dismissione, riciclo o riutilizzo dei singoli prodotti). Una LCA può rappresentare un ottimo strumento di supporto per la progettazione sostenibile, e la sua redazione, definita dalle norme ISO della serie 14040, si articola in quattro fasi:

1. Definizione degli scopi e degli obiettivi
2. Inventario del ciclo di vita (Life-Cycle Inventory Analysis, LCI)
3. Valutazione degli impatti (Life-Cycle Impact Assessment, LCIA)
4. Interpretazione dei risultati e miglioramento

Grazie ad una accurata LCA, sarà possibile individuare, per un dato prodotto industriale, le fasi critiche dal punto di vista ambientale, i soggetti che potranno intervenire per modificare la situazione e i dati necessari per poter realizzare adeguati interventi di miglioramento.
Successivamente, le aziende più virtuose potranno utilizzare i risultati così ottenuti per pubblicizzare prodotti maggiormente attenti all'ambiente, potendo ottenere etichettature ecologiche (ad esempio l'Ecolabel) o dichiarazioni ambientali di prodotto (come il sistema EPD).

Fonte: Worldsteel Association

Modulo D

Il Comitato Tecnico Europeo CEN/TC 350 "Sostenibilità delle costruzioni realizzate", ha il compito di definire una serie di norme per garantire che tutte le dichiarazioni ambientali di prodotto (EPD), di materiali, servizi e processi legati alle costruzioni siano armonizzate tra le varie nazioni della Comunità Europea.
In seno a tale comitato, il riciclo dei materiali da costruzione viene considerato uno degli obiettivi principali.
Concettualmente, quest'ultimo può essere considerato come la capacità di recuperare tali materiali dopo un processo, ad esempio, di demolizione, per poi reimpiegarli nel settore delle costruzioni, senza destinarli alla discarica. Ma dietro tale descrizione, in realtà, si nasconde tutta una serie di sfaccettature, in funzione di ciò che avviene a un prodotto e alle proprie caratteristiche fisiche e meccaniche dopo ogni processo di riciclo.
La riciclabilità è infatti una virtù che i produttori tentano di associare a qualsiasi cosa. In questo modo, si spacciano per riciclabili anche materiali per cui è possibile il solo ri-uso, in applicazioni limitate e con sostanziale perdita di proprietà intrinseche e di qualità. Tanto per fissare le idee, è evidente la differenza che c'è tra una trave di acciaioche, mediante la rifusione, può acquistare qualsiasi forma e funzione ed una di cemento armato, il cui calcestruzzo dopo la separazione dall’acciaio delle armature, può aspirare ad essere riutilizzato come inerte, alla stessa stregua della sabbia e del pietrisco, ma non ridiventerà mai più cemento.

La House Speed Single Design: gli elementi in carpenteria metallica che costituiscono l'ossatura portante provengono dal recupero di un viadotto in acciaio

I materiali metallici hanno, invece, la caratteristica di poter essere riutilizzati indefinitamente e senza limitazione di applicazione. L'acciaio è, dunque, riciclabile "per definizione": dopo che è terminata la vita utile dell'opera in cui è inserito, può essere ricondotto in fonderia per assumere qualsivoglia altra funzione, dal momento che è possibile trasformarne il rottame, attraverso la metallurgia, per produrne di qualsiasi grado. Nel mondo anglosassone questa proprietà viene indicata sinteticamente con il termine up-cycling, per creare una distinzione con i materiali che, invece, sono soggetti a perdite di proprietà e impiegati in applicazioni di livello inferiore (down-cycling). Anche al di là di questi importanti aspetti qualitativi, ai fini della valutazione di sostenibilità, l’acciaio è praticamente insuperabile in termini di quantità: la percentuale di riciclo dei profili di acciaio è pressoché totale, attestandosi a valori superiori al 99% (fonte i produttori di acciaio europei).

Le normative europee, attraverso il lavoro del comitato CEN/TC 350, consentiranno, tra l'altro, al produttore di acciaio di esprimere in un Modulo D i dati relativi al destino del materiale a fine vita, con la dichiarazione di crediti concernenti il riciclo sugli indicatori di sostenibilità. Si potranno, dunque, quantizzare le riduzioni dei carichi ambientali ottenuti con l’utilizzo dell’acciaio ed effettuare comparazioni rispetto ad altri materiali con funzioni analoghe. Attualmente, l'utilizzo del Modulo D non è obbligatorio. Recentemente, però, è stato dato mandato al CEN di studiare le modalità con cui rendere il modulo D obbligatorio in un prossimo aggiornamento della normativa.
Grazie ad esso il progettista avrà uno strumento in più per mettere in evidenza, qualitativamente e quantitativamente, i vantaggi di un materiale efficacemente ed efficientemente riciclabile come l'acciaio, rispetto alle alternative proposte per il settore delle costruzioni.

La House Speed Single Design: gli elementi in carpenteria metallica che costituiscono l'ossatura portante provengono dal recupero di un viadotto in acciaio

LCA comparative

Una LCA comparativa viene eseguita per rendere numericamente confrontabili leprestazioni ambientali di diversi prodotti (come ad esempio diversi materiali da costruzione), in modo da poter scegliere quello più idoneo per una determinata applicazione.
Lo scopo di una LCA comparativa è quello di poter aiutare a scegliere il prodotto con le migliori caratteristiche di sostenibilità ambientale quando siano presenti più alternative. L'aspetto più importante è che il confronto non avviene in termini assoluti, ma esclusivamente in rapporto a una determinata applicazione.
Un esempio può essere costituito dal confronto tra differenti materiali da costruzione, come il cemento armato, il legno lamellare e l'acciaio. Un confronto in senso assoluto non porterebbe a risultati di alcun valore: il cemento armato sarà migliore del legno lamellare solo in alcune tipologie costruttive, mentre in altre avverrà il contrario.
Un confronto che possa davvero definirsi tale, effettuato con una corretta metodologia di calcolo, può aver senso solo se si analizzano i diversi materiali in una medesima tipologia di edificio, come ad esempio un capannone industriale a singola elevazione, con schemi statici e dimensioni confrontabili tra loro. In questo caso, le caratteristiche fisico-meccaniche di un dato materiale da costruzione consentono di valutarne la massa necessaria per la stabilità strutturale dell'edificio. Ricavate le tonnellate presenti di ciascuno dei materiali da confrontare, si potranno calcolare gli impatti ambientali e carichi energetici ad essi associati. Questi risultati, di natura quantitativa, consentiranno di comprendere i reali benefici ambientali di un materiale rispetto alle alternative, esclusivamente, è bene ripeterlo, per la tipologia costruttiva oggetto di analisi.

QUANTITA' IN TONNELLATE DI MATERIALE IMPIEGATE PER CIASCUN SISTEMA COSTRUTTIVO:

Fonte: Analisi comparativa del ciclo di vita di un tipico edificio monopiano - Fondazione Promozione Acciaio

Si tratta di fare un ragionamento analogo a quello che normalmente viene effettuato, ad esempio, per i calcoli strutturali di un edificio. Avendone i dati dimensionali, si eseguono le relative analisi statiche e dinamiche fino ad avere i dati numerici per differenti soluzioni. Un materiale può essere più efficiente di un altro se si considera una determinata tipologia edilizia, mentre i risultati possono ribaltarsi al variare delle dimensioni o degli schemi statici ipotizzati.
Una LCA comparativa, pertanto, serve ad individuare il materiale con minore impatto ambientale per una ben precisa tipologia edilizia. Al variare di quest'ultima, è necessario ripetere le analisi per individuare il materiale da costruzione più idoneo.

POTENZIALE DI RISCALDAMENTO GLOBALE PER LA FASE DI PRODOTTO SOMMATO AI COSTI E BENEFICI DA RICICLO (ACCIAIO), INCENERIMENTO (LEGNO) O TRATTAMENTO DELLE MACERIE (CALCESTRUZZO), PER UN EDIFICIO A TELAIO CON FONDAZIONI, MISURATO IN KG DI CO2 EQUIVALENTI PER MQ DI SUPERFICIE CALPESTABILE:

QUANTITA' IN TONNELLATE DI MATERIALE IMPIEGATE PER CIASCUN SISTEMA COSTRUTTIVO:

Fonte: Analisi comparativa del ciclo di vita di un tipico edificio monopiano - Fondazione Promozione Acciaio

Durabilità
Aspetto fondamentale che può fare la differenza per giudicare la sostenibilità di un’opera è la sua durabilità, intesa come conservazione nel tempo delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali che la costituiscono.
Il nuovo Regolamento Europeo (305/11) per i prodotti da costruzione stabilisce che, oltre al riutilizzo o la riciclabilità e l’uso di materiali ecologicamente compatibili, si debba guardare anche alla durabilità delle costruzioni, per ottenere un uso sostenibile delle risorse naturali.
L’acciaio non protetto esposto all’aria, immerso in acqua o interrato, è soggetto alla corrosione per cui occorre applicare il giusto protettivo per ottenere la durata richiesta e scongiurarne il degrado. La valutazione del metodo anticorrosivo più opportuno deve essere effettuata sulla base della compatibilità dei materiali utilizzati, della loro prestazione nell’ambiente aggressivo, la sostenibilità ambientale del processo di produzione e di applicazione (con il calcolo degli indicatori di ciclo di vita LCA) dei materiali protettivi, la durata del sistema di protezione fino alla prima manutenzione. Naturalmente saranno avvantaggiati quei sistemi in grado di proteggere le opere a lungo tempo, possibilmente senza richiedere manutenzioni durante la loro intera vita utile.
I metodi più utilizzati per la protezione dell’acciaio si basano su due effetti principali: la separazione fisica rispetto all’ambiente aggressivo, ottenuta attraverso rivestimenti di verniciatura o l’uso di acciai patinabili (tipo COR-TEN), con la quale in maniera diversa si tende ad ottenere una barriera passiva all’interazione dell’acciaio con gli agenti aggressivi dell’ambienteesterno, e la protezione attiva che è il risultato di proprietà chimiche ed elettrochimiche del materiale anticorrosivo utilizzato.

Istituto Tecnico Superiore "Bachelet"

Per i sistemi di protezione passiva, per esempio con la verniciatura, l’applicazione di uno strato protettivo polimerico determina una protezione la cui efficacia è data dalla resistenza maggiore o minore che la vernice offre all’invecchiamento ed alla criccatura, alla formazione di percorsi a conduzione ionica ed alla diffusione al suo interno di acqua e specie chimiche aggressive. Lo sfruttamento delle proprietà di conversione e passivazione superficiale degli acciai patinabili dipende dalla stabilità della patina che si forma sulla superficie, fortemente influenzata dall’esposizione agli ambienti clorurati ed inquinati, dalla permanenza o meno delle condense e dal contatto con il cemento, senza la quale la corrosione evolve come in assenza di protezione.
La protezione catodica (attiva) si basa su un semplice principio elettrochimico. La corrosione consiste nella sottrazione di elettroni del metallo base durante il processo ossidativo. La protezione si può ottenere o generando una corrente, cioè un trasporto di elettroni verso l’acciaio da proteggere, oppure attraverso il contatto con un metallo che, per le sue caratteristiche elettrochimiche, ceda elettroni, ossidandosi.
Questa è la proprietà che consente allo zinco la sua efficacia anti-corrosiva. La zincatura a caldo si avvale di questo effetto, assieme alla caratteristica di impermeabilità propria del rivestimento metallico continuo, per realizzare la sintesi di effetto barriera e protezione attiva.

Dichiarazioni ambientali di prodotto - EPD

ETICHETTATURE AMBIENTALI
In questi ultimi anni, sia a livello internazionale che europeo, hanno iniziato a diffondersi le etichette e le dichiarazioni di prodotto. Tali strumenti, di natura volontaria, hanno lo scopo di comunicare al mercato le caratteristiche e le prestazioni ambientali di un prodotto. I destinatari di tali messaggi, a seconda dei prodotti analizzati, possono essere sia i semplici consumatori, sia i professionisti che possono proporre tali manufatti a clienti terzi.

In base alle norme ISO della serie 14020, si possono distinguere tre tipi di etichettature ambientali:

1. Tipo I (ISO 14024): etichette ecologiche assegnate da organismi di parte terza, indipendenti dal produttore. I criteri di valutazione presentano dei valori soglia da rispettare ai fini dell'ottenimento del rilascio del marchio dall'organismo preposto. Un esempio di etichettatura di tipo I è costituito dall'Ecolabel europeo.
2. Tipo II (ISO 14021): asserzioni ambientali basate su autodichiarazioni del produttore. Tali asserzioni non sono convalidate né certificate da organismi indipendenti. Nonostante ciò, tali etichette devono contenere dichiarazioni non ingannevoli e verificabili, proprio per non sminuirne l'efficacia. Un esempio di etichetta di tipo II è costituito dall'autodichiarazione della percentuale di materiale riciclato all'interno di un prodotto.
3. Tipo III (ISO 14025): dichiarazioni che quantificano gli impatti ambientali associati al ciclo di vita del prodotto. Tali valutazioni avvengono attraverso una analisi di tipo LCA, in modo tale che i risultati siano confrontabili con quelli ottenuti per altri prodotti appartenenti alla stessa categoria. Tra queste dichiarazioni, sottoposte a un controllo terzo indipendente, la più conosciuta è probabilmente quella costituita dal sistema EPD® (Environmental Product Declaration, Dichiarazione Ambientale di Prodotto).

L'ITER PER L'OTTENIMENTO DI UNA EPD
Una Dichiarazione Ambientale di Prodotto è un documento che contiene informazioni oggettive, confrontabili e credibili relativamente a un prodotto mediante analisi del ciclo di vita (LCA) secondo gli standard della serie ISO 14040.

La creazione di una EPD® passa attraverso la redazione dei seguenti documenti:

1. I requisiti specifici di prodotto (Product Category Rules, PCR). Per poter effettuare un confronto tra dichiarazioni di prodotti analoghi, è necessario definire delle regole di calcolo che valgano esclusivamente per uno specifico prodotto. In questo modo si fissano i parametri da seguire e rispettare per la stesura dello studio LCA all'interno del gruppo cui il prodotto si riferisce. I PCR hanno valenza internazionale, proprio per consentire lo scambio dei risultati delle valutazioni anche tra aziende appartenenti a nazioni diverse.
2. Un'analisi LCA, in base alle indicazioni presenti nei PCR, nelle linee guida del sistema EPD® e secondo le indicazioni contenute all'interno delle norme ISO 14040 e 14044. Lo studio LCA è un momento fondamentale all'interno della redazione di una EPD.
3. La Dichiarazione ambientale. I contenuti della EPD dovranno essere analizzati e verificati da un ente terzo indipendente, che ne effettuerà la convalida. Il documento che ne deriva consentirà di comunicare in maniera efficace i risultati dell'analisi LCA, consentendo inoltre di confrontare i risultati ottenuti con quelli relativi a prodotti di aziende concorrenti.

Per gentile concessione di Fondazione Promozione Acciaio – http://www.promozioneacciaio.it