Il metodo Impact 2002+
Implementato dallo Swiss Federal Institute of Technology di Losanna,
il metodo di valutazione ambientale denominato Impact 2002+ offre una soluzione
intermedia tra gli approcci dalle precedenti metodologie midpoint-oriented
(basate sulle categorie di impatto, come CML ed EDIP 1996) e damage-oriented
(orientate alla valutazione per categorie di danno, come EPS ed
Eco-Indicator99), connettendo i risultati desunti dagli inventari LCI a 14
“midpoint categories” a loro volta riconducibili a 4 “damage categories”.
Le categorie di danno utilizzate da Impact 2002+ sono:
• Human Health, misurata in DALY e derivata dalle 5 midpoint categories
Human toxicity, Respiratory (inorganics), Ionizing radiations, Ozone layer
depletion, Photochemical oxidation (corrispondente alla voce Respiratory (organics)
for human health);
• Ecosystem Quality, misurata in PDF*m2*yr,
derivata dalle midpoint categories Acquatic ecotoxicity, Terrestrial ecotoxicity,
Terrestrial acidification / nutrification, Acquatic acidification, Acquatic
eutrophication e Land occupation, alle quali potrebbero essere aggiunto
l’apporto delle midpoint categories già incontrate in Human Health,
Photochemical oxidation e Ozone layer depletion. Ma quest’ultimo collegamento
non è stato ancora determinato quantitativamente. Si noti come l’architettura di
Impact 2002+, diversamente da quella di EcoIndicator, preveda la possibilità di
allocare gli apporti delle diverse midpoint categories all’interno di più
categorie di danno: nel caso dell’ossidazione fotochimica è per l’appunto in
fase di elaborazione una metodologia, già individuata per stimare il danno sulla
salute umana, in grado di legare tale impatto anche all’integrità degli
ecosistemi naturali;
• Climate Change, misurata in kg di CO2 equivalente in aria, derivata
dall’unica categoria di impatto Global warming;
• Resources, in MJ, costruita a partire dalle midpoint categories Non
renewable energy e Mineral extraction.
In aggiunta a questa correlazione tra midpoinit e damage sono state anche
affrontate alcune richieste scientifiche sorte specialmente nelle aree degli
impatti relativi alla tossicità umana e alla ecotossicità, come i seguenti:
• La stima dei rischi tossicologici cronici cumulativi e di potenziali impatti
in applicazioni comparative come possono essere quelle dell’LCA
• La considerazione del carattere intermittente della pioggia e della differenza
tra emissioni indoor e outdoor
• La determinazione degli effetti di emissioni da prodotti chimici tenendo conto
delle esposizioni ad esse basate sulla loro produzione piuttosto che sulla loro
sulla loro quantità esistente in un determinato luogo.
LE CATEGORIE DI IMPATTO IN IMPACT 2002+
I fattori di caratterizzazione per le diverse categorie di impatto sono
basati su un principio di equivalenza, cioè i punteggi assegnati alle diverse
sostanze sono espressi in kg-equivalenti di una sostanza di riferimento. In Tab.1
sono riportate le categorie di impatto (midpoint), le sostanze di riferimento,
le categorie di danno (endpoint), le unità di misura delle categorie di danno.
Obiettivo principale comune a tutte loe categorie di impatto è la determinazione
degli effetti a lungo termine ottenuta mediante l’uso di un orizzonte temporale
(time horizon) infinito (qualche volta approssimato da un time horizon di 500
anni).
TAB.1 METODO IMPACT 2002+: SOSTANZE DI RIFERIMENTO UTILIZZATE NELLA
CARATTERIZZAZIONE DELLE CATEGORIE MIDPOINT
La categoria midpoint Human Toxicity costituisce uno dei principali aspetti
di novità introdotti da Impact 2002+, che lo differenzia dalle metodologie
elaborate in precedenza: attraverso un nuovo modello di calcolo, Human toxicity
risponde all’esigenza di stimare il rischio tossicologico cumulativo e i
potenziali impatti associati ad una determinata quantità di sostanza liberata
nell’ambiente. Tale legame viene esplicitato ricorrendo ad un codice di calcolo
denominato IMPACT 2002 (Impact Assessment of Chemical Toxics, da non confondere
col nome della metodologia di analisi LCA che ne fa uso, cioè Impact 2002+), che
è in grado di modellizzare rischio e potenziale impatto di migliaia di sostanze
chimiche, calcolando i fattori a livello dell’Europa Occidentale con
differenziazioni spaziali per 50 bacini idrografici e celle d’aria europee.
Il codice utilizza le seguenti informazioni relative alla tossicità umana:
• la diffusività (fate) della sostanza che comprende il trasporto
nell’ambiente, l’esposizione e la risultante capacità di assorbimento da parte
dell’uomo
• il fattore effetto (effect factor) che caratterizza il rischio
potenziale legato al livello di tossicità
• la severità (severity) che caratterizza la
gravità del danno dovuto alle malattie indotte.
Lo Human Damage Factor (HDFi) della sostanza i, misurato in DALY (Disability
Adjusted Life Years per kgemesso), viene calcolato come segue:
HDFi=iFi*EFi= iFi*i*Di
dove iF rappresenta la intake Fraction, ossia la frazione della massa
complessiva della sostanza rilasciata nell’ambiente che raggiunge la popolazione
attraverso la contaminazione degli alimenti, l’inalazione o il contatto diretto
in kgassorbito, per kgemesso, EF (effect factor) è il prodotto del fattore che
rappresenta la derivata della curva dose-risposta i (in rischio di incidenza
per kgemesso) e della severity, ossia della capacità della sostanza di indurre
disturbi gravi (D in DALY per incidenza). La intake fraction iF per una
diffusione di sostanze chimiche tiene conto del loro trasporto e
dell’esposizione ad esse dell’uomo associata alla produzione del cibo,
all’approvvigionamento dell’acqua e alla loro inalazione. I fattori di
caratterizzazione sono calcolati per emissioni in un sistema europeo occidentale
inserito in un sistema globale. Per il loro calcolo si è tenuto conto del
carattere intermittente della pioggia. Tra i diversi modi con cui le sostanze
vengono assorbite dall’uomo il codice ha tenuto conto anche dell’assorbimento di
agenti contaminanti dai prodotti agricoli e animali. Per l’effect factor il
codice usa un nuovo approccio per calcolare quello relativo agli impatti
tossicologici non cancerogeni basato sulla dose che induce una risposta del 10%
(ED10). Essa deriva dal concetto di dose soglia (benchmark dose) che valuta il
rischio della salute e stima una dose minima.
L’effect factor si ottiene dalla relazione:
ihuman =(0.1/ED10)*1/(BW*LTh*N365)
dove si ha:
ihuman = fattore effetto sulla salute umana [rischio di una incidenza per kg
assorbito]
ED10 = dose soglia che produce il 10% di casi [mg/kg/day]
BW = peso medio del corpo nella popolazione considerata [kg/pers]
LTh = tempo di vita medio della popolazione considerata [yr]
N365 = numero di giorni per anno [days/yr]
Il DALY caratterizza la severità del danno e tiene conto sia della mortalità (Years
of Life Lost (YLL) dovuta a morte prematura) che della malattia. Sono stati
assunti 6.7 e 0.67 come valori per difetto per effetti cancerogeni e non
cancerogeni rispettivamente.
Un reale midpoint potrebbe essere il numero di casi per la stessa malattia.
Tuttavia, poiché molte sostanze causano un grande numero di malattie, il rischio
di malattie non può essere sommato senza considerare implicitamente (uguale
severità), o preferibilmente in modo esplicito, la loro severità. Perciò il
fattore di caratterizzazione per le categorie di impatto è ottenuto
semplicemente dividendo lo Human Damage Factor (HDF) della sostanza considerata
i per quello della sostanza di riferimento (per la midpoint category Human
toxicity si tratta del cloro-etilene, sostanza cancerogena per la quale si
dispone di un quadro tossicologico causa-effetto particolarmente dettagliato e
un principale impatto per inalazione):
HTPi = HDFi/HDFchloroethylene [in kgeq chloroethylene in air]
LE CATEGORIE DI IMPATTO ACQUATIC AND TERRESTRIAL
ECOTOXICITY
L’impatto sugli ecosistemi acquatici é, sotto certi aspetti, affrontato in
maniera analoga a quanto appena esposto in relazione alla tossicità per l’uomo,
con alcune differenze: in quest’ultimo caso, innanzitutto, l’interesse è
focalizzato sulla salute di un individuo, piuttosto che su quella delle specie.
In secondo luogo, l’interfaccia tra analisi di diffusività della sostanza e di
effetto sui comparti bersaglio non è più dato dalla potenziale gravità delle
patologie certamente indotte dalla sostanza (fattore dose-risposta), ma
piuttosto dal suo livello di concentrazione nelle acque superficiali. La
diffusività mette in relazione l’emissione di una sostanza al cambiamento nella
sua concentrazione nell’acqua. L’esposizione è implicitamente presa in
considerazione nel fattore d’effetto che caratterizza il rischio a livello delle
differenti specie, ricorrendo come unità di misura a una Potentially Affected
Fraction (PAF, quota della popolazione potenzialmente affetta da un disturbo) o
a una Potentially Disappeared Fraction (PDF, quota della popolazione
potenzialmente scomparsa a causa di un effetto letale della sostanza) della
specie. Per gli ecosistemi acquatici, la frazione potenzialmente affetta della
specie per unità di emissione nel tempo (APAF, in PAF*m3*yr/kg) è ricavata dal
prodotto di un fattore di diffusività (fate factor F*, misurato in anni) e di
un fattore di effetto (effect factor , misurato in PAF*m3/kg) come segue:
APAFi= Fimw * iw*i, in PAF*m3*yr/kg
Il fate factor è ottenuto moltiplicando due parametri forniti dal modello IMPACT
2002: la frazione adimensionale Fimw dell’emissione di sostanza i nel
compartimento m che raggiunge i corpi idrici superficiali, iw il tempo di
permanenza (in anni) della sostanza i in acqua, uguale all’inverso del tempo di
decadimento costante in acqua (k). Esso corrisponde anche all’incremento della
concentrazione integrato secondo lo spazio e il tempo in un’unità spaziale del
corpo idrico per input di massa M della sostanza chimica introdotta
nell’ecosistema acquatico:
dove C (in kg/m3) rappresenta la variazione di concentrazione nel volume di
acqua V (in m3), dovuto all’apporto di sostanza Mt (in kg/yr). Tale
integrazione spaziale differisce dalla tradizionale valutazione del rischio
basata sul rapporto tra concentrazione prevista e la concentrazione di sostanza
senza effetti sulla salute dell’ecosistema (PEC/PCNEC). Nella pratica,
introducendo il volume d’acqua che è stato contaminato con certezza si evita di
considerare che l’inquinamento di tutti i laghi d’Europa rispetto a quello di un
piccolo bacino è equivalente in termini di impatto. Il fattore di
caratterizzazione ecotossicologico per gli ambienti acquatici non include una
componente riferita alla magnificazione biologica (esposizione addizionale
dovuta alla contaminazione dei cibi); viene considerata solo la
bio-concentrazione (trasferimento diretto di sostanze chimiche alle specie,
sulla base di test tossicologici di laboratorio).
L’effect factor (i) rappresenta il mutamento della Potentially Affected
Fraction delle specie che dimostra un incremento dello stress dovuto all’aumento
della concentrazione del contaminante. IMPACT 2002 calcola l’impatto medio sulle
specie usando il valore HC50 (Hazardous Concentration 50%), che esprime la
concentrazione critica in grado di affliggere il 50% delle specie presenti
nell’ecosistema:
i= 0.5/HC50iw (in PAF m3/kg).
HC50iw, in kg/m3, è calcolato come la media geometrica dei valori di EC50
relativi alle singole specie.
A livello di categoria di impatto, il potenziale ecotossicologico dell’acqua (AEPi
in kgeq triethylene glicol in water per kgi) viene ottenuto normalizzando
l’effetto della sostanza i rispetto all’effetto di una sostanza di riferimento,
che è il Triethylene glicol:
AEPi = APAFi/ APAFtriethylene glicol
I potenziali di ecotossicità terrestre per la categoria di impatto Terrestrial
ecotoxicity sono calcolati in maniera analoga: gli HC50 per gli ambienti
terrestri sono calcolati, come funzione del coefficiente di assorbimento della
sostanza considerata (Kdi, in m3 /kg), della densità del suolo (s, in kg/m3) e
del fattore fw dimensionale che esprime il contenuto medio di umidità nel suolo:
HC50is = HC50iw * (Kdi * s + fw )
LE ALTRE CATEGORIE DI IMPATTO IN IMPACT 2002+
I fattori di caratterizzazione per le altre categorie midpoint di Impact 2002+ (Respiratory
effects, photochemical oxidation, ionizing radiation, ozone layer depletion,
terrestrial acidification/nutrification, land use occupation e mineral
extraction) sono ottenute da Eco-Indicator 99, adottando la prospettiva
culturale egualitaria di default ed applicando un fattore di normalizzazione
rispetto ad una sostanza di riferimento (vedi tab. 2). Per il Climate change i
più recenti Global Warming Potentials (IPPC 2002) vengono impiegati con un
orizzonte temporale di 500 anni per prendere in considerazione gli effetti di
lungo termine delle emissioni di gas climalteranti.
I fattori di caratterizzazione per acquatic acidification e acquatic
eutrophication sono adattati da Hauschild e Wenzel (1998). Acquatic
acidification è suddivisa in due classi, valide rispettivamente per bacini
idrografici limitati a P e limitati a N. Per default sono applicati i valori per
i bacini P-limited poiché attualmente il fosforo è la sostanza presente in
quantità maggiore nei fertilizzanti. Questo può essere spiegato col fatto che i
cyano-bacteria nei laghi e nei fiumi fissano l’azoto dell’atmosfera quando i
nitrati sono limitati nell’ acqua. Perciò, a lungo termine, un aumento della
concentrazione dei nitrati non influenzerà lo sviluppo dell’ecosistema, mentre
un aumento dei fosfati porterà sempre ad un aumento dell’impatto.
I fattori di caratterizzazione per il consumo di risorse non rinnovabili, in
termini di energia totale primaria estratta, vengono calcolati ricorrendo al
potere calorifico superiore.
CATEGORIE DI DANNO
I fattori di danno delle sostanze vengono ottenuti moltiplicando i fattori di
caratterizzazione per quelli di danno delle sostanze di riferimento (vedi
tabella seguente).
I fattori di caratterizzazione per le categorie di impatto (midpoint) di Human
Health sono espressi sempre in DALY/kgemissione o in DALY/Bqemissione per la
categoria Ionizing radiation.
Per la Ecosystem Quality le categorie di impatto terrestrial qacidification,
terrestriual nutrification a land occupation sono state prese da Eco-Indicator
99 e il loro impatto si determina come una Potentially Disappeared Fraction in
una certo area e in un certo intervallo di tempo per kg di sostanza emessa
(espressa in PDF*m2*yr/kgemissione).
Per l’ecotossicità la valutazione del danno è basata sul PAF delle specie
integrato nel tempo e nel volume, espresso in PAF*m3*yr/kg. Per convertire i PAF
in PDF si è usato il fattore di estrapolazione diretta 10 tra il NOEC del PAF e
il NOEC del PDF. Il fattore deve essere cambiato rispetto a quello di
Eco-Indicator99, poiché HC50 è basato su EC50 anziché sul NOEC, e deve essere
moltiplicato per un fattore 0.5. Questo rappresenta l’assunzione che una metà
delle specie affette oltre il loro livello di cronico EC50 scomparirà a causa
della tensione tossica. Perciò il fattore di danno causato da ecotossicità
acquatica (AEDF, in [PDFm2year/kgemitted]) vale:
AEDFi=0.5*APAFi/hw
dove hw è la profondità media della falda acquifera, in [m].
Metodi di estrapolazione sono attualmente in fase di sviluppo per la
determinazione dei fattori di danno che caratterizzano gli impatti
sull’ecosistema causati da acidificazione acquatica e eutrofizzazione acquatica.
Anche photochemical oxidation e ozone depletion contribuiscono potenzialmente
all’impatto sull’ecosistema. Tuttavia mancano attualmente adeguate informazioni
scientifiche tali da poter quantificare i loro contributi in termini di PDF.
Per la categoria Climate Change si è ritenuto che i dati per stabilire il danno
dei mutamenti climatici sulla qualità dell’ecosistema e sulla salute umana
fossero ancora non abbastanza accurati. L’interpretazione, di conseguenza, ha
luogo direttamente al livello della midpoint category, che può essere
interpretato come danno relativo ai sistemi di supporto alla vita chiamati alla
protezione della loro stessa esistenza. La categoria di impatto Global warming
viene considerata come una endpoint category a sé stante con unità di misura i [kgeq
di CO2], in quanto il fattore di danno (nel passaggio alla categoria di danno
Climate Change) assume valore 1. L’orizzonte temporale è ancora di 500 ani per
tenere conto sia degli effetti breve che quelli a lungo termine.
Per quanto concerne infine Resources, le due midpoint categories che
contribuiscono ad essa sono mineral extraction e non-renewable energy
consumption. Il danno dovuto a mineral extraction sono calcolate come in
Eco-Indicator 99 mediante il concetto di Surplus Energy (in [MJ]). Esso si basa
sull’assunzione che l’estrazione di un materiale determina un incremento del
fabbisogno di energia per ogni ulteriore quantità di sostanza che sarà
necessario estrarre dal sottosuolo in futuro, ciò a causa della ridotta ed
eterogenea diffusione delle risorse minerarie nel pianeta e delle
caratteristiche sempre meno vantaggiose in termini di reperibilità e facilità di
captazione dei giacimenti mondiali. Ma mentre i minerali potrebbero essere
potenzialmente accessibili al termine dell’utilizzo, una volta avviati a
smaltimento con eventuale recupero, l’energia non rinnovabile (ad esempio quella
da combustibili fossili) una volta utilizzata non può essere ripristinata a un
livello exergetico funzionale al reimpiego. In altri termini, il contenuto
energetico dei materiali si esaurisce progressivamente come risorsa, in aggiunta
alla surplus energy (maggiore energia necessaria per accedere alle scorte di
combustibili fossili in assottigliamento). Per questa ragione, contrariamente a
quanto avviene in Eco-Indicator 99, per le risorse energetiche non rinnovabili
viene considerata l’energia primaria non rinnovabile complessiva, compresa
l’energia potenziale contenuta nelle materie prime dei materiali. L’unità di
misura della categoria di danno Resources è la somma della quantità di energia
primaria per l’estrazione dei minerali e dell’energia primaria per vettori
energetici (energy carriers), in [MJ/unitconsumed].
TAB.2 METODO IMPACT 2002+: FATTORI DI DANNO PER LE CATEGORIE DI IMPACT 2002+
LA NORMALIZZAZIONE E LA VALUTAZIONE DEL DANNO
Per analizzare il peso relativo di ogni classe di impatto rispetto al
danno totale si applica alle categorie di impatto e alle categorie di danno un
fattore di normalizzazione. Il fattore di normalizzazione è il rapporto tra
l’impatto specifico per unità di emissione diviso per l’impatto totale della
totalità delle sostanze della specifica categoria, per persona e in un anno.
L’unità di misura di tutti i fattori delle categorie di impatto è [pers*year/unitemission],
cioè il numero di persone equivalenti affette durante 1 anno per unità di
emissione. Gli autori consigliano di fare la normalizzazione dopo la
caratterizzazione. In Tab. 3 sono riportati i fattori di normalizzazione per le
4 categorie di danno.
TAB.3 METODO IMPACT 2002+: FATTORI DI DANNO PER LE CATEGORIE DI IMPACT 2002+
In Human Health il fattore di normalizzazione è calcolato in accordo
con Eco-Indicator 99, con due modifiche: gli impatti causati dai mutamenti
climatici non sono presi in considerazione per le ragioni precedentemente
esposte, mentre la tossicità delle sostanze inquinanti per l’uomo viene
calcolata come somma degli effetti cancerogeni e non cancerogeni. Per ogni
inquinante, l’impatto [in DALY/kgemissione] è moltiplicato per le emissioni
annuali nell’Europa Occidentale (ripartite tra comparti: aria, suolo ed acqua),
ottenendo il numero globale di DALY persi annualmente in Europa a causa della
singola sostanza inquinante. Gli impatti totali sulla salute umana in un anno si
ottengono quindi sommando quelli di tutte le sostanze 2.92E6 [DALY7year]. Infine
tale valore è diviso per la popolazione europea (380 milioni di persone) per
ottenere il valore da usare per la normalizzazione per Human Health: 7.7E-3 [DALY/(pers*year)],
che esprime una riduzione di vita di circa tre giorni per anno e per persona.
Anche in Ecosystem Quality il fattore di normalizzazione è determinato in
maniera simile a quello usato in Eco-Indicator 99, con due differenze: il danno
alla qualità dell’ecosistema causato dalla trasformazione del suolo e
dall’ossidazione fotochimica non viene considerato e il danno alla qualità
dell’ecosistema causato dalle emissioni tossiche è ripartito tra le categorie di
danno per gli ecosistemi acquatici e terrestri.
In Climate Change il valore rispetto al quale fare la normalizzazione è
basato sulle emissioni annue totali di CO2 prodotte in Europa, moltiplicate per
i potenziali di riscaldamento globale in un orizzonte di 500 anni. Il punteggio
totale di riscaldamento globale relativo alle emissioni in Europa Occidentale è
3,78E12 [kgeq CO2/anno]. Tale valore viene diviso per la popolazione europea,
per ottenere la quota di gas climalteranti emessi per persona l’anno che è di
9.95E3 [kgeq CO2/(pers*year)].
In Resources il valore rispetto al quale fare la normalizzazione è calcolato
come il consumo totale di energia non rinnovabile in Europa, includendo il
consumo di energia nucleare.
Per la valutazione gli autori consigliano di considerare separatamente le
quattro categorie di danno. Tuttavia, se fosse necessaria una aggregazione di
esse può essere usato o un fattore determinato dall’utente oppure per default il
valore 1.