Αξιολόγηση εναλλακτικών τεχνολογιών αποκεντρωμένης διαχείρισης νερού με τη μεθοδολογία αποτίμησης κύκλου ζωής (LCA)

Αξιολόγηση εναλλακτικών τεχνολογιών αποκεντρωμένης διαχείρισης νερού με τη μεθοδολογία αποτίμησης κύκλου ζωής (LCA) Αλεξάνδρα Κατσίρη, Ομ. Καθηγήτρια ΕΜΠ Υδρόπολη Θaλής 2015 Ημερίδα Προγράμματος, Ρόδος, 4-9-2015 1

Τεχνολογίες αποκεντρωμένης διαχείρισης νερού Χωριστή συλλογή και επεξεργασία των διαφόρων ρευμάτων χρησιμοποιημένου νερού μέσα στην κατοικία επίπεδο κατοικίας, συγκροτήματος, γειτονιάς, κλπ Ανακύκλωση επεξεργασμένου «γκρι νερού» στην τουαλέτα ή για άρδευση κήπων ή χώρων πρασίνου Αξιοποίηση των οργανικών υπολειμμάτων κουζίνας, «μαύρου νερού» και των πράσινων κήπων ως κομπόστα στη γεωργία Τοπική διαχείριση αστικών απορροών (SUDs) Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 2

Τι είναι η LCA? Η LCA είναι ένα εργαλείο για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός «συστήματος παραγωγής» σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής του: από την εξόρυξη των πρώτων υλών την παραγωγή των υλικών, των επί μέρους εξαρτημάτων και του τελικού προϊόντος τη χρήση του προϊόντος και τη διαχείριση του προϊόντος μετά την απόρριψή του μέσω επαναχρησιμοποίησης, ανακύκλωσης η τελικής διάθεσης. Συγκέντρωση και αξιολόγηση των εισροών και εκροών υλικών και ενέργειας. Ο όρος «σύστημα παραγωγής» περιλαμβάνει προϊόντα, διαδικασίες ή/και υπηρεσίες Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 3

Μεθοδολογία LCA σύμφωνα με το ISO 14040/44 Περιλαμβάνει 4 βασικά στάδια: Στάδιο 1: Καθορισµός του σκοπού και του πεδίου δράσης (Goal and scope definition ) Στάδιο 2: Απογραφική ανάλυση (Inventory analysis, LCI) Στάδιο 3: Αποτίµηση επιπτώσεων (Impact assessment, LCIA) Στάδιο 4: Ερμηνεία (Interpretation) Μεταξύ της ερμηνείας και των τριών άλλων σταδίων υπάρχει μια συνεχής δράση/ανάδραση ISO 14044, (2006). Environmental Management e Life Cycle Assessment e Requirements and Guidelines. International Standards Organisation, Geneva. Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 4

Life cycle assessment framework Goal and scope definition Inventory analysis Interpretation Impact assessment Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 5

1.1 Σκοπός - Τι επιδιώκει η ανάλυση κύκλου ζωής? Να αναδείξει τα οικολογικά πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι νέες τεχνολογίες σε σχέση με τις συμβατικές Να αποκαλύψει τα τυχόν κομβικά σημεία (hotspots) των τεχνολογιών από οικολογική άποψη Να προσδιορίσει τις σημαντικότερες παραμέτρους και διαδικασίες των τεχνολογιών που επηρεάζουν την LCA, και να διευκολύνει ή και να απλουστεύσει τη διεξαγωγή μελλοντικών μελετών LCA Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 6

1.2 Πεδίο εφαρμογής Συμβατικό σύστημα Συμβατικό σύστημα Τροφοδοσία πόσιμου νερού Σωλήνες συλλογής και απομάκρυνσης λυμάτων από τις κατοικίες Δίκτυο αποχέτευσης Συμβατική εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων ενεργού ιλύος, με απομάκρυνση αζώτου, αναερόβια χώνευση, αφυδάτωση της ιλύος Καύση βιοαερίου για παραγωγή ενέργειας και θερμότητας που χρησιμοποιείται τοπικά Διάθεση ιλύος σε γεωργική γη Διάθεση επεξεργασμένων λυμάτων σε υδάτινο αποδέκτη Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 7

1.2 Πεδίο εφαρμογής Εναλλακτικό σύστημα Αποκεντρωμένο σύστημα Τροφοδοσία πόσιμου νερού Σωλήνες συλλογής γκρι νερού, μαύρου νερού και επανακυκλοφορίας γρι νερού στην τουαλέτα και για άρδευση Ομβροδεξαμενή (προαιρετικό) Μονάδα ΜΒR επεξεργασίας γκρι νερού σε επίπεδο κατοικίας Δίκτυο αποχέτευσης μαύρου νερού Συμβατική εγκατάσταση επεξεργασίας μαύρου νερού ενεργού ιλύος, με απομάκρυνση αζώτου, αναερόβια χώνευση, αφυδάτωση της ιλύος Καύση βιοαερίου για παραγωγή ενέργειας και θερμότητας Διάθεση ιλύος σε γεωργική γη Διάθεση επεξεργασμένων λυμάτων σε υδάτινο αποδέκτη Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 8

Σχηματική διάταξη αποκεντρωμένου συστήματος Water, Energy, materials, transport Toilets Kitchen sink, dishwasher Rainwater Wash basin, shower, bath, washing machine Black water Brown water Grey water Collection tank MBR Sewer network Wastewater treatment Effluent Garden Irrigation Electricity Sludge digestion and dewatering Biogas incineration Heat Farmland application Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 9

1.3 Λειτουργική μονάδα Η συλλογή, επεξεργασία και διάθεση των υγρών αποβλήτων που παράγονται από 8 άτομα, σε διώροφη κατοικία με κήπο, επί 1 έτος Ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των ρευμάτων αποβλήτων της κατοικίας βασίστηκαν σε πραγματικές μετρήσεις και βιβλιογραφικά δεδομένα Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 10

Χρονικά όρια 1.4 Όρια συστήματος Δίκτυο Αποχέτευσης 100 έτη Δίκτυα κατοικιών 40 έτη ΣΕΛ 30 έτη ΜΒR 12,5 έτη Ορια ανάλυσης Κατασκευή, λειτουργία, αποκομιδή Όρια χωρικά Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 11

Ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων Δίκτυο αποχέτευσης ακαθάρτων Δίκτυο αποχέτευσης ομβρίων Κατασκευή ειδών υγιεινής Κατανάλωση ενέργειας για την κατασκευή Στάδιο κατασκευής χάλυβα χυτοσίδηρου χαλκού αλουμινίου stainless steel / διανομή νερού Εκσκαφές τσιμέντου κατασκευή αντλιών, κινητήρων, φυσητήρων, εξοπλισμού σκύρων Κατασκευές έργων ΠΜ Κατασκευή σωλήνων και πλαστικών δεξαμενών άμμου δομικού χάλυβα Μεταφορές υλικών Στάδιο κατασκευής μονάδων επεξεργασίας και εγκαταστάσεων Κατασκευή μονάδων μεμβρανών 1 η βαθμίδα 2 η βαθμίδα 3 η βαθμίδα Όριο ανάλυσης LCA Glass fiber Εποξειδικών πολυπροπυλενίου αιθυλενίου μεμβρανών Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή/ εξόρυξη υλικών Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή ενέργειας Κόστος μονάδας κομποστοποίησης Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 12

Ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων Λειτουργία δικτύου αποχέτευσης ακαθάρτων Λειτουργία δικτύου αποχέτευσης ομβρίων Κόστος επιθεώρησης και βλαβών Στάδιο λειτουργίας / διανομή πόσιμου νερού ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας λιπασμάτων Ανάκτηση λιπασμάτων ακαθάρτων από διάφορα ρεύματα εντός της κατοικίας FeCl3 ή Alum Μονάδες επεξεργασίας γκρι νερού ασβέστη Μεταφορές υλικών πολυμερών Στάδιο λειτουργίας μονάδων επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος Καύση βιοαερίου για παραγωγή ενέργειας και θερμότητας χλωρίου Ανάκτηση ενέργειας άλλων Διάθεση ιλύος σε γεωργική γη ως λίπασμα Διάθεση λυμάτων για πότισμα κήπων και πρασίνου Διάθεση λυμάτων σε επιφανειακό αποδέκτη Ατμοσφαιρικές εκπομπές περιλαμβανομένων των πτητικών από τη διάθεση της ιλύος 1 η βαθμίδα 2 η βαθμίδα 3 η βαθμίδα Όριο ανάλυσης LCA Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή/ εξόρυξη υλικών Λειτουργία μονάδας κομποστοποίησης Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 13

2. Απογραφική ανάλυση (LCI) Κατασκευή και αποκομιδή Στοιχεία υποβάθρου (υλικά, μεταφορές και ενέργεια) GaBi educational database, open source databases Υποδομές (κατασκευή, αποκομιδή) Δίκτυο αποχέτευσης, ανά km, Doka, 2009 WWTP, ανά m 3 λυμάτων, Doka, 2009 Δίκτυο σωληνώσεων, Remy 2006 ΜΒR, από στοιχεία κατασκευαστή Δεν έχει ληφθεί υπόψη συμπλήρωση του συστήματος λόγω αποφυγής παραγωγής λιπασμάτων ή αποφυγής παραγωγής ενέργειας Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 14

2. Απογραφική ανάλυση - Λειτουργία Στοιχεία υποβάθρου (χημικά, μεταφορές και ενέργεια) GaBi educational database, Open source databases Χρήση συντελεστών μεταφοράς άνθρακα, αζώτου, φωσφόρου και βαρέων μετάλλων στα διάφορα στάδια επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος και αναλυτική εκτίμηση εκπομπών Αναλυτικός υπολογισμός κατανάλωσης ενέργειας και χημικών με βάση τα χαρακτηριστικά των λυμάτων Εκπομπές θερμότητας από αποδόμηση βιομάζας και καύση βιοαερίου 40,53 MJ/kg C in wastewater converted to CO 2 0,012 MJ/kg N to NO 2 Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 15

Συντελεστές μεταφοράς Wastewater treatment Sludge digestion and biogas incineration Constituent Effluent Air Sludge Air Farmland Carbon (TOC) 9.7% 24.5% 65.8% 65% CO 2 -C 35% TKN 5.2% NH 4 -N 15.6% NO 3 -N 5.2% Org N 49% N 2 25% 65%, NO 2 -N 35% P 41.4% - 58.6% 0 100% S 95.7% - 4.3% 22%, SO 2 -S 78% Cd, Cr 50% 50% 0% 100% Hg, Zn, Ni, Cu P 30% 25% 10% 70% 75% 90% Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 16

3. Εκτίμηση επιπτώσεων Βήματα της μεθοδολογίας εκτίμησης επιπτώσεων Επιλογή κατηγοριών επιπτώσεων και ταξινόμηση Χαρακτηρισμός, ποσοτική εκτίμηση της επίπτωση της κάθε εκπομπής σύμφωνα με τον μηχανισμό δράσης Κανονικοποίηση, όπου οι εκπομπές μετατρέπονται με βάση κοινή αναφορά, πχ ανά κάτοικο και έτος Στάθμιση, όπου οι επιπτώσεις ταξινομούνται ανάλογα με τη σχετική σημασία τους (προαιρετικό βήμα) Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 17

GaBi 6.0 Educational License 18

19

Ρόδος 4/9/2015 20

Ρόδος 4/9/2015 21

3.1 Μεθοδολογίες εκτίμησης επιπτώσεων Midpoint only CML 2002 TRACI Endpoint only Eco-Indicator 99 EPS 2000 Midpoint and endpoint EDIP 2003 Impact 2002 LIME ReCiPe http://eplca.jrc.ec.europa.eu/uploads/ilcd-handbook-lcia-backgroundanalysis-online-12march2010.pdf Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 22

3.1 Κατηγορίες επιπτώσεων, CML 2002 Εξάντληση αβιοτικών πόρων Επιπτώσεις από τη χρήση γης Ανταγωνισμός χρήσεων Κλιματική αλλαγή Εξάντληση ατμοσφαιρικού όζοντος Τοξικότητα στον άνθρωπο Οικοτοξικότητα οικοτοξικότητα γλυκών επιφανειακών νερών οικοτοξικότητα θαλασσινών νερών οικοτοξικότητα εδάφους Ιονίζουσα ακτινοβολία Φωτοχημική ρύπανση Όξινη βροχή Ευτροφισμός Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 23

3.2 Μεθοδολογία χαρακτηρισμού I m Q mi m i I m = Η τιμή του δείκτη για την συγκεκριμένη κατηγορία επιπτώσεων Q mi = συντελεστής χαρακτηρισμού που συνδέει την παρέμβαση i με την κατηγορία επιπτώσεων m m i = το μέγεθος της παρέμβασης i, (πχ, μάζα CO 2 που εκπέμπεται στον αέρα). Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 24

3.2.1 Εξάντληση αβιοτικών πόρων Abiotic depletion ADP m i i ADP i = συντελεστής εξάντλησης του πόρου i, (kg antimony-eq/kg extraction) m i = η μάζα του πόρου i, (Kg) Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 25

3.2.2 Οικοτοξικότητα γλυκού νερού Freshwater aquatic ecot oxicity FAETP medium, i i medium medium, i FAETP medium, i = δυναμικό οικοτοξικότητας στους υδρόβιους οργανισμούς της ουσίας i, που εκπέμπεται στο μέσο medium, 1.4-dichlorobenzene eq/kg ουσίας. m i = η μάζα της ουσίας i, που εκπέμπεται στο μέσο medium, kg medium = το μέσο του περιβάλλοντος (αέρας, γλυκά νερά, θαλάσσια νερά, γεωργική γη και βιομηχανική γη). Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 26

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 27

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 28

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 29

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 30

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 31

3.3 Κανονικοποίηση Οι τιμές των επιπτώσεων μετατρέπονται με τη χρήση συντελεστών ώστε να έχουν την ίδια βάση αναφοράς, π.χ 1000 kg CO 2 -equiv/pe*a: I i, norm I I i, EU i, system pop Ι i, norm = η κανονικοποιημένη τιμή της επίπτωσης, (pe. έτος) Ι i, system = η τιμή της επίπτωσης, (kg, ή MJ/έτος) Ι i, EU = η ολική τιμή της επίπτωσης στην EU, (kg, ή MJ/έτος) pop EU = ο πληθυσμός της Ευρώπης (pe) EU Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 32

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 33

Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 34

Ευχαριστώ για την υπομονή σας! Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 35

Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Η παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: ΘΑΛΗΣ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου. Ρόδος 4/9/2015 Ενημερωτική Ημερίδα παρουσίασης του προγράμματος 36