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Life Cycle Assessment di materiali per l’edilizia funzionalizzati con nanoTiO2 estesi ad edifici storici.
No full textL'industria sta rapidamente sviluppando nanoparticelle ingegnerizzate (ENPs) che vengono applicate in una ampia gamma di prodotti industriali. Le ENPs, grazie alle loro uniche proprietà fisiche e chimiche e alle piccole dimensioni (che approssimativamente variano da 1 a 100 nm), acquisiscono nuove proprietà rispetto a quelle possedute dai corrispondenti materiali tradizionali (bulk), quali autopulenza, antibattericità, anti-appannamento, leggerezza, resistenza meccanica, durevolezza. Per questo, le ENPs sono state recentemente usate in moltissime applicazioni edili, ad esempio immettendole nelle materie prime che andranno a formare il materiale o applicando dei coatings di ENPs direttamente sui materiali da costruzione al fine di ottenere materiali come vetro, ceramica, vernici, smalti, cemento etc. con funzioni altamente superiori rispetto a quelli tradizionali. L’incontrollato aumento dell'utilizzo di ENPs sta però portando ad un inevitabile rilascio di questi materiali nell'ambiente; questo fa aumentare la necessità di valutare i rischi potenziali che questi nuovi materiali provocano per la salute umana e sull'ambiente. La metodologia LCA (Life Cycle Assessment) è stata riconosciuta come uno strumento essenziale per valutare le prestazioni ambientali dei nanoprodotti, infatti il rilascio di ENPs nell'ambiente può potenzialmente verificarsi durante tutto il loro ciclo di vita andando dalla loro fabbricazione, uso fino al trattamento di fasi di vita. Tuttavia, ad oggi non esistono indicatori per valutare i danni potenziali sulla salute umana e sull'ambiente generati dalle emissioni di nanoparticelle che possono avvenire durante tutte le fasi critiche del ciclo di vita di tali materiali. Pertanto, una chiara caratterizzazione tossicologica è un prerequisito per stabilire fattore di caratterizzazione affidabile (CFs) per la valutazione delle emissioni di nanoparticelle nella metodologia LCA. Uno degli scopi di questa tesi è quello di fornire un quadro metodologico per identificare CFs sulla salute umana e dimostrare la sua applicazione per una delle ENPs comunemente utilizzate nel settore delle costruzioni, vale a dire le nanoparticelle di biossido di titanio (nano-TiO2). Questi indicatori sono stati convalidati in quattro casi LCA studi di ecodesign di materiali da costruzione funzionalizzati con nano-TiO2, in particolare vetro float, resina poliurea, smalto ceramico, piastrella in gres porcellanato. Inoltre, è sono stati svolti studi LCA della produzione di nano-TiO2 effettuato tramite il processo di sintesi idrolitica bottom-up e il processo di sintesi top-down svolto tramite ultramacinazione. Infine, è stata valutata la performance ambientale dei materiali da costruzione funzionalizzati con nano-TiO2 ed incorporati in un edificio. Oggigiorno, i materiali da costruzione funzionalizzati con ENPs sono ampiamente usati sia nei nuovi edifici che nelle operazioni di restauro di edifici storici, poiché consentono la riduzione di molti punti critici che caratterizzano la fase d’uso che è fase del ciclo di vita di un edificio principalmente responsabile della carichi energetici ed ambientali. Per quanto concerne i processi di restauro di edifici storici, ad oggi, la valutazione della sostenibilità nel campo dei beni culturali non è ancora stata analizzata. In particolare gli aspetti sociali, culturali e storici non sono ancora stati presi in considerazione nella metodologia LCA. Al momento, non esistono neppure indicatori che permettono di modellare la sostenibilità sociale di edifici storici. Per questo motivo, un altro obiettivo di questa tesi è quello di colmare questa mancanza integrando gli aspetti sociali, culturali e storici in fase di LCIA (Life Cycle Assessment Impact) dell’analisi LCA. Infine, questa tesi si è concentrata sullo studio LCA di un processo di restauro di un edificio storico, considerando nella fase di LCIA sia gli indicatori di nanotossicità che quelli sociali, culturali e storici.Industry is rapidly developing engineered nanoparticles (ENPs) that are applied in a more and more wide variety of consumer and industrial products. Thanks to the unique physical and chemical properties of nanoparticles it is possible to obtain innovative applications. Nanoparticles gain novel properties (self-cleaning, antibacterial, anti-fogging, lightness, mechanical strength, durability, fire resistance and etc.) compared to the corresponding bulk material, thanks to their small dimensions, which range approximately from 1 to 100 nm. Thereby, ENPs have been recently used in a wide number of construction uses, such as inclusion of or coating with specific nanoparticles into/of building materials in order to obtain glazing, ceramic, resin, paint, glaze, concrete etc. with additional and superior functions.
This uncontrolled growth of ENPs employment is leading to an inevitable release of these materials into the environment. This rises the necessity to assess the potential risks that these new materials provoke to human health and environment. Life Cycle Assessment (LCA) methodology has been recognized as a key tool for assessing the environmental performance of nanoproducts. Release of ENPs into the environment can potentially occur throughout their entire life cycle: from the ENPs manufacture to the use and end of life phases. However, there are currently no indicators to evaluate the potential damage on human health and on the environment generated by the nanoparticles emissions during all critical life cycle steps of these materials (e.g. nanoparticle application, installation, use and end of life). Therefore, a clear toxicological characterization is a prerequisite in order to establish trustworthy characterization factor (CFs) for the assessment of releases of nanoparticles in the LCA methodology. One of the aims of this thesis is to provide a methodological framework to identify human health CFs and to show its application for one of ENPs commonly used in construction field, namely titanium dioxide nanoparticles (nano-TiO2). These indicators have been validated on four LCA case studies of the ecodesign of building materials functionalized with nano-TiO2, in particular float glass, polyurea resin, ceramic glaze, porcelain stoneware tile. Furthermore, the LCA studies of the nano-TiO2 production have been performed. In particular a bottom-up hydrolytic synthesis of nano-TiO2 and a top-down synthesis by ultramilling. Finally, the environmental performance of these nano-TiO2 functionalized building materials embedded, during restoration process, into a historical building has been assessed. Nowadays, building materials functionalized with ENPs are largely used and installed in both new buildings and historical building restoration, since they enable reduction of many hot spots that characterize the life cycle phase of a building that is mainly responsible of the energy and environmental loads, namely the use phase. Regarding historical buildings, nowadays, the sustainability assessment in the cultural heritage field has not yet been investigated. In particular social, cultural and historical aspects are not still taken into account in the LCA studies. At the present, there are also no indicators which enable to model the social sustainability of historical buildings. For this reason, another goal of this thesis is to fill up this gap integrating social, cultural and historical aspects into the LCIA (Life Cycle Impact Assessment) phase. In this way it is possible to have an holistic view of all benefits and impacts generated by the restoration/retrofit activities of an historical building. The final purpose of this thesis is to assess using LCA methodology the environmental burdens of the restoration of an historical building considering both nanotoxicological, social, cultural and historical indicators
Quantitative environmental assessment of solution combustion synthesis of oxide nanomaterials
No full textAmong soft chemistry strategies for the preparation of advanced functional oxide nanomaterials, solution combustion synthesis (SCS) can be easily considered the most appealing one. Indeed, with respect, for example, to sol-gel (both hydrolytic and non-hydrolytic) and hydrothermal (or solvothermal) techniques, SCS is significantly less energy and time consuming, the reason of which mainly relies in its self-sustaining character [1, 2]. However, although SCS advantages have been widely recognized and accepted worldwide, contributing to make this synthetic route well fitting in the green inorganic chemistry field [3, 4], quantitative data related to its environmental as well as human health impact is missing in the scientific literature.
Therefore, starting from a previous work from our group [5], in which the green metrics evaluation of a hydrolytic sol-gel synthesis of TiO2 nanoparticles was accurately investigated, a similar approach was applied in the present work to quantitatively assess the impact of SCS of similar oxide material.
Particularly SCS of anatase nanoparticles consists in the following three reaction steps [6]: hydrolysis (eq. 1), nitration (eq. 2) and CS employing glycine as fuel (eq. 3).
Ti(C4H9O)4 + 3H2O → TiO(OH)2 + 4C4H9OH (eq. 1)
TiO(OH)2 + 2HNO3 → TiO(NO3)2 + 2H2O (eq. 2)
3TiO(NO3)2 + 5C2H5NO2 → 3TiO2 + 8N2 + 5CO2 + 10 H2O (eq. 3)
A first evaluation, from a mere chemical point of view, was realized by means of the software EATOS (Environmental Assessment Tool for Organic Syntheses [7]). This software allows calculating some important environmental parameters, by considering data, which are easily available from the material safety data sheets.
Moreover, in order to take into consideration other potentially impacting categories such as transportation, energy and time requirements, thus realizing a cradle to the grave environmental evaluation, the Life Cycle Assessment (LCA, [8]) of the SCS of anatase TiO2 nanoparticles has been realized.
The obtained results will allow for the first time to quantitatively determine the widely recognized “greenness” of SCS technique, and, concurrently, to compare this synthetic strategy to those more conventionally employed. The quantitative environmental parameters obtained by the combined EATOS-LCA methodology, will be extremely useful to inorganic chemists and material scientists with a strong environmental awareness.
The potential applicability, of the here proposed quantitative environmental assessment to further combustion synthesis-based processes and products will be discussed as well
Life Cycle Assessment of the restoration of an historical building
No full textLa Chimica ha un ruolo fondamentale fra le discipline scientifiche nella salvaguardia e protezione dell'habitat naturale e nel miglioramento della qualità della vita. Inoltre la determinazione delle modifiche chimiche subite dall‘ambiente come conseguenza delle attività antropiche, rappresenta una conoscenza di primaria importanza per la comprensione delle ragioni alla base dei cambiamenti climatici. La Chimica poi contribuisce all'innovazione tecnologica, alla ricerca di nuovi materiali e di processi industriali puliti e, allo stesso tempo, nel settore dei Beni Culturali, offre strumenti metodologici per la salvaguardia e valorizzazione. La Chimica, quindi, si pone come fulcro per una società basata sullo sviluppo sostenibile. Il XVI Congresso Nazionale della Divisione di Chimica dell‘Ambiente e dei Beni Culturali vuole dunque mettere in risalto questi aspetti offrendo occasione di confronto e dibattito a ricercatori del mondo accademico e di strutture pubbliche e private, professionisti, studenti universitari, dottorandi e assegnisti di ricerca
Life Cycle Assessment of an adhesive for the laying of ceramic tiles
No full textThe building sector is still largely dominated by recourse to natural resources with growing consumes: the necessary request of natural aggregates generate a strong impact on the territory because of extractive activities.
The growing attention and interest towards the environment led to a wider interest in reusing and recycling building materials. Consequently it is necessary to pay attention on the contribution that the secondary aggregates may lead to the satisfaction of the building society needs. For this reason it is necessary evaluate the environmental bounders associated to the necessary industrial operation to obtain the secondary raw materials, with respect the natural aggregates, obtained from extractive activities. To investigate the environmental performance of both secondary raw materials and natural aggregates it is important to adopt the life cycle approach. A product is usually defined as eco-friendly when it is solely composed by recycled materials, since the consumption of raw materials and the production of waste are limited. However, in this way, it cannot taken into account of the energy consumption during the reprocessing, that often reduces the advantage of the raw material savings
Analisi del ciclo di vita della riqualificazione dell’ex dormitorio nord-est del Forte di Sant’Andrea a Venezia
No full textIl Forte di Sant’Andrea a Venezia è una fortezza edificata alla metà del ’500 sui resti di precedenti opere difensive ormai in rovina, parte del sistema difensivo della laguna di Venezia. Il progetto si deve all’architetto veronese Michele Sanmicheli incaricato dal governo veneziano di salvaguardare l’accesso dal mare ritenuto più pericoloso, sbarrando il passo, con le artiglierie, a un eventuale flotta nemica. Il forte è situato sull'omonima Isola di Sant'Andrea e consta di un corpo centrale, costruito sui resti dell’originario torrione quattrocentesco, e di un bastione esterno alla base del quale erano poste le batterie. Le aperture nel bastione, di forma rettangolare, erano poste quasi a pelo d’acqua per poter spazzare con il tiro l’orizzonte e colpire quanto più possibile vicino alla linea di galleggiamento i vascelli nemici.
La valutazione finale del danno, effettuata con diversi metodi, è qui riportata in funzione delle diverse categorie considerate dal metodo IMPACT 2002+ opportunamente modificato per garantire una maggiore rappresentatività del sistema studiato. In particolare è stata aggiunto il cadmio, il litio, il bromo e l’acqua nella categoria d’impatto Estrazione dei Minerali. Nell’utilizzo del territorio è stata aggiunta la fase di trasformazione ed è stata introdotta la categoria di danno Scorie Radioattive. Inoltre, nel metodo, sono stati introdotti alcuni indicatori culturali allo scopo di considerare i vantaggi che possono provenire dalla riqualificazione di un edificio, come: la Funzione attuale dell’edificio, l’Età dell’edificio, la Testimonianza storica, il Valore estetico e la Funzione dell’edificio nella storia.
L’analisi dei risultati ha mostrato che il danno ambientale totale vale 1428.9 Pt.
Analisi delle fasi di vita dell’edificio: Il danno totale incide sulla funzione sociale per l’-1.53%, la fase di produzione e manutenzione per il 13.88%, la fase d’uso per il 84.58% e la fase di fine vita per il 3.07%. In particolare nella fase d’uso il danno è dovuto per il 18.15% al processo per l’elettricità per la strumentazione, per il 31.18% al processo per l’elettricità per l’illuminazione, per il 17.29% al processo per l’elettricità per i sistemi ausiliari, per il 7.65% per il processo per l’elettricità per il raffrescamento
Environmental assessment of different synthetic strategies towards engineered oxide nanomaterials
No full textIn the evaluation and selection of a particular synthetic strategy for the preparation of desired engineered nanomaterials, careful considerations on the size and the shape of nanocrystals must accompany the conventional considerations related to the yield, reaction time and cost of the precursors. Moreover, in order for inorganic chemistry to pursue a sustainable development, green metrics assessments are becoming always more popular. Among the different soft chemistry strategies available for the synthesis of engineered nanomaterials, some of the most intriguing and effectively employed ones have been compared in this work, in terms of their environmental as well as human health assessments. Particularly sol-gel synthesis (both hydrolytic and non-hydrolytic) and solution combustion synthesis are the three synthetic strategies selected for this comparative study. Anatase TiO2 nanoparticles have been identified as the ideal material, since it is probably the most studied and applied semiconductor and photocatalyst, owing to its unique physicochemical properties. First approximated environmental evaluation from the mere chemical point of view has been performed with the software EATOS (Environmental Assessment Tool for Organic Syntheses). Subsequently complete cradle to the grave analyses have been conducted by the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, allowing considering further fundamentals damage categories. This study represents a pioneering work for the establishment of environmental and human health impacts rankings, comprising all the possible synthetic approaches to a desired nanomaterial. Preliminary results and future perspectives related to the scaling-up of selected syntheses as well as the possibility of employing alternative heating techniques will be presented as well
Recupero sostenibile di un edificio storico dell’area pedemontana etnea con il Metodo LCA
No full textIn this study, an exploration on the analysis of the life cycle for assessing the environmental, economic and social impact in the activity of recovery, restoration and valorisation of Cultural Heritage was proposed. The methodology for this sector is highly innovative, especially in its interdisciplinary approach, through the use of different technical, historical and economic skills which can provide the tools for the preparation of a management plan according to the logic of the life cycle. The analysis protocol is applied to the case of recovery and restoration processes and then outlining the salient features of what may become a model of Cultural Heritage Life Cycle Management (CH-LCM)
LCA of nanotitania functionalized porcelainized stoneware tiles
No full textThe unglazed fine porcelainized stoneware tile, also called porcelainized stoneware or grés, is a product used both for internal and external applications in building field due to its low-porosity, high mechanical, abrasion, chemical and stain resistance.
Nevertheless the internal closed porosity of this materials, that appears during the polishing phase, is responsible for its tendency to get dirty. Recently several interventions have been done by developing new easy-to-clean or self-cleaning surfaces by the aid of nanotechnology. In particular to improve surface cleanability properties the photocatalicity of TiO2 nanoparticles has been used. However, while nanotechnology could suggest solutions to various environmental problems, there are currently little information about the impact that these applications may cause to the ecosystem and to the human health even if recent studies have drawn attention to their potential toxicity.
The aim of the present study has been to ecodesign, by LCA methodology, a porcelainized stoneware tile functionalized with nanoTiO2. The functional unit chosen for this study is 1 m2 of functionalized coating. The LCA study has been performed using the SimaPro 7.3.3 software and IMPACT 2002+ impact assessment method. The system boundaries for the analysis ranging from raw material extraction to panel recycling, thus obtaining “a cradle to the grave” overview. In this study a preliminary attempt to define the benefits derived from the use of nanoTiO2 and the damage generated by the emissions of titania nanoparticles during the use and end of life phases have been also reported. The results of LCA analysis [table1] indicates that the higher environmental impact is mainly due to the production step
Life Cycle Assessment of a Wheat Cultivation Process: Effects of Allocation Criteria
No full textthe conference we have planned for you will be an exceptional scientific experience with networking opportunity for scientists, professionals and practitioners to meet and discuss new developments in life cycle assessment in the context of agrifood systems. While maintaining the tradition of scientific quality, we will endeavor to promote connections between industry, academia and policy makers at the conference. In addition, the social program planned is guaranteed to meet the highest standards expected by conference delegates at a world-class international meeting. The four main themes of the conference are:
- Impacts and Environmental Processes,
- Animal Products: Meat, Dairy & Seafood,
- Human interactions in the food chain; and
- Using LCA.
The scene will be set with keynotes by some of the world’s leading experts on the topic
Analisi LCA comparativa di adesivi per posa ceramica tradizionali e innovativi
No full textL’obiettivo dello studio è la valutazione comparativa del danno ambientale dovuto al ciclo di vita di adesivo per posa ceramica ottenuto dalla lavorazione di scarto cotto e aggregati naturali al fine di valutare dal punto di vista ambientale, il processo industriale necessario per ottenere le materie prime secondarie e confrontarlo con la produzione di aggregati naturali. L’analisi ha evidenziato che il processo di produzione della sabbia mediante riciclo è più impattante a causa del consumo energetico richiesto per riprocessare gli scarti. Lo studio pone inoltre le basi per un nuovo approccio alla gestione del rifiuto. Nell’ambito dello studio, infatti, il rifiuto viene considerato non solo come tale ma come coprodotto della produzione di un prodotto che esce dal sistema che lo genera per produrre materiali secondari. Con questo criterio si attribuisce a chi usa il secondario (LCA contiguo) una parte del danno dovuto alla produzione del rifiuto (processo LCA che genera il coprodotto)
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