Appunti Ecologia industriale

Lunedì 21 febbraio – Lezione 1

ECOLOGIA INDUSTRIALE E SOSTENIBILITÀ

Sviluppo Sostenibile e dintorni…

Perché Ecologia Industriale?

Industrial Ecology significa fare un sistema produttivo (industriale in questo caso sta per “sistema di

produzione”) che raggiunga un equilibrio simile a quello degli ecosistemi naturali, da cui quindi “ecologia”.

L’ecologia è la scienza che studia l’interazione tra gli organismi e l’ambiente; qui l’idea è studiare

l’interazione tra le attività produttive con l’idea di tutelare l’ambiente.

Industriale: da intendersi in senso lato e generale come «legato ad attività antropiche»;

Ecologia: rimanda agli eco-sistemi naturali e all’interazione tra «organismi» diversi (interazioni di tipo fisico,

chimico e biologico).

L’ecologia industriale è un approccio alla tutela dell’ambiente basato su analogie tra i sistemi naturali e i

sistemi sociali e sistemi tecnologici. Più in generale, questo corso si occupa della interazione tra aspetti

ambientali, economici, tecnologici orientata, nell’ottica dello sviluppo sostenibile, a modificare la struttura

dei sistemi antropici in maniera da ridurre impatti, minimizzare l’uso di risorse primarie e la produzione di

rifiuti. Interazione tra attività umane e ambiente

Le attività antropiche (agricoltura, industria, servizi, …) portano ad un’interazione con l’ambiente

circostante. Il rapporto tra attività umane e ambiente si realizza attraverso uno scambio continuo di

materia ed energia.

Le nostre attività hanno bisogno di materie prime ed energia e rilasciano verso l’ambiente emissioni, rifiuti

ed energia. Volendo dare dei nomi ai due flussi (ingresso ed uscita) li abbiamo chiamati risorse e rifiuti.

Con il termine rifiuti si intende rifiuti in senso lato: anche un’emissione gassosa è considerata un rifiuto; allo

stesso modo per risorse si intendono le risorse sia materiali sia energetiche (es. anche la luce solare è una

risorsa che prendiamo dall’ambiente). Il rapporto tra attività umane e ambiente si realizza

attraverso uno scambio continuo di materia ed energia:

• Alcuni «beni» vengono trasferiti dall’ambiente al sistema

produttivo («risorse»), dove sono usati per l’accrescimento e

il mantenimento del medesimo;

• Altri «beni» non trovano un utilizzo nelle attività

antropiche («rifiuti») e vengono restituiti dal il sistema

produttivo all’ambiente.

Questi sono flussi che possiamo quantificare e quindi anche

gestire dal punto di vista ingegneristico.

Tutto il gioco che l’attività antropica fa sull’ambiente deriva

da questo scambio di beni tra ambiente e attività umane. L’intero sistema è in evoluzione dinamica ed è

vincolato dalle leggi di bilancio di materia ed energia.

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Per “evoluzione dinamica” si intende il fatto che sia i flussi che le attività antropiche cambiano nel tempo.

Lo scambio può avvenire in maniera sostenibile ma solo entro certe misure e certe quantità.

Evoluzione dell’approccio alla tutela dell’ambiente

Fase 1 (Fine anni ’70) - Prima del 1970: «Ambiente come recettore unico»

Le attività produttive ci sono sempre state però diciamo che nel contesto europeo fino agli anni ’70 non

c’era una vera e propria politica di tutela dell’ambiente. L’idea era che l’ambiente poteva fornire risorse in

maniera limitata e poteva recepire i nostri rifiuti. Si sapeva che certe sostanze potessero danneggiare

l’ambiente ma si pensava che bastasse adottare delle buone tecniche e delle buone procedure nel gestire

l’attività.

Quindi → Prima del 1970: «Ambiente come recettore unico»

• La legislazione era basata sulla idea di una capacità illimitata dell’ambiente nel suo complesso di

assorbire i rifiuti / le emissioni;

• Esistevano alcuni standard ambientali generali;

• Non c’erano procedure di autorizzazione ambientale; la buona partica si basava su soluzioni

tecniche (e.g. favorire la dispersione attraverso alti camini; usare impianti di trattamento effluenti).

Fase 2 (anni ’80)

Le coscienze sono maturate da questo punto di vista e sono quindi comparse delle leggi che ponevano limiti

alle emissioni.

– Autorizzazioni alle emissioni distinta per ogni comparto ambientale;

– Attenzione centrata sulla limitazione delle emissioni («end of pipe»);

– Approccio basato sui trattamenti «end of pipe» per soddisfare i limiti di emissione.

Fase 3 (anni ’90)

Si passa ad una tutela integrata dell’ambiente → Unica autorizzazione per le emissioni mirata alla riduzione

della generazione di emissioni e al miglioramento nell’uso di risorse.

Parliamo quindi di IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control). Si parla adesso anche di prevenzione,

quindi di prevenire le sostanze inquinanti. Fino alla fase precedente il focus era sul limitare le emissioni

(evitare di emettere all’ambiente); adesso si parla di prevenire, ovvero far si che non si formino e quindi

emetterne di meno (= modificare i processi produttivi).

Questa politica di prevenzione si contrappone quindi alla precedente politica (“end of pipe”).

Fase 4 (trend corrente/futuro)

Questa è la fase che si sta sviluppando negli ultimi anni e mira ad un’attenzione di impatto ambientale che

non riguarda solo chi produce il bene, ma l’intera filiera produttiva.

Si introducono quindi concetti come “ciclo di vita” ed “economia circolare”, che diventano sempre più

centrali nella legislazione ambientale.

Attenzione crescente quindi all’intero sistema produttivo sulle prestazioni ambientali.

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Lo Sviluppo Sostenibile

Lo Sviluppo Sostenibile è quello dello sviluppo che “soddisfa le esigenze del presente senza compromettere

la possibilità per le future generazioni di soddisfare le proprie esigenze”.

La sostenibilità è l’intersezione tra la tutela degli aspetti ambientali, economici e sociali.

Arriviamo quindi ad individuare due visioni di sostenibilità: sostenibilità forte e sostenibilità debole.

Queste sono due visioni “estreme”.

Il problema è: i tre aspetti (ambientali, economici e sociali) si possono in qualche modo compensare a

vicenda?

Ad esempio, posso accettare un minimo danno ambientale a fronte di un grande progresso economico-

sociale? Posso accettare un danno sociale a fronte di una grossa tutela ambientale?

La sostenibilità debole dice di sì, che c’è una possibilità di compensazione. L’importante è che l’insieme di

tutti e tre gli aspetti vada verso uno sviluppo.

La sostenibilità forte invece non prevede una possibilità di compensazione. Tutti e tre gli aspetti devono

migliorare.

Sostenibilità debole → Approccio Tecnocentrico → Fiducia nella tecnologia. Ci si aspetta che in futuro ci

saranno nuove possibilità date dallo sviluppo, che in questo momento non abbiamo.

Sostenibilità forte → Approccio Ecocentrico → Devo tutelare quello che c’è perché l’ecosistema non si

potrà mai rigenerare. 3

Sostenibilità dell’interazione tra attività antropiche e ambiente (Visione dell’Ambiente

come “bene economico”)

Vediamo cosa succede analizzando tre casi di caratterizzazione dei flussi. In particolare, pensando che

l’ambiente ci fornisce dei beni e che sono dei beni caratterizzati da un’utilità e una scarsità (utilità +

disponibilità limitata), possiamo classificarli in quattro tipologie:

A. risorse naturali esauribili;

B. risorse naturali rinnovabili;

C. disponibilità dell’ambiente ad essere recettore di rifiuti;

D. beni ambientali (paesaggio, attività ricreative, …).

Guardando al punto A) → Le risorse naturali esauribili sono quelle risorse che non si rigenerano, ad es. i

combustibili fossili. Di queste risorse in natura abbiamo uno stock finito e l’uso porta immediatamente al

consumo.

Possiamo definire un criterio di sostenibilità per questo?

La sostenibilità forte dice di NO, perché comunque l’aspetto ambientale viene danneggiato, perché alcuni

di questi sono ad uso singolo (es. i combustibili fossili che vengono bruciati e poi quindi non possono più

essere riutilizzati).

La sostenibilità debole invece dice di SI, a patto comunque che queste risorse non vengano consumate

troppo rapidamente.

Poiché l’approccio forte porta, molto spesso, ad un immobilismo, la pratica corrente è un tentativo di

approccio debole. Quindi il problema di sostenibilità per le materie prime esauribili è limitare la quantità

estratta per unità di tempo.

Questo è vero e valido per le risorse ad uso singolo. Le risorse minerali, ad esempio, non sono ad uso

singolo, non si consumano nell’uso (es. i metalli). Quindi il “riutilizzo” diventa importante per questi

materiali. Questa possibilità di riutilizzo minimizza la quantità richiesta verso l’ambiente però non la elimina

completamente.

Guardando al punto B) → Per risorse rinnovabili, cioè che si rigenerano in tempi brevi, sostenibilità

significa sfruttarle con una velocità che è più bassa di quella con cui possono rigenerarsi (es. il legname).

Questo mi permette di andare avanti illimitatamente nell’estrarre quel bene dall’ambiente e di sfruttare

una determinata risorsa ambientale senza danneggiare l’ambiente.

DOMANDA: L’uso di una risorsa rinnovabile è automaticamente sostenibile?

No. È sostenibile solo se viene fatto rispettando il vincolo di velocità.

La difficoltà nel garantire la sostenibilità di queste risorse è capire come si rigenerano.

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Guardando al punto C) → L’ambiente è anche in grado di metabolizzare i nostri rifiuti. Non è automatico

che rilasciare un rifiuto/una sostanza all’ambiente lo danneggi; entro certi limiti, entro una certa capacità,

di velocità (quantità x unità di tempo) di metabolizzazione, l’ambiente riesce a gestire certe sostanze in

maniera tale da non danneggiare. Quindi, se noi riusciamo a identificare questa condizione limite,

potremmo idealmente rilasciare sostanze all’ambiente in una maniera più sostenibile. La velocità di scarico

verso l’ambiente (v ) deve essere minore della velocità di metabolizzazione (v ) da parte dell’ambiente.

sc m

Tutto ciò è chiaro che risulta difficile da valutare e per alcune sostanze non è nemmeno possibile; ci sono

alcune sostanze, infatti, che l’ambiente non è in grado di metabolizzare (es. le sostanze non biodegradabili).

Quando superiamo questa condizione di velocità si crea un danno all’ambiente.

Guardando al punto D) → L’ambiente è anche un bene in sé, dal punto di vista ricreativo, dal punto di vista

della bellezza (paesaggio), e ovviamente anche questo va tutelato.

Sostenibilità per vari tipi di «beni» dell’ambiente

Un esempio di metrica di sostenibilità: Impronta ecologica (Ecological Footprint)

Per vedere l’esemplificazione completa di quello che abbiamo appena detto introduciamo un indicatore:

Ecological Footprint. Questo indicatore è pensato per guardare la pressione sull’ambiente delle attività

umane, l’impronta di queste attività. È un indicatore che è pensato per analizzare, per esempio, le attività

produttive di un paese nel suo complesso.

Impronta ecologica: misura della superficie di terre produttive (superfici che sostengono la domanda

umana per cibo, fibre, legname, energia e spazio per infrastrutture, esclusi i deserti, i ghiacciai, oceani

aperti) e acqua che è necessaria a una popolazione per produrre le risorse che consuma e metabolizzare i

rifiuti che produce, utilizzando le tecnologie correnti. L’impronta ecologica può essere confrontata con la

superficie disponibile (biocapacità).

È generalmente calcolata a livello globale o di singole nazioni.

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Per definire l’impronta si va a vedere quanta area serve per la realizzazione di edifici e di opere (case,

industrie, ecc..), per produrre legname (per la produzione di risorse in generale), per produrre cibo e infine

l’aera legata al cibo che deriva dal mare.

Queste sono delle aree che riguardano risorse. Abbiamo poi l’area legata all’energia (carbon footprint),

ovvero l’area necessaria per metabolizzare la CO emessa.

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Queste aree calcolate le confronto poi con l’area effettivamente disponibile; vado a vedere quindi se

l’impronta ecologica di un paese è più grande o più piccola di ciò che quel territorio può mettere a

disposizione (biocapacità). L’idea è che se ciò che viene richiesto è più alto di quello disponibile stiamo

danneggiando l’ambiente; viceversa, siamo in condizioni di sostenibilità.

L’idea della tutela ambientale è quella di ridurre la footprint e migliorare la biocapacità. Nemmeno la

biocapacità è costante perché anche l’ambiente ha una sua evoluzione.

Equilibrio tra impronta ecologica e biocapacità → Sostenibilità.

Indice di Sviluppo Umano/ Human Development Index (HDI)

Gli indicatori di sviluppo si sforzano di misurare il miglioramento della qualità della vita (sviluppo) e

l’espansione delle libertà reali. Sono stati proposti vari approcci, con l’idea di superare il PIL come

indicatore di riferimento.

Vari esperti riconoscono che il PIL, non da solo, non è un buon rappresentante dello sviluppo perché

fotografa soltanto la ricchezza generata ma non chi ha questa ricchezza. Si potrebbe avere un PIL molto

grande ma avere nello stesso tempo forti disuguaglianze sociali non accettabili dal punto di vista dello

sviluppo. 6

È stato proposto quindi, a partire dagli anni ’80, un indicatore chiamato Indice di Sviluppo Umano/ Human

Development Index (HDI) che tenta di dare una rappresentazione quantitativa dello sviluppo che sia

migliore di quella data dal PIL.

Si basa sulla media geometrica di tre indici:

▪ Salute: misura della aspettativa di vita alla nascita;

▪ Istruzione: anni di scolarizzazione prevedibili per un fanciullo che inizia ora il suo percorso e la

durata media della scolarizzazione (conclusa) di adulti di età superiore a 25 anni;

▪ Standard di vita: reddito medio lordo pro-capite (GDI). Questo indicatore guarda mediamente come

vengono distribuite le ricchezze. GDI≠GDP in quanto è la parte del GDP che resta disponibile nel

paese in esame.

La differenza con l’impronta ecologica vista prima è che questa fotografa la situazione in un certo momento

sul rispetto della biocapacità senza dirci se abbiamo uno sviluppo sostenibile. Dice solo se adesso quello che

stiamo facendo è sostenibile o no.

L’equazione IPAT

Esempi di applicazione di «IPAT» 7

L’equazione IPAT – Un esempio

Il ruolo della risposta tecnologica

Noi ingegneri possiamo aiutare a migliorare il termine tecnologico della IPAT. Ci sono due diverse vie

attraverso cui il nostro lavora ci aiuta: innovazione e ottimizzazione.

Ottimizzare significa prendere il sistema com’è e migliorarlo;

Innovare significa cambiare qualcosa.

Il grafico ci dice che dall’ottimizzazione ci aspettiamo risposte a breve termine. Spesso l’ottimizzazione

dell’impatto ambientale non è in contrasto con l’ottimizzazione economica.

Da un’ottimizzazione solitamente possiamo ottenere un miglioramento modesto perché ci sono dei limiti

intrinseci legati ad una tecnologica legati ad un impatto.

Quindi l’ottimizzazione ci limita.

L’innovazione ci piò consentire maggiori risultati in termini di impatto, ma ha tempi lunghi.

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Sostenibilità: il ruolo dell’ingegnere

È importante avere una visione olistica del problema, che guarda il problema da tanti punti di vista

differenti; solo in questo modo possiamo renderci conto dell’impatto vero sull’ambiente e sulla sostenibilità

in generale.

Ruolo dell’ingegnere:

– Conoscere la problematica di sostenibilità e riconoscente l’influenza che le attività tecniche hanno

sullo sviluppo sostenibile;

– Sviluppare e fornire soluzioni pratiche e fattibili ai problemi ambientali;

– Agire proattivamente, promuovendo strategie intrinseche e un’ottica «di sistema» fin dalle attività

di progettazione (e.g. evitare «problem shift»).

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10 Venerdì 25 febbraio - Lezione 2

Ecologia industriale, Economica Circolare, Simbiosi Industriale…

Interazione tra attività umane e ambiente

Le interazioni tra ambiente e sistema produttivo derivano dall’azione combinata dei numerosi «attori»

presenti nel sistema produttivo stesso. L’implementazione della sostenibilità e la tutela ambientale

richiedono sia azioni sui singoli elementi, sia una visione «di sistema».

Ci sono due termini che sono abbastanza efficaci nel descrivere l’interazione tra attività umane e ambiente

che sono tecnosfera ed ecosfera. La tecnosfera è tutto ciò che è legato alla tecnologia, alle attività umane,

mentre l’ecosfera è il sistema ambientale.

Gli scambi tra risorse e rifiuti avvengono quindi tra ecosfera e tecnosfera. È chiaro che c’è una rete di

scambi molto intensa anche all’interno dell’ambiente (ecosfera) e anche all’interno tecnosfera.

Nello schema in alto è illustrato un esempio di scamb