Environmental damage estimations in industrial process chains
- Autores: Guido Sonnemann
- Directores de la Tesis: Francesc Castells Piqué (dir. tes.), Marta Schuhmacher Ansuategui (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2002
- Idioma: inglés
- ISBN: 84-699-8669-4
- Tribunal Calificador de la Tesis: Xavier Farriol Roigés (presid.), Francesc Xavier Grau Vidal (secret.), Michael Hauschild (voc.), Miquel Rigola Lapeña (voc.), Robert Ackerman (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: TDX
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Tesi doctoral de Guido W. Sonnemann, Universitat Rovira i Virgili, 2002 Environmental Damage Estimations in Industrial Process Chains Methodology development with a case study on waste incineration and a special focus on human health Resum (600 paraules) Les estimacions de danys ambientals en cadenes de processos necessiten lavaluació dimpactes ambientals en dues perspectives: orientades cap a cadenes de processos i orientades localment. Per a ambdues perspectives shan desenvolupat eines específiques davaluació: lAvaluació del Cicle de Vida (ACV o LCA) i lAvaluació del Risc Ambiental (ERA). LACV és una eina, bastant nova, orientada cap a cadenes de processos, per avaluar el perfil ambiental dels productes, enfocada cap al cicle de vida complet daquests. A la fase de lAvaluació de lImpacte del Cicle de Vida (LCIA) savaluen els resultats del Inventari del Cicle de Vida (LCI) dun sistema de producte, per entendre millor el seu significat ambiental. LERA és una eina per avaluar el risc de substàncies químiques específiques. A lanàlisi dexposició, savalua el risc dun procés en un lloc concret. LAnàlisi de Vies dImpacte (IPA) és un mètode semblant que sha desenvolupat per a lavaluació dels danys ambientals en termes de paràmetres dimpactes físics, com per exemple els casos de càncer. A lIPA normalment aquests paràmetres es converteixen en costs externs. No obstant això, els individus podrien preferir altres esquemes de valoració.
Els productes es fabriquen en una cadena ramificada de processos. Existeixen mètodes específics per a lavaluació ambiental de productes que no shaurien demprar directement per a lavaluació dun número de processos industrials amb una unitat funcional comuna, ja que el nivell de sofisticació en lavaluació pot ser més elevat per a cadenes de processos industrials amb un número limitat de processos inclosos que per a productes complexos. Shan realitzat pocs esforços, per explorar sistemàticament les incerteses inherents, interfases i tipus de possibilitats dintegració i comunicació dels mètodes davaluació ambientals citats, orientats per un costat a cadenes de processos i per laltre els orientats localment, en el cas de cadenes de processos industrials. Per això lobjectiu daquesta tesi, és trobar un compromís adequat entre els mètodes davaluació dimpacte ambiental, orientats a cadenes de processos i els orientats localment i, convertir les estimacions de danys ambientals en resultats significatius, com els costs ambientals.
La tesi ofereix un algoritme matemàtic i un esquema que permet la diferenciació espaial a diferents nivells de detall i proposa una integració de lACV, lIPA i els costs ambientals. La metodologia establerta Estimacions de Danys Ambientals per a Cadenes de Processos Industrials posa els punts mitjos i els punts finals en un marc comú. Saplica i se segueix desenvolupant un mètode per a lavaluació dimpactes depenents del lloc com una manera per aconseguir un compromís entre les avaluacions del dany específic de lloc i els indicadors potencials del cicle de vida. El mètode utilitza classes genèriques dimpacte que corresponen a diverses distribucions de receptors i condicions de dispersió basades en un raonament estadístic. Una part del desenvolupament de la metodologia consisteix en lanàlisi de les incerteses en el LCI i lIPA per la simulació de Monte Carlo. Aquesta aplicació paral.lela permet mostrar que les incerteses de linventari són menys importants que les dels danys.
Els mètodes presentats i la metodologia desenvolupada shan aplicat amb èxit per diferents camins al cas pràctic dincineració de residus i, especialment, al seu impacte sobre la salut humana. La comparació dels resultats derivats, mitjançant indicadors dimpacte de punt final, amb els obtinguts per a lindicador de punt mitjà, indica que per la situació del cas pràctic lindicador de punt mitjà desestima limpacte ambiental dels processos de transport. Sha establert la base per a la creació duna nova generació de models de gestió integrada de residus que inclou loptimització de la ubicació de plantes de tractament de residus i de la difusió de les rutes de transports corresponents.
RESUMEN Tesis doctoral de Guido W. Sonnemann, Universitat Rovira i Virgili, 2002 Environmental Damage Estimations in Industrial Process Chains Methodology development with a case study on waste incineration and a special focus on human health Resumen (600 palabras) Las estimaciones de daños ambientales en cadenas de procesos necesitan la evaluación de impactos ambientales en dos perspectivas: orientadas hacia cadenas de procesos y orientadas localmente. Para las dos perspectivas se han desarrollado herramientas específicas de evaluación: el Análisis del Ciclo de Vida (ACV o LCA) y la Evaluación del Riesgo Ambiental (ERA). El ACV es una herramienta, bastante nueva, orientada hacia cadenas de procesos, para evaluar el perfil ambiental de los productos, enfocada hacia el ciclo de vida completo de éstos. En la fase de la Evaluación del Impacto del Ciclo de Vida (LCIA) se evalúan los resultados del Inventario del Ciclo de Vida (LCI) de un sistema de producto, para entender mejor su significado ambiental. La ERA es una herramienta para evaluar el riesgo de substancias químicas específicas. En el análisis de exposición, se evalúa el riesgo de un proceso en un lugar concreto. El Análisis de Vías de Impacto (IPA) es un método similar que se ha desarrollado para la evaluación de los daños ambientales en forma de parámetros de impactos físicos, como casos de cáncer. En el IPA normalmente estos parámetros están convertidos en costes externos.
Los productos se fabrican en una cadena ramificada de procesos. Existen métodos específicos para la evaluación ambiental de productos que no se deberían aplicar directamente para la evaluación de un número de procesos industriales con una unidad funcional comuna, ya que el nivel de sofisticación en la evaluación puede ser más elevado para cadenas de procesos industriales con un número limitado de procesos incluidos que para productos complejos. Se han realizado pocos esfuerzos, para explorar sistemáticamente las incertidumbres inherentes y los tipos de posibilidades de integración y comunicación de los métodos de evaluación ambiental citados, orientados de un lado a cadenas de procesos y del otro lado orientados localmente, en el caso de cadenas de procesos industriales. Por eso el objetivo de esta tesis, es: encontrar un compromiso adecuado entre los métodos de evaluación de impacto ambiental, orientados a cadenas de procesos y los orientados localmente y, convertir las estimaciones de daños ambientales en resultados significativos, como los costes ambientales.
La tesis ofrece un algoritmo matemático y un esquema que permite la diferenciación espacial a diferentes niveles de detalle y propone una integración del ACV, IPA y costes ambientales. La metodología establecida Estimaciones de Daños Ambientales para Cadenas de Procesos Industriales pone los puntos medios y los puntos finales en un marco común. Se continúa el desarrollo de un método para la evaluación de impactos dependientes del lugar como una manera para conseguir un compromiso entre les evaluaciones del daño específico de lugar y los indicadores potenciales del ciclo de vida. El método utiliza clases genéricas de impacto que corresponden a diversas distribuciones de receptores y condiciones de dispersión basadas en un razonamiento estadístico. Como parte del desarrollo de metodología, se analizan las incertidumbres en el LCI y IPA mediante la simulación de Monte Carlo.
Los métodos presentados y la metodología desarrollada se han aplicado con éxito por diferentes caminos al caso práctico de incineración de residuos y especialmente a su impacto sobre la salud humana. La comparación de los resultados derivados mediante indicadores de impacto de punto final con los obtenidos para el indicador de punto medio, indica que para la situación del caso práctico el indicador de punto medio desestima el impacto ambiental de los procesos de transporte. Se ha establecido la base para la creación de una nueva generación de modelos de gestión integrada de residuos que incluye la optimización de la ubicación de plantas de tratamiento y de las rutas de transportes correspondientes.
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Ph.D. thesis of Guido W. Sonnemann, Universitat Rovira i Virgili, 2002 Environmental Damage Estimations in Industrial Process Chains Methodology development with a case study on waste incineration and a special focus on human health Abstract (600 words) Environmental damage estimations in industrial process chains need the assessment of environmental impacts in two perspectives: process chain-orientated and site-orientated. For both perspectives environmental assessment tools exist: Life Cycle Assessment (LCA) and Environmental Risk Assessment (ERA). LCA is a fairly new chain-orientated tool to evaluate the environmental performance of products focussing on its entire life cycle. In the Life Cycle Impact Assessment (LCIA) phase a product systems Life Cycle Inventory (LCI) results are evaluated to better understand their environmental relevance. ERA is a tool to assess the risk of chemicals. In the exposure analysis the risk of a process at one location is evaluated. The Impact Pathway Analysis (IPA) is a method related to ERA that has been developed for the assessment of environmental damages by the terms of physical impact parameters like cancer cases. Usually in the IPA the physical impact parameters are converted into external environmental costs, but depending on personal values individuals may prefer other existing weighting schemes to express different types of environmental damages.
Products are manufactured in a ramified chain of processes. While specific tools exist for the environmental assessment of products and processes, this is not the case for the assessment of a number of industrial processes with a common functional unit such as end-of-life cycles. However, the level of sophistication in the assessment can be much higher for industrial process chains with a quite limited number of processes involved than for the life cycles of complex products. Only little efforts have been made so far to systematically explore the inherent uncertainties, interfaces and possibilities for integration and communication of the chain-orientated and site-orientated environmental assessment methods in the case of such industrial process chains. Therefore, the objective of this thesis is to find an adequate trade-off between process chain-orientated and site-orientated environmental impact assessment and to convert environmental damage estimates in meaningful results like environmental costs.
The thesis proposes a mathematical framework and a flowchart that allows spatial differentiation at different levels of detail based on the integration of LCA, ERA and IPA with environmental costs. This methodology called Environmental Damage Estimations in Industrial Process Chains puts the conventional potential midpoint LCIA indicators in a common framework with damage endpoint IPA indicators. As a trade-off between site-specific damage assessments and potential life cycle indicators a currently existing site-dependent impact assessment is further developed and integrated in the methodology proposed. The site-dependent impact assessment method is based on statistical reasoning and uses representative generic impact classes corresponding to receptor distribution and dispersion conditions. As part of the methodology development, uncertainties in the LCI and IPA are analysed using Monte Carlo Simulation. This parallel analysis permits to show that the uncertainties in the inventory analysis are less important than those in the damage assessment.
The presented methods and the developed methodology were successfully applied in several ways to a case study on waste incineration with a special focus on human health. In a comparison of the results obtained by endpoint indicators with midpoint indicators it was found that for the situation of the case study apparently the midpoint indicators underestimate the environmental impact of the transport processes. A new generation of integrated waste management tools seems to be feasible that takes into account the setting of the waste treatment installations and the sites affected by the transport routes, allowing in this way an overall environmental optimisation
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