Methodological advancements in lca of waste management systems

Abstract

La gestió de residus ha estat identificada per la Comissió Europea, l'Agència de Protecció Ambiental dels Estats Units i l'Organització per a la Cooperació Econòmica i el Desenvolupament, entre altres institucions, com un tema clau per a l'assoliment d'una societat eficient en l'ús de recursos i per aconseguir una economia sostenible. Les pràctiques de gestió de residus han de ser millorades per tal de reforçar el reciclatge de materials, tancant cicles de materials essencials i també recuperant energia a partir dels residus, alhora que es garanteix que no s'alliberen substàncies tòxiques al medi ambient. En essència, això significa passar d'un model lineal d'economia basat en extreure, usar i llençar a un model més circular.

L'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV) ha anat guanyant acceptació en els últims anys a Europa com la millor eina per ajudar en la presa de decisions sobre polítiques de gestió de residus i planificació. Aquesta proporciona una visió global i ampliada del sistema, té en compte tots els processos que intervenen i les seves interaccions amb l'economia (mitjançant la reintroducció de materials reciclats o de l'energia recuperada del sistema de gestió de residus), així com la quantificació de l'impacte d'un conjunt complet dels efectes ambientals (p. ex. el canvi climàtic, l'esgotament de la capa d'ozó, l'acidificació o l'eutrofització).

Durant les últimes dècades, alguns autors han identificat qüestions metodològiques en realitzar ACV de Sistemes de Gestió de Residus (SGR) que poden tenir una gran influència en els resultats finals de l'anàlisi. Aquestes qüestions s'han abordat en les últimes guies metodològiques sobre ACV i gestió de residus elaborades pel Joint Research Centre de la Unió Europea (publicades el 2011). No obstant això, segons l'autora, encara hi ha algunes qüestions importants en l'aplicació d'ACV per avaluar l'eficiència ambiental de SGR que mereixen especial atenció. En particular, la forma en què els sistemes de recollida i els crèdits associats a la recuperació de materials han estat modelitzats històricament necessiten ser revisats, especialment si el focus de l'anàlisi és el sistema de recollida en si mateix i si estem duent a terme una anàlisi del sistema des del punt de vista de l'ACV atribucional. D'altra banda, la forma en què s'està avaluant l'esgotament de recursos en ACV ha estat qüestionada recentment en la literatura, i necessita també ser analitzada.

El treball realitzat en aquesta tesi pretén ressaltar aquestes importants qüestions i donar una mica de llum sobre com abordar-les. Els resultats de la tesi són: (1) un mètode alternatiu per comptabilitzar els crèdits deguts a la recuperació de materials en ACV, més en línia amb l'objectiu fonamental o l'enfocament de l'ACV atribucional; (2) un nou model predictiu per avaluar el comportament ambiental de l'etapa recollida de residus, que produeix resultats més precisos que altres models existents en comparar-los amb rutes reals de recollida; i (3) una contribució al debat obert sobre el futur desenvolupament d'un mètode més robust per a l'avaluació de la categoria d'impacte d'escassetat de recursos en ACV, mitjançant la recerca de sinèrgies amb la metodologia de l’Emergy Accounting.

La gestión de residuos ha sido identificada por la Comisión Europea, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la Organización para la Cooperación Económica y el Desarrollo, entre otras instituciones, como un tema clave para el logro de una sociedad eficiente en el uso de recursos y para lograr una economía sostenible. Las prácticas de gestión de residuos deben ser mejoradas con el fin de reforzar el reciclaje de materiales, cerrando ciclos de materiales esenciales y también recuperando energía a partir de los residuos, al tiempo que se garantiza que no se liberan sustancias tóxicas al medio ambiente. En esencia, esto significa pasar de un modelo lineal de economía basado en extraer, usar y tirar a un modelo más circular.

El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) ha ido ganando aceptación en los últimos años en Europa como la mejor herramienta para ayudar en la toma de decisiones sobre políticas de gestión de residuos y planificación. Éste proporciona una visión global y ampliada del sistema, tiene en cuenta todos los procesos que intervienen y sus interacciones con la economía (mediante la reintroducción de materiales reciclados o de la energía recuperada del sistema de gestión de residuos), así como la quantificación del impacto de un conjunto completo de los efectos ambientales (p. ej. el cambio climático, el agotamiento de la capa de ozono, la acidificación o la eutrofización).

Durante las últimas décadas, algunos autores han identificado cuestiones metodológicas al realizar ACV de Sistemas de Gestión de Residuos (SGR) que pueden tener una gran influencia en los resultados finales del análisis. Estas cuestiones se han abordado en las últimas guías metodológicas sobre ACV y gestión de residuos elaboradas por el Joint Research Centre de la Unión Europea (publicadas en 2011). Sin embargo, según la autora, todavía hay algunas cuestiones importantes en la aplicación del ACV para evaluar la eficiencia ambiental de SGR que merecen especial atención. En particular, la forma en que los sistemas de recogida y los créditos asociados a la recuperación de materiales han sido modelizados históricamente necesitan ser revisados, especialmente si el foco del análisis es el sistema de recogida en sí mismo y si estamos llevando a cabo un análisis del sistema desde el punto de vista del ACV atribucional. Por otro lado, la forma en que se está evaluando el agotamiento de recursos en ACV ha sido cuestionada recientemente en la literatura, y necesita también ser analizada.

El trabajo realizado en esta tesis pretende resaltar estas importantes cuestiones y arrojar algo de luz sobre cómo abordarlas. Los resultados de la tesis son: (1) un método alternativo para contabilizar los créditos debidos a la recuperación de materiales en ACV, más en línea con el objetivo fundamental o el enfoque del ACV atribucional; (2) un nuevo modelo predictivo para evaluar el comportamiento ambiental de la etapa de recogida de residuos, que produce resultados más precisos que otros modelos existentes al compararlos con rutas reales de recogida; y (3) una contribución al debate abierto sobre el futuro desarrollo de un método más robusto para la evaluación de la categoría de impacto de escasez de recursos en ACV, mediante la búsqueda de sinergias con la metodología de Emergy Accounting.

Waste management has been identified by the European Commission, the United States Environmental Protection Agency and the Organization for Economic Cooperation and Development, among other institutions, as a key issue for the achievement of a resource-efficient society and for achieving a sustainable economy. Waste management practices need to be improved in order to reinforce material recycling, closing essential material loops and also recovering energy from waste, while at the same time ensuring that toxic substances are not released to the environment. This essentially means moving from a linear extraction-use-throw away economy model to a more circular one.

Life Cycle Assessment (LCA) has been gaining acceptance in recent years as the best tool to assist decision making for waste management policy and planning in Europe. It can provide a global and expanded view of the system, taking into account all the processes involved and its interactions with the economy (by means of reintroducing recycled materials or energy recovered from the waste management system), as well as accounting for a complete set of environmental effects (i.e. climate change, ozone layer depletion, acidification or eutrophication).

During the last decades, some authors have identified methodological issues when performing LCA of Waste Management Systems (WMS) that may have a great influence on the final results of the analysis. These issues have been addressed in the last methodological guidelines about LCA and waste management developed by the Joint Research Centre of the European Union (published in 2011). However, according to the author, there are still some important issues when applying LCA to evaluate the environmental efficiency of WMS that merit special attention. In particular, the way in which collecting systems and credits due to material recovery have been historically modelled needs to be reviewed, especially if the focus of the analysis is the collection system itself and if we are performing an analysis of the system from an attributional LCA point of view. On the other hand, how resource depletion is assessed in LCA has been recently questioned in the literature, and needs also to be analysed.

The work done in this thesis aims to identity these important issues and shed some light on how to address them. The outcomes of the thesis are (1) an alternative method to account for the credits of material recovery in LCA, more in line with the fundamental aim of the attributional approach in LCA; (2) a new predictive model for evaluating the environmental perfomance of waste collection, which produces more accurate results when compared with real collection routes than other existing models; and (3) a contribution to the ongoing discussion for the future development of a more robust method for evaluating Resource Scarcity impact category in LCA, by looking at synergies with Emergy Accounting methodology.