Valutazione del ciclo di vita di un sistema innovativo di valorizzazione dei rifiuti agricoli: caso di studio del progetto TEAPOTS

This study evaluates the potential environmental performance of the TEAPOTS Integrated Solution (TIS), an innovative agricultural-waste valorization system designed to convert agricultural residues into useful energy and soil-improving products through the Life Cycle Assessment (LCA). The assessment adopted a modified cradle-to-gate system boundary and a functional unit of processing 1 tonne of agricultural waste. Primary project information was used to define the system configuration, process stages, and relevant flows, while the quantitative Life Cycle Inventory was mainly developed from systematically selected and harmonized secondary literature data. The model was implemented in SimaPro 10.2.0.1 using Ecoinvent v3.10 background datasets and the ReCiPe 2016 Midpoint (H) method. System expansion was applied to account for the substitution of conventional fertilizer, heat, and electricity by the useful outputs of the system. The results showed negative net characterization values across all 18 midpoint impact categories, including −2,220 kg CO₂ eq for global warming, indicating that the calculated avoided environmental burdens exceeded the operational impacts under the adopted modelling assumptions. The Compost Heat Recovery System (CHRS) was identified as the dominant environmental-benefit hotspot, mainly due to avoided NPK fertilizer and central heat production, while the Pyrolysis Unit (PU) and Organic Rankine Cycle (ORC) provided additional benefits through fertilizer and electricity substitution. The main remaining burden hotspots were electricity consumption in the Dry Cooler (DC), diesel use in CHRS pre-treatment, direct particulate and acidification impacts from PU pre-treatment, and ozone-forming emissions from PU. Gravity analysis confirmed these dominant environmental pathways. However, the magnitude of the calculated benefits is strongly influenced by avoided-product assumptions, particularly the substitution of NPK fertilizer by biochar and compost. Overall, the study demonstrates the potential environmental advantages of integrating agricultural-waste treatment with the recovery of biochar, compost, heat, and electricity, while highlighting the need for complete pilot-scale data and refined substitution ratios.

Questo studio valuta le potenziali prestazioni ambientali della TEAPOTS Integrated Solution (TIS), un innovativo sistema di valorizzazione dei rifiuti agricoli progettato per convertire i residui agricoli in energia utile e prodotti per il miglioramento del suolo mediante la Life Cycle Assessment (LCA). La valutazione ha adottato un confine di sistema modificato cradle-to-gate e un’unità funzionale corrispondente al trattamento di 1 tonnellata di rifiuti agricoli. Le informazioni primarie del progetto sono state utilizzate per definire la configurazione del sistema, le fasi di processo e i flussi rilevanti, mentre l’Inventario del Ciclo di Vita quantitativo è stato sviluppato principalmente a partire da dati secondari provenienti dalla letteratura, selezionati sistematicamente e armonizzati. Il modello è stato implementato in SimaPro 10.2.0.1 utilizzando i dataset di background Ecoinvent v3.10 e il metodo ReCiPe 2016 Midpoint (H). È stata applicata l’espansione del sistema per tenere conto della sostituzione di fertilizzanti convenzionali, calore ed elettricità con gli output utili del sistema. I risultati hanno mostrato valori netti di caratterizzazione negativi in tutte le 18 categorie di impatto midpoint, inclusi −2.220 kg CO₂ eq per il riscaldamento globale, indicando che gli impatti ambientali evitati calcolati hanno superato gli impatti operativi nelle ipotesi di modellazione adottate. Il Compost Heat Recovery System (CHRS) è stato identificato come il principale hotspot di beneficio ambientale, principalmente grazie alla produzione evitata di fertilizzante NPK e di calore centralizzato, mentre la Pyrolysis Unit (PU) e l’Organic Rankine Cycle (ORC) hanno fornito ulteriori benefici attraverso la sostituzione di fertilizzanti ed elettricità. I principali hotspot di impatto residuo sono risultati essere il consumo di elettricità nel Dry Cooler (DC), l’uso di diesel nel pretrattamento del CHRS, gli impatti diretti da particolato e acidificazione derivanti dal pretrattamento della PU e le emissioni della PU responsabili della formazione di ozono. L’analisi di gravità ha confermato questi principali percorsi ambientali. Tuttavia, l’entità dei benefici calcolati è fortemente influenzata dalle ipotesi relative ai prodotti evitati, in particolare dalla sostituzione del fertilizzante NPK con biochar e compost. Nel complesso, lo studio dimostra i potenziali vantaggi ambientali dell’integrazione del trattamento dei rifiuti agricoli con il recupero di biochar, compost, calore ed elettricità, evidenziando al contempo la necessità di dati completi su scala pilota e di rapporti di sostituzione più accurati.