gli indicatori della sostenibilità, un manuale · Non esistono venti favorevoli per chi non sa...

gli indicatoridella sostenibilità

UN manuale

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE E DEI BIOSISTEMI

S U S TA I N A B I L I T YI N D I C ATO R S

A HANDBOOK

introductionecological footprintemergy analysisgreenhouse gas inventorynatural capital accountinglife cycle analysisexergy analysisenvironmental certification

glossaryuseful equivalentsARCA studies

introduzioneimpronta ecologicaanalisi emergetica

bilancio di CO2

capitale naturalelife cycle analysisanalisi exergetica

certificazione ambientale

glossariorelazioni utili

le ricerche di ARCA

i n d i c e

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Non esistonoventi favorevoli

per chi non sadove andare

( S e n e c a )

Questo manuale descrive i prin-cipali indicatori e/o indici di soste-nibilità messi a punto in questi ul-timi anni in Europa e negli StatiUniti d'America, per affrontare intermini scientifici i problemi relati-vi allo sviluppo sostenibile e alleanalisi di sostenibilità.

Si tratta di diverse famiglie diindicatori che sono in grado di darerisposte diverse sia per quanto ri-guarda il tipo di analisi (a), sia perquanto riguarda i sistemi a cui pos-sono essere applicati (b). In parti-c o l a r e :

a) si tratta di indicatori di tipoenergetico, ecologico, eco-econo-mico, termodinamico e relativi adanalisi del territorio, di eco-sistemi,di produzioni agricole (agro-ali-mentari, agro-forestali), di produ-zioni industriali, del ciclo dei rifiu t i ,dei cicli bio-geo-chimici globali(clima, acqua ecc.);

b) i sistemi che possono esserestudiati, con la vasta gamma di in-dicatori presentati in questo ma-nuale, vanno dalla singola fattoriaagricola alla dimensione regionale,dalla città al territorio di un'interaprovincia, da una produzione indu-striale all'attività turistica. Sono in-dicatori sia di processo che di pro-dotto e forniscono la base scientifi-ca indispensabile per la successivac e r t i ficazione ambientale di un Co-

i n t r o d u z i o n e

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mune, di una Provincia, di una pro-duzione industriale, di un prodottoagro-alimentare ecc.

A R C A e il Dipartimento diScienze e Tecnologie Chimiche edei Biosistemi dell'Università diSiena hanno, unici in Italia, ilknow-how complessivo su tutti imodelli relativi agli indicatori de-scritti in questo manuale e una va-sta esperienza relativa a studi svol-ti in diverse città, province e regio-ni italiane; nonché l'esperienza ac-quisita in varii progetti della Co-munità Europea e internazionali. Inparticolare i professori ClaudioRossi e Enzo Tiezzi sono stati, negliultimi dieci anni, coordinatori diprogetti che hanno coinvolto sianazioni della Comunità Europea sianazioni Americane.

Il know-how è stato acquisitodal gruppo di ricerca in oltre 10anni di intenso lavoro caratterizza-to dal continuo e fertile scambiocon gruppi di ricerca internazionali.Molti dei componenti di A R C A edel dipartimento hanno trascorsoperiodi variabili da 6 mesi a 1 annoall'estero portando in Italia le co-noscenze relative ai modelli e alleapplicazioni degli indicatori in og-getto. In particolare le Università ei Centri internazionali con cui è av-venuto tale scambio sono:

– Università del Maryland, USA,Proff. Robert Costanza e HermanD a l y;– Università del Tennessee, USA,Prof. Thomas Hallam;– Università di Copenaghen, Dani-m a r c a , Prof. Sven Jørgensen;– Università di Bruxelles, Belgio,Prof. Ilya Prigogine, premio Nobel;– Università di Berlino, Germania,Prof. Christian Leipert;– Università della Florida, USA, P r o f .H oward Odum;– Università di Buenos Aires, Argen-tina, P r o f . s s a Graciela Canziani.

Molti dei suddetti scienziati, diriconosciuto livello internazionale,fanno parte del Comitato Scientifi-co di A R C A. Robert Costanza eSven Jørgensen sono direttori delledue principali riviste scientificheinternazionali del settore: E c o l o g i -cal Economics e Ecological Model -l i n g, rispettivamente.

La finalità delle analisi da con-durre sulla base degli indicatori de-scritti in questo manuale è quelladi fornire ad Amministrazioni Pub-bliche o a Imprese private gli stru-menti per costruire uno svilupposostenibile. Del resto le esperienzedel nostro gruppo vanno dall'anali-si dei rifiuti del Comune di Modenaallo studio dell'intera Provinciamodenese, dall'analisi di sostenibi-

introduzione

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lità della Regione Piemonte allacostruzione di mappe territoriali disostenibilità (vere e proprie “TA C ”ambientali del territorio) per tuttele province della Regione piemon-tese, dall'analisi e m e r g e t i c a d e l l aprovincia di Viterbo allo studio deivini Barbera d'Asti e Brunello diMontalcino, dallo studio sul com-parto ceramico di Sassuolo a quellosulle ciliege di Vignola.

Il libro di riferimento è: Che co -s'è lo sviluppo sostenibile? di EnzoTiezzi e Nadia Marchettini, editoreDonzelli (Roma, 1999).

Oltre al bilancio della CO2 in re-lazione al protocollo di Kyoto, loscopo di tali studi è anche mirato amettere a punto l'uso razionaledelle energie e delle risorse, ai fin idi costruire, con lo sviluppo, lamassima possibile "occupazionesostenibile" all'interno del sistemas t u d i a t o .

È importante, infine, sottolinea-re i due seguenti punti:

a) nessuno degli indicatori quidescritti è esaustivo di per sè; spes-so un'analisi integrata con l'uso diset di indicatori diversi permette ri-sposte più adeguate e puntuali aiproblemi da risolvere e porta, quin-di, a indicazioni più precise e prati-camente più utili per i "decisionm a k e r s " ;

b) spesso la modellistica relativaagli indicatori in oggetto è difficilee complessa; A R C A e il diparti-mento si impegnano a rendere difacile lettura e comprensione i ri-sultati delle analisi di sostenibilitàe a fornire indici numerici di imme-diata e semplice applicazione.

D'altra parte la sfida relativa al-la gestione dello sviluppo sosteni-bile è una sfida di grande comples-sità e la complessità va governatacon la complessità.

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introduzione

L’impronta ecologica (o e c o l o g i -cal footprint) è un indicatore re-centemente introdotto per fornirenuovi riferimenti quantitativi alconcetto di sviluppo sostenibile.

Questa metodologia di contabi-lità delle risorse ambientali è statamessa a punto da William Rees(ecologo della British ColumbiaU n i v e r s i t y di Va n c o u v e r, Canada) incollaborazione con Mathis Wa c k e r-nagel (direttore dell'Indicators Pro -gram of Redefining Progress a SanFrancisco e coordinatore del C e n t e rfor Sustainability Studies a l l aAnahuac University di Xalapa, Mes-sico) a partire dagli anni novanta.

L'impronta ecologica è una mi-sura della superficie degli ecosiste-mi ecologici produttivi (foreste,terre agricole, pascoli, bacini idrici,ecc.) necessari per sostenere a lun-go termine le attività economiche esociali di un individuo, di una par-ticolare comunità, di un paese, diuna nazione o del mondo intero;una misura che tiene conto deiprevalenti sistemi produttivi, delletecnologie e dell'organizzazionesociale. L’impronta ecologica vieneespressa in ettari di superficie eco-logicamente produttiva.

In pratica si può affermare chel'impronta ecologica misura la ne-cessità di capitale naturale di un'e-c o n o m i a .

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impronta ecologica

L'impronta ecologica, come sipuò facilmente desumere dal nomestesso, è la misura del p e s o che unadata popolazione imprime sullaNatura, ovvero la quota di c a r r y i n gc a p a c i t y di cui una particolare po-polazione si è appropriata. Lacarrying capacity esprime la capa-cità di un sistema di p o r t a r e, disorreggere dinamiche più o menointense. Attraverso la sua cono-scenza siamo quindi in grado diquantificare il massimo “c a r i c o ”che l'uomo può imporre all'ecosfe-ra senza che venga permanente-mente incrinata la produttività de-gli ecosistemi che la compongono.Il carico umano non è solo funzio-ne della popolazione intesa comenumero di individui, ma dipende inprimo luogo dai consumi p r o - c a p i -t e che stanno assumendo un pesovia via crescente.

Gli elementi di base su cui sifonda la metodologia di analisi del-l’impronta ecologica sono:

1) flusso di energia e materiad a l l ' a m b i e n t e : qualunque cosa pro-duciamo e/o usiamo, qualunque siala tecnologia produttiva adottata,per poter esplicare le funzioni vita-li abbiamo bisogno di un flusso dienergia e di materiali ricavato dal-l ' a m b i e n t e ;

2) capacità di assorbimento de -gli scarti: il processo economico si

basa sull'utilizzo di un flusso dimateria ed energia a bassa entro-pia e rilascia come risultato fin a l e ,sotto forma di rifiuti ed inquina-mento, materia ed energia ad altaentropia. Si deve quindi disporre diuno "spazio" di sistema ecologicosufficiente a riassorbire gli scartigenerati durante il ciclo di produ-zione, durante l'utilizzo e al termi-ne della vita dei prodotti;

3) occupazione spaziale: p e rtutti gli insediamenti, le infrastrut-ture e gli impianti dobbiamo occu-pare degli spazi, riducendo così las u p e r ficie degli ecosistemi produt-tivi disponibile.

L'analisi dell'impronta ecologicarilegge il bilancio ecologico locale,regionale o globale ribaltando l'ap-proccio tradizionale alla defin i z i o n edella sostenibilità: il modello del-l'impronta ecologica misura la su-perficie di territorio richiesta daogni persona (o popolazione) anzi-ché definire la popolazione che po-trebbe essere sostenuta per unitàdi territorio.

Alla luce delle considerazioni ri-portate, l'impronta ecologica diuna data popolazione può essereintesa come la quantità di territo-rio, acquatico o terrestre, ecologi-camente produttivo nelle diversecategorie (distinte in terreni agri-coli, pascoli, foreste, superfici edifi-

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impronta ecologica

cate, ecc.) che è necessaria per: a) fornire tutte le risorse di

energia e materia consumate;b) assorbire tutti gli scarti di

quella popolazione.L'analisi dell'impronta ecologi-

ca, così come è stata definita, ciconsente di stimare l'eventuale s o -vraccarico globale e il d e ficit ecolo -g i c o di qualsiasi regione o Pa e s e .

Il sovraccarico globale è la partedi impronta complessiva dell'uma-nità che supera la carrying capacityglobale: oltre un certo punto, lacrescita materiale dell'economiamondiale può essere ottenuta soloattraverso l'impoverimento del ca-pitale naturale e minando i servizinaturali vitali da cui noi tutti di-p e n d i a m o .

Il deficit ecologico è invece lamisura del sovraccarico locale: sti-ma cioè la differenza tra la capa-cità ecologica di una data regioneo nazione e la sua effettiva im-pronta ecologica, svelando cosìquanto la specifica regione sia di-pendente da capacità produttiveextra-territoriali, attraverso il com-mercio o l'appropriazione dei flu s s in a t u r a l i .

Usare la superficie territorialecome unità di misura significa fareriferimento alle leggi fondamentalidella fisica, soprattutto alla leggedella conservazione della massa e

ai principi della termodinamica. Inparticolare ci si riferisce alla secon-da legge della termodinamica, se-condo la quale un sistema com-plesso e auto-organizzante (come ilsistema economico) per mantener-si, cioè per superare il proprio de-cadimento entropico interno, deveavere una continua immissione dienergia e materia da parte del si-stema "ospitante". Da questo puntodi vista, il concetto di superficieterritoriale o ecosistemica è piùadatto a rendere conto del pesodell'economia umana di quantonon lo siano i soli flussi di energia,perché riflette sia le quantità che lequalità di energia e materia dispo-nibili per le attività umane.

La trattazione relativa a questoindicatore è ovviamente antropo-centrica: serve a renderci coscientidella sproporzionata appropriazio-ne di risorse e di habitat condottadall'uomo a danno di altre specie odi altre popolazioni umane.

Procedura di calcolo

Il concetto dell'impronta ecolo-gica si basa sull'idea che ad ogniunità materiale o di energia consu-mata corrisponda una certa esten-sione di territorio, appartenente aduno o più ecosistemi, che garanti-

impronta ecologica

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sce il relativo apporto di risorse peril consumo e l'assorbimento dei ri-fiuti. Così, per determinare la su-p e r ficie totale di territorio necessa-ria per sostenere un dato modellodi consumo, devono essere calcola-te le necessità in termini di uso delterritorio per ogni categoria di con-sumo signific a t i v a .

Poiché non è possibile calcolarela superficie di territorio necessariaper la fornitura, la manutenzione elo smaltimento di ciascuna delledecine di migliaia di beni di consu-mo, il conteggio deve per forza li-mitarsi alle categorie principali e aibeni specific i .

Per ricavare il valore dell'im-pronta ecologica di una determina-ta popolazione si segue una proce-dura a step:

1) calcolo del consumo indivi -duale medio (C, espresso in k g / p e r -s o n a) di un particolare bene (B) ,sulla base di dati aggregati a livelloterritoriale e dividendo il consumototale per la popolazione.

2) calcolo della superficie ap -propriata pro-capite (S A , h a / p e r s o -n a) per ciascun bene B, dividendo ilconsumo medio annuale di quelbene C, per la sua produttività orendimento medio annuale (P, ink g / h a) :

S AB= CB/ PB

3) calcolo dell'impronta ecologicat o t a le di una persona media (I E ,espressa in h a di superficie produt-tiva), sommando la superficie ap-propriata per gli n beni (B) consu-mati annualmente:

n

I E =∑S AB

B = 1

4) calcolo dell'impronta ecologi -ca della popolazione in esame (I Ep) ,moltiplicando I E per la popolazionetotale (T) :

I Ep= T ( I E )

Il numero che si ricava da taleprocedura rappresenta una stimaper difetto della reale appropriazio-ne di spazio produttivo a causadell'elevato numero di approssima-zioni introdotte e delle semplific a-zioni delle categorie e dei parame-tri presi in considerazione.

Anche questo indicatore acqui-sta in significato qualora lo si ado-peri come strumento di confrontonelle analisi comparative, ad esem-pio se lo si paragona con la super-ficie realmente disponibile nella re-gione che ospita una determinata

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impronta ecologica

popolazione o con le ipotetiche im-pronte ecologiche che potrebberorisultare da cambiamenti nel suostile di vita.

Dall'inizio del secolo lo spazioecologico disponibile p r o - c a p i t e,secondo le stime degli autori citatiin bibliografia, è diminuito da 5-6h a a solo 1,5 h a. Nello stesso tem-po, aumentando il benessere gene-rale, l'impronta ecologica in alcunipaesi industrializzati ha superato i4 h a. Questi opposti trend illustra-no il conflitto e la sfida per la so-stenibilità che l'umanità deve af-frontare: l'impronta ecologica di uncittadino medio nei paesi ricchi èda 2 a 3 volte più grande della sua"legittima" fetta di terra.

A titolo d'esempio presentiamo

una tabella relativa all'improntaecologica di alcune nazioni e unamappa che indica il deficit ecologi-co e l'impronta ecologica dell'Italia.

AR C A propone di usare questametodologia per calcolare l'im-pronta ecologica di un Comune o diuna Provincia, con lo scopo di ve-dere se la superficie del territorioconsiderato è in condizioni o menodi far fronte ai bisogni della popo-lazione residente e delle relativeattività produttive.

Non potendo essere individuatitutti i consumi analiticamente,l'impronta ecologica offre un risul-tato orientativo, anche se moltoimmediato e comprensibile. Serve,comunque, ad individuare eventua-

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impronta ecologica

NAZIONE IMPRONTA BIOCAPACITÀ DEFICITECOLOGICA ECOLOGICO*(ha/persona) (ha/persona) (ha/persona)

Australia 9,0 14,0 5,0

Canada 7,7 9,6 1,9

Italia 4,2 1,3 -2,9

Perù 1,6 7,7 6,1

Svizzera 5,0 1,8 -3,2

USA 10,3 6,7 -3,6

Mondo 2,8 2,1 -0,7

tabella 1: Impronta Ecologica di alcune nazioni con relativa biocapacità edeficit ecologico (*se negativo).

li deficit e a tenere la situazionesotto controllo. Abbinato con glialtri strumenti proposti nel manua-le consente di aggiungere una dia-gnosi complementare, di alto profi-lo biologico.

In conclusione l'impronta ecolo-gica, ponendo il concetto di sosteni-bilità in termini semplici e concreti,ci consente di delineare uno scena-rio intuitivo dei requisiti fondamen-tali della sostenibilità ecologica.

B i b l i o g r a fia

1. M. WA C K E R N A G E L, W. RE E S, L ' i m -pronta Ecologica, Edizione Am-biente, 1996. Prefazione a curadi Gianfranco Bologna.

2. M. WA C K E R N A G E L, L. LE WA N, C. BO R G-S T R Ö M HA N S S O N, Evaluating theUse of Natural Capital with theEcological Footprint. Ambio, vol.28, n°7, pp. 604-612, 1999.

3. “Ecological Economics”, vol.32,n°3, 2000. L'intero volume è de-dicato al concetto di improntae c o l o g i c a .

4. M. WA C K E R N A G E L et A L., E c o l o g i c a lFootprints of Nations: How MuchNature Do They Use? How MuchNature Do They Have?. I n t e r n a-tional Council for Local Environ-mental Initiative, Toronto, 1997.

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impronta ecologica

A differenza delle analisi ener-getiche ed economiche classicheche tengono conto solo delle vociquantificabili su base energetica omonetaria, trascurando così lamaggior parte degli inputs fornitigratuitamente dall'ambiente, l'a-nalisi emergetica (emergy analysis )è una metodologia termodinamicaintrodotta negli anni '80 da H.T.Odum (Facoltà di Ingegneria Am-bientale dell'Università della Flori-da, USA), capace di considerare siagli aspetti economici che ambien-tali di un certo sistema, unifor-mandone tutti gli input, i flussi egli output, al comune denominato-re dell’energia solare: l'energia pri-maria che muove tutti i processiche si verificano all'interno dellabiosfera.

Questo è un fattore di primariaimportanza, perché, anche se sulmercato è riconosciuto solo il valo-re monetario, l'economia si basaanche su notevoli quantità di risor-se fornite dall'ambiente, delle qualiè indispensabile tenere conto, at-tribuendo loro un valore, per pro-gettare e mettere in atto un pianodi sfruttamento sostenibi le nellungo periodo.

Per riportare i prodotti ed i ser-vizi ambientali ed economici nelledimensioni dell'unità energeticacomune, essi sono valutati in ter-

analisi emergetica

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a

mini di energia solare equivalente,chiamata solar emergy o emergia,e definita come l'energia solare di-rettamente o indirettamente ne-cessaria per ottenere un certo beneo servizio.

Per effettuare la conversione aenergia solare si parte dalla con-statazione che esistono diversequalità di energia (per esempio, perottenere poche unità di un'energiadi alta qualità, come quella elettri-ca, sono necessarie molte unità dienergia di bassa qualità come ilpetrolio) e si utilizza quindi per idiversi tipi di energia un fattore diconversione a energia solare chia-mato solar transformity, l'energiasolare equivalente necessaria perottenere un'unità energetica (Jou-le) di un certo prodotto.

Mentre l'emergia è una gran-dezza estensiva, cioè dipendentedalle dimensioni del sistema, e simisura in solar emergy joule (s e j) ,la t r a n s f o r m i t y è una grandezzaintensiva e la sua unità di misura èil solar emergy joule/Joule (s e j / J) .Talvolta, per certi tipi di prodotto odi flusso più facilmente quantifica-bili in unità di massa, si può usareuna transformity espressa in sej/g.

L'analisi emergetica si prestaper l'applicazione del primo princi-pio dello sviluppo sostenibile enun-ciato da Daly, il cosiddetto princi -

pio del rendimento sostenibile, se-condo il quale le risorse devono es-sere consumate ad una velocità ta-le da permettere alla natura di ri-pristinarle; essa è infatti in gradodi identificare le linee guida per uncorretto uso delle risorse naturalicompatibile con i loro tempi di for-mazione.

L'emergia può essere considera-ta come una "energy memory", ov-vero come una memoria di tuttal'energia solare necessaria per sup-portare un certo sistema; più gran-de quindi risulta essere il flussoemergetico complessivo necessarioper un processo, maggiore è laquantità di energia solare che que-sto "consuma", ovvero maggiore èil costo ambientale presente e pas-sato necessario a mantenerlo.

La t r a n s f o r m i t y è allo stessotempo un indicatore di qualità e diefficienza: di qualità perché, perprocessi con prodotti diversi, tantopiù è alta tanto più il processo ècomplesso e il suo prodotto è diqualità superiore, e di efficienzaperché, per processi analoghi, aparità di prodotto, tanto più è bas-sa tanto migliore risulta l'efficien-za di produzione.

Distinguendo gli input che affe-riscono ad un certo sistema in basealla diversa natura, ovvero in baseal grado di rinnovabilità e alla pro-

analisi emergetica

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venienza, e suddividendo l'emergiatotale che lo supporta in tre diversicontributi: locale rinnovabile (R),locale non rinnovabile (N) e impor-tata dal mercato esterno (F), sipossono calcolare tutta una seriedi indicatori di sostenibilità che,assieme all'emergia e alla transfor -m i t y, sono in grado di valutarel'impatto ambientale del sistema edi fornire indicazioni su quelle chesono le direzioni da seguire affin-ché esso sia sostenibile.

Tra gli indicatori più comune-mente utilizzati troviamo il rendi-mento emergetico (emergy yieldratio, EYR) , dato dall'emergia di unoutput di un processo divisa perl'emergia degli input che derivanodal sistema economico. Se il valoredi questo rapporto è poco superio-re a quello unitario, il sistema re-stituisce, in termini emergetici, so-lo quanto gli è stato fornito dall'e-conomia. Questo indice dà quindiuna misura della competitività diun sistema rispetto a quelli alter-nativi nel fornire uno stesso pro-dotto, in quanto è una misura dellacapacità del sistema di sfruttare lerisorse fornite gratuitamente dal-l'ambiente. Maggiore è il suo valo-re, più efficace è il sistema nellosfruttare le risorse naturali a paritàdi investimento economico(espresso in termini emergetici).

La densità di emergia (empowerd e n s i t y ), data dall'emergia perunità di area, è una misura dellaconcentrazione spaziale dell'emer-gia. Un valore elevato di questo in-dice sarà riscontrato in quelle zo-ne, come i centri urbani o i poli in-dustriali, nei quali l'uso di emergiaè grande rispetto alla superficie adisposizione. In questi casi l'areadisponibile può diventare un fatto-re limitante per lo sviluppo. Zonerurali o meno tecnologicamentesviluppate presentano, in generale,un valore più basso di questo indi-ce. Per processi analoghi, per iquali il livello tecnologico è daconsiderarsi equivalente, un valoremaggiore della densità di emergiacorrisponde ad un più elevatostress ambientale. La densità diemergia rappresenta anche unasorta di misura della carrying ca -p a c i t y del sistema, che è il caricomassimo sostenibile da parte di unsistema.

Il rapporto di impatto ambien-tale (environmental loading ratio,ELR), è dato dall'emergia degli in-put provenienti dal sistema econo-mico e da risorse locali non rinno-vabili divisa per l'emergia derivanteda risorse locali rinnovabili. Un va-lore elevato di questo indice riflet-te un elevato stress ambientale e/oun elevato livello tecnologico.

analisi emergetica

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Questo rapporto cresce, infatti,quando è usata una maggiore tec-nologia o quando sono forniti me-no input rinnovabili dall'ambiente.

La figura riassume il calcolo deitre indici sopra introdotti per ungenerico sistema alimentato da in-puts rinnovabili R, non rinnovabiliN, ed economici F.

Oltre a quelli sopra citati posso-no essere calcolati molti altri indi-catori di sostenibilità, e ne possonoessere costruiti di nuovi in relazio-ne alle caratteristiche del sistemaanalizzato. Dovendo per esempiostudiare, come è spesso accaduto

negli studi già effettuati dai ricer-catori di A R C A, sistemi urbanicome Province o Regioni, è utilecalcolare il rapporto emergia/per-sona, dato dall'emergia utilizzatain una certa area divisa per il suonumero di abitanti. Questa forni-sce, infatti, una sorta di misuradello standard di vita, inteso comedisponibilità di beni e risorse. Unelevato uso di emergia pro-capiteindica di norma un elevato livellodi sviluppo tecnologico e industria-le, ma anche un elevato stress am-bientale, qualora non si utilizzinorisorse rinnovabili.

analisi emergetica

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Ovviamente la possibilità di im-piegare sinergicamente indicatoridiversi che si focalizzano su diffe-renti aspetti, si dimostra partico-larmente efficace per valutare lasostenibilità e i risultati dell'analisiemergetica esplicano ancora me-glio tutta la loro potenzialità se ilsistema sotto studio è confrontatocon altri sistemi simili e/o se unostesso sistema è monitorato nelcorso degli anni.

L'ampia gamma di indicatoriutilizzabili va inoltre ad allargare ilcampo di impiego dell 'analisiemergetica, così che la sua appli-cazione risulta vastissima sia per ladiversa natura, sia per le diversedimensioni dei sistemi che possonoessere studiati, da quelli agricoli aquelli urbani, da quelli turistici aquelli industriali o biologici, dai si-stemi micro a sistemi di grandi di-mensioni, come Comuni, Province oanche Nazioni.

I ricercatori di A R C A h a n n ogià realizzato numerosi studi di va-lutazione della sostenibilità e del-l'impatto ambientale di sistemi divario tipo utilizzando l'analisiemergetica e i suoi indicatori. Tr aquesti ricordiamo:- studi di sistemi di produzioneagricola;- studi di sistemi di produzione in-dustriale;

- analisi territoriali su scala comu-nale, regionale, provinciale ed an-che nazionale;- studi di sistemi di gestione rifiuti;- analisi dell'attività turistica.

L'utilizzo dell'analisi emergeticapresenta l'enorme vantaggio di po-ter impiegare una stessa metodo-logia per lo studio di sistemi ancheassai diversi tra loro e gli indicato-ri emergetici hanno il grosso pregiodi saper conciliare la facilità di let-tura e di interpretazione con unasolida base scientifica, caratteristi-ca, quest'ultima, per lo più estra-nea alla maggior parte dei metodicorrentemente utilizzati da chi sioccupa di ambiente e sostenibilità.

ARCA propone pertanto, nel-l'interesse degli utilizzatori, l'im-piego dell'approccio emergetico edegli indicatori emergetici di so-stenibilità, perché questi strumenticonsentono di effettuare un'analisiarticolata ed approfondita sull'im-patto ambientale dell'attività esa-minata, di individuare le linee diintervento per migliorare la"performance ambientale" e di mo-nitorare, infine, l'evoluzione tem-porale del sistema, come richiestodalle norme e dai regolamenti vi-genti ( ISO 14001, ISO 14040,EMAS, etc.).

I risultati dell'analisi emergetica

analisi emergetica

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possono essere inoltre utilizzati percreare specifici marchi di ecocom-patibilità/sostenibilità, particolar-mente adatti a tutelare e promuo-vere sul mercato l'attività agricola,turistica, industriale, etc. e di note-vole interesse non solo per il sin-golo imprenditore, ma anche per leAssociazioni di categoria che pos-sono così orientare e meglio tute-lare sul mercato i propri associati.

L'analisi emergetica, in partico-lare attraverso il rapporto di im-

patto ambientale, permette di co-struire delle vere e proprie mappedi sostenibilità territoriale (che po-tremmo chiamare "tac" del territo-rio). La figura sopra mostra una diqueste mappe elaborata dal nostrogruppo per la provincia di Modena.

In sintesi l'analisi emergetica sipresenta come uno dei più modernied efficaci metodi investigativi perla valutazione della sostenibilità edell'impatto ambientale di sistemidi varia natura, utilizzabile sia in

analisi emergetica

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La provincia di Modena: densitàemergetica (ED) dei distretti

fase di pianificazione che di certifi-cazione, miglioramento o recuperodi sistemi, sempre nell'ottica diuno sfruttamento sostenibile dellerisorse naturali e di uno sviluppoeconomico capace di rispettare lanatura e di integrarsi con il proprioambiente.

Riferimenti

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analisi emergetica

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Come ormai noto a tutti perla pressante opera divulgativadei media, l'attività dell'uomosta inquinando oltre al suolo edalle acque, anche l'atmosfera:esistono infatti massicce emis-sioni di gas che ne mutano laconformazione e le caratteristi-che provocando variazioni clima-tiche.

La principale responsabile èl'anidride carbonica che vieneprodotta dalla combustione difonti fossili (petrolio e derivati,gas metano, carbone) il cui ef-fetto è intensificato dalle attivitàdi deforestazione. I suoi effettisono comunque aggravati da al-tri gas quali il protossido di azo-to (N 2O), il metano (CH4), i com-posti alogenati (CFC-11 e HCFC-22), i perfluorocarburi (CF4) e l'e-safluoruro di zolfo (SF6).

La CO2 ha la capacità di as-sorbire le radiazioni termiche(infrarosse) riflesse dalla superfi-ce terrestre, impedendone la di-spersione nello spazio esterno,ed è pertanto la principale re-sponsabile di quello che vienecomunemente definito l'effettoserra, vale a dire il progressivoriscaldamento dell'atmosfera.

Fin dal secolo scorso famosiscienziati avevano inquadrato ilproblema dell'anidride carbonica,

il bilancio della co2

21

tuttavia, fu solo negli anni '70che la crescente conoscenza cir-ca il funzionamento del sistemaatmosferico terrestre fece au-mentare l'attenzione riservata aquesto ramo dell’indagine scien-tifica. Nel 1988, per consentireai politici ed all'opinione pubbli-ca di avere una migliore com-prensione di quanto i ricercatoriavevano scoperto, il Programmasull'Ambiente delle Nazioni Uni-te (UNEP) e l'OrganizzazioneMeteorologica Mondiale (WMO)costituirono la Commissione In-tergovernativa sui CambiamentiClimatici (IPCC). Tale commissio-ne pubblica tuttora rapporti sul-lo stato delle conoscenze e for-nisce linee guida per la tratta-zione del problema.

Enrico C. Lorenzini dell'H a r -vard-Smithsonian Center forAstrophysics, Cambridge, Massa-chusetts (USA) così descrive gliscenari del futuro: «la stima piùrecente all'aumento futuro dellatemperatura media globale allasuperficie, dovuta all'incrementodei gas da effetto serra, è com-presa fra 1 e 4 °C prima della fi-ne del prossimo secolo, ipotiz-zando (come indicato dal leproiezioni odierne) che la con-centrazione di CO2 dell'atmosfe-ra raddoppi durante lo stesso pe-

riodo di tempo. Il valore mediopiù probabile è quindi intorno a2,5 °C in circa un secolo. Per ca-pire meglio che cosa significhiun aumento di questa portatabisogna guardare indietro neltempo, alla storia climatica dellaTerra. Da studi paleoclimatici sipuò determinare che la tempera-tura media della terra aumentòdi circa 10 °C durante un periododi 4000 anni dopo la fine dell'ul-tima glaciazione che ebbe luogo14000 anni fa. La massima va-riazione della temperatura mediadella terra, misurata sui tempidell'ordine del secolo, dall'ultimaglaciazione in poi, è stata quindidi circa 0,25 °C al secolo. La va-riazione predetta per il prossimosecolo, dovuta all'aumento del-l'effetto serra legato alle attivitàumane, è quindi 10 volte piùgrande dei valori storici».

I dati raccolti dall'IPCC indi-cano, sulla base delle attualitendenze, che entro la metà delprossimo secolo la concentrazio-ne di biossido di carbonio e deglialtri gas serra sarà doppia rispet-to ai valori dell'epoca preindu-striale e triplicherà entro il 2100.Ciò porterà all'aumento da 15 a95 cm del livello dei mari, allospostamento verso i poli delleattuali fasce climatiche di 150-


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550 Km, all'esasperazione di tut-ti i fenomeni atmosferici, ecc.con conseguenze facilmente in-tuibili. Inondazioni, desertifica-zioni, cataclismi naturali, chemineranno l'ulteriore progressodell'umanità, ammesso che nonmettano in discussione, così co-me già avviene per numerosespecie vegetali ed animali, lastessa sopravvivenza umana inalcune zone della terra.

Di questo problema è statapresa coscienza a livello interna-zionale. Nel 1992 le delegazionigovernative di 178 paesi, riuni-tesi a Rio de Janeiro per la Con-ferenza delle Nazioni Unite perl'Ambiente e lo Sviluppo, firma-rono le Convenzione sul Clima,

convenzione che prevedeva, per ipaesi industrializzati, l'assesta-mento delle emissioni di gas ser-ra per il 2000 ai valori del 1990.Gli impegni presi si sono dimo-strati inadeguati e nel dicembre1997 si è giunti al Protocollo diKyoto che prevede, a livello diogni nazione, per i 6 settori d'at-tività individuati come principalifonti di inquinamento, una ridu-zione dei "gas serra" e principal-mente di CO2 (che pesa sugli ef-fetti complessivi per oltre il 64%,vedi tabella 1, e per oltre l' 81%in l'Italia, vedi tabella 2). Il Proto-collo di Kyoto rappresenta un do-cumento legalmente vincolanteche impegna i paesi industrializ-zati a ridurre globalmente le


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CO2 CH4 N2O CFC-11* CF4 SF6HCFC-22

potere climalterante 1 21 310 140-11700 6500-9200 23900rispetto alla CO2 (GWP)

concentrazione 280 700 275 zero zero zeropre-industriale ppmv ppbv ppbv

concentrazione 358 1720 312 268, 110 72 3-4attuale ppmv ppbv ppbv pptv pptv pptv

tempo (in anni) di 50-200 12 120 50, 12 50000 3200persistenza in atmosfera

contributo globale 64% 20% 6% 10%in termini di effetto serra

Tabella 1. Caratteristiche dei gas climalteranti*i CFC sono stati banditi dal Protocollo di Montreal del 1987Riferimento: Climate change 1995, IPCC Gruppo di Lavoro I, p.15, IPCC 1996

emissioni di gas serra per il 2008-2 012 di un valore pari a circa il5,2% rispetto al 1990, valore dapesare in base alle responsabilitàs p e c i fiche di ogni paese.

Dal momento che l'anidridecarbonica ha un alto tempo dipermanenza in atmosfera (50-200 anni) e si riduce soltanto perl'assorbimento da parte della ve-getazione, è chiaro che l'obietti-vo di progressivo riequilibrio sirealizza soltanto attraverso laconvenuta riduzione delle emis-sioni. Ma, segmentando la rile-vazione, è altrettanto chiaro chealcune zone a più alta densità diinsediamento umano e indu-striale saranno chiamate ad ef-fettuare un maggior sforzo di

contenimento.Scendendo dal globale al par-

ticolare è quindi importante ese-guire un accurato bilancio dellaCO2 anche per programmare unatendenziale equità delle azioni diriequilibrio, che non saranno af-fatto indolori.

Effettuare un bilancio dellaC O2 consiste nel quantificare leemissioni antropogeniche di ani-dride carbonica e degli altri gasclimalteranti, valutate rispettoalla capacità dell'ambiente di as-sorbirle. Per fare questo è neces-sario monitorare e schematizzarele "sorgenti" di emissioni di CO2

(dirette ed indirette) e degli altrigas climalteranti e i "serbatoi",le strutture cioè in grado di as-


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quote % CO2 equivalente CO2 CH4 N2O totale

settore energetico 74,6 1,8 2,5 78,8

processi industriali 4,2 0 1;1 5,3

uso di solventi 0,4 0 0 0,4

agricoltura 0 3,3 4,3 7,6

camb. uso suolo e foreste 2,1 0,7 1,2 4,0

rifiuti 0,1 3,8 0 3,9

totale 81,3 9,6 9,1 100

Tabella 2. Emissioni di CO2 equivalente in Italia - Ripartizione per fonte e per gas

Riferimento: Seconda Comunicazione Nazionale, 1995

sorbire e immagazzinare l'anidri-de carbonica. In genere i gas aeffetto serra maggiormente dif-fusi in un territorio sono CO2,N2O, CH4 e vapor d'acqua. Gli al-tri, quali i composti alogenatiprecedentemente citati, rara-mente vengono considerati, inquanto, a meno che non sianopresenti specifiche produzioniindustriali che ne aumentano laconcentrazione, essi non appor-tano un contributo significativoai fini del calcolo. L'analisi vieneeffettuata su dati raccolti nelcorso di un anno per evitare chevariazioni climatiche e stagionalipossano alterare l'esattezza deirisultati.

A R C A e il Dipartimento di

Scienze e Tecnologie Chimiche edei Biosistemi dell'Università diSiena hanno già effettuato il bi-lancio serra di diversi sistemiterritoriali quali la provincia diViterbo (Tabella 3) e il comune diTorino.

Il gas serra più importante èchiaramente la CO2, le cui emis-sioni sono principalmente colle-gate allo sfruttamento di fontifossili utilizzate per far frontealla domanda energetica. Il set-tore energetico viene suddivisoin emissioni dirette, date dallacombustione di metano, oliicombustibili, GPL, benzine e ga-solio, e emissioni indirette datedal consumo di elettricità.

La produzione di energia elet-


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SORGENTI/SERBATOI emissione CO2 equivalenti unita'

energia elettrica + 2,03E+05 t

combustione di metano + 2,19E+05 t

combustione di GPL + 6,64E+04 t

combustione di benzina + 3,34E+05 t

combustione di gasolio + 3,88E+05 t

combustione di olio comb. + 8,12E+05 t

combustione di lubrificanti + 8,43E+05 t

attivita' zootecniche + 1,68E+05 t

aree verdi - 2,56E+05 t

TOTALE + 1,21E+06 T CO2 eq. ovvero 4,16 t CO2 eq./abitante

Tabella 3. Bilancio Serra della Provincia di Viterbo

trica in Italia è quasi completa-mente dovuta all'utilizzo di ri-sorse combustibili non rinnova-bil i, il contributo dato dalle"energie pulite" è limitato al7,4% su scala nazionale. È co-munque necessario verificare senel territorio in analisi siano pre-senti produzioni rinnovabili dienergia. Tenuto conto di questofattore, i l consumo locale dielettricità viene tramutato intonnellate di CO2 grazie ad op-portuni fattori di conversione,che tengono conto delle moda-lità di produzione della correnteelettrica. Metano, olii combusti-bili, GPL, benzine e gasolio ven-gono inoltre utilizzati diretta-mente nei settori civile, indu-striale e agricolo. Queste emis-sioni di CO2 si calcolano in baseallo specifico processo di combu-stione di ogni singolo elemento.

Alcuni gas, se rilasciati diret-tamente in atmosfera, contribui-scono a loro volta all'effetto ser-ra (tabella 1). Per valutare il lorospecifico contributo al bilanciofinale è necessario, una volta ri-scontratane la presenza nel ter-ritorio in analisi, quantificarne ilrilascio e quindi convertirlo inC O2 equivalenti. Questa opera-zione è necessaria per poter con-frontare tra loro tutti i dati rica-

vati.Successivamente si calcola la

capacità del territorio di assorbi-re CO2. Le aree verdi, ed in parti-colare le aree boschive, graziealla fotosintesi clorofilliana, sonoin grado di fissare l'anidride car-bonica atmosferica producendobiomassa. Verificando la distri-buzione di tali aree, il tipo di ve-getazione e il suo stadio di svi-luppo si riesce a quantificarel'ammontare di carbonio assimi-lato e quindi sottratto all'atmo-sfera.

La differenza tra il totale del-la CO2 (e CO2 equivalente) emes-sa dalle sorgenti e quella assor-bita dai serbatoi, fornisce il bi-lancio globale dei flussi di CO2

nel sistema sotto studio.In Italia il secondo rapporto

dell'IPCC prevede, secondo le at-tuali tendenze, la scomparsa neiprossimi cento anni del 95% deighiacciai alpini attualmente esi-stenti, l'estendersi di zone aridesoprattutto al sud e isole (feno-meno che già si sta verificando)e l'aumento del livello del mare(tra i 5 e i 29 cm) che avrà con-seguenze preoccupanti data laconformazione del paese. Divie-ne evidente l'importanza dell'im-pegno assunto dall'Italia firman-do il protocollo di Kyoto. L'Italia


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deve ridurre le emissioni del6,5% rispetto al 1990 per un to-tale che si stima essere intorno a100 milioni di tonnellate di CO2

equivalenti. Nonostante il proto-collo non sia stato ancora ratifi-cato l'Italia si sta già muovendoper delineare i provvedimenti ne-cessari a rispettare l'impegno diKyoto.

Si individuano sei azioni a li-vello nazionale e per ogni azionesono individuati gli obiettivi diriduzione da raggiungere entro il2 0 0 8 - 2 012 ripartiti come nellaTabella 4.

Il ministero dell'ambiente e laFIAT hanno istituito un protocol-lo d'intesa con il quale la casaautomobilistica si è impegnata a

ridurre i consumi specifici deipropri veicoli venduti. Un decisi-vo apporto a dimostrare l'impe-gno preso dal governo italiano èstato l'inserimento nella finan-ziaria del 1999 della carbon tax(strumento fiscale che imponeun tributo sulle emissioni di CO2)i cui proventi si spera venganoutilizzati per favorire il rimbo-schimento, quanto meno in virtùdel fatto che le aree verdi sonol'unico "capitale naturale" ingrado di diminuire la CO2 r i l a-sciata in atmosfera. Il fatto chel'Italia abbia aggiunto il propriopeso a quello dei cinque paesinordici (Svezia, Norvegia, Olan-da, Danimarca e Finlandia) cheavevano già adottato questo


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Azioni nazionali per la riduzione tonnellate di CO2 (milioni)

delle emissioni dei gas serra

riduzione delle emissioni nei settori non energetici -15/19

assorbimento delle emissioni di carbonio dalle foreste -0,7

aumento di efficienza del sistema elettrico -20/23

produzione di energia da fonti rinnovabili -18/20

riduzione dei consumi energetici nei

settori industriale/abitativo/terziario -24/29

riduzione dei consumi energetici

nel settore dei trasporti -18/21

Totale -95/112

Tabella 4. Ripartizione e azioni nazionali di riduzione dei gas serra.

strumento, sia pure in formeparziali, è destinato a riaprire iltema della carbon tax a livelloeuropeo.

Da tutto quanto detto sopra,emerge evidente l'importanza delbilancio della CO2 per compren-sori territoriali quali comuni,provincie e regioni, ma anche peri vari operatori economici cheproducono emissioni di gas serra,così come testimonia il protocol-lo FIAT. Parimenti interessate ap-paiono le industrie produttrici dienergia elettrica, le aziende ditrasporti (è utile citare a questoproposito il Protocollo d'Intesasottoscritto tra il Ministero del-l'Ambiente e la Federtrasporti) ele società petrolifere, che saran-no chiamate a ridurre le proprieemissioni inquinanti, all'inizio,presumibilmente, con incentivi emoral suasion e poi con provve-dimenti legislativi penalizzanti,adottati nell'interesse dell'interogenere umano.

Già diverse province italiane eestere hanno utilizzato il bilan-cio della CO2 come strumentoper quantificare gli impegni chespettano loro per rientrare nei li-miti dettati dal Protocollo diKyoto, anticipando i provvedi-menti che verranno imposti suscala nazionale.

Se poi l'impegno di Kyoto nonrisulterà, come pare, sufficiente,dovrà essere individuato unobiettivo di riduzione più avan-zato: è chiaro allora quanto sianecessario controllare su baseannua l'andamento dei gas cli-malteranti.

A R C A propone l'utilizzo diquesto strumento per monitorarei contributi che i sistemi portanoall'effetto serra globale, oppor-tunamente calcolati rispetto al1990 (anno di riferimento diKyoto), al fine di poter valutare edistinguere i diversi settori re-sponsabili. Il bilancio della CO2 ,

se associato a studi con altri in-dicatori, fornisce poi informazio-ni supplementari per una analisicompleta della sostenibilità di unterritorio.

b i b l i o g r a fia

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28

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29

La valutazione del capitalenaturale, cioè la stima di quantola natura contribuisce alla pro-duzione di benessere per l'uomo,è uno dei metodi di contabilizza-zione ambientale più innovativiin campo scientifico e si prestaparticolarmente bene per defini-re una politica di sviluppo soste-nibile.

In generale, per capitale si in-tende una quantità di materia odi informazione contenuta nellamateria stessa in un dato istan-te. Esistono varie forme fisiche dicapitale: il capitale naturale (ades. gli alberi, i minerali, gli ecosi-stemi, l'atmosfera, ecc.), il capi-tale prodotto dall'uomo (ad es. lemacchine, i palazzi, ecc.) e il ca-pitale umano rappresentato daicorpi fisici (ad es. le persone).

Ogni forma di capitale gene-ra, autonomamente o congiun-tamente ad altri tipi di capitale,un flusso di servizi, che l'uomoutilizza per aumentare il propriobenessere.

L'uomo si avvale dei flussi dimateria, energia ed informazio-ne, immagazzinati nel capitalenaturale e, combinandoli con lealtre forme di capitale (quelloprodotto dall'uomo e quelloumano), produce ricchezza perse stesso.

introduzione

30

il capitale naturale

Pertanto, il capitale naturaleè essenziale per il benessereumano e non può in alcun modoessere sostituito dalle altre for-me di capitale esistenti; inoltre ilcapitale prodotto dall'uomo ed ilcapitale umano necessitano delcapitale naturale per sussistere.

Per uno sviluppo sostenibile èfondamentale, non tanto che ilcapitale totale (ovvero l'insiemedei capitali prima citati) siamantenuto costante (definizionedi sostenibilità debole) ma, so-prattutto, che le singole forme dicapitale siano mantenute co-stanti, in quanto non sostituibilitra di loro (definizione di soste-nibilità forte).

Negli ultimi anni sono statiscritti su prestigiose rivis tescientifiche internazionali diversiarticoli in materia di sostenibilitàe sull'importanza del capitalenaturale, ma probabilmente lostudio più importante è statopubblicato su "Nature" nel mag-gio 1997. Primo firmatario del-l'articolo è il professor RobertCostanza dell'Università delMaryland, uno dei padri fonda-tori della teoria dello svilupposostenibile. Il lavoro, ricco di da-ti, tabelle e referenze bibliografi-che, pone in luce una cosa giànota agli addetti ai lavori, cioè la

prevalenza, anche in terminieconomici, del valore dell'am-biente rispetto al prodotto glo-bale lordo.

Questo studio, inoltre, forni-sce un contributo essenziale per:- definire quali sono i servizi piùimportanti degli ecosistemi;- stabilire in prima approssima-zione l'ordine di grandezza com-plessivo dei servizi degli ecosi-stemi;- costruire una base teorica perulteriori analisi;- definire le aree e gli ecosistemiche necessitano di maggiore ap-profondimento;- stimolare la ricerca futura e ildibattito.

I servizi che i sistemi ecologi-ci offrono all'uomo e il capitalenaturale che li produce contri-buiscono al benessere umano, siadirettamente che indirettamente,e rappresentano parte del valoreeconomico totale del Pianeta.Per l'intera biosfera, il valore concui l'ambiente contribuisce albenessere dell'umanità è stimatotra 16 e 54 trilioni (1012) di dol-lari USA all'anno, con una mediadi 33 trilioni di dollari. Il prodot-to globale lordo totale (PNL: pro-dotto nazionale lordo o GNP:global gross national product) èinvece stimato in circa 18 trilioni


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di dollari all'anno. Tutto questosapendo che la maggior parte deiservizi degli ecosistemi è rappre-sentato da beni estranei a logi-che di mercato, come ad es. ilvalore estetico e affettivo delpaesaggio.

La stima proposta deve essereconsiderata un valore minimo,probabilmente destinato ad au-mentare con ulteriori ricerche, sesi considerano alcuni valori pru-denziali assunti nei casi di mag-giore incertezza. Inoltre, dal mo-mento che il capitale naturale e iservizi degli ecosistemi divente-

ranno sempre più scarsi in futu-ro, il loro valore è destinato acrescere.

La valutazione del capitalenaturale può essere realizzata siasu scala globale che su scala lo-cale. Il metodo di calcolo richie-de la suddivisione del sistema daanalizzare nei vari ecosistemiche lo costituiscono e l'indivi-duazione dei principali serviziche questi forniscono. La naturaoffre senza sosta all'uomo i suoiservizi, quali ad es. la regolazio-ne del clima, la formazione disuolo, l'impollinazione, il riciclo


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dei nutrienti, ecc., che comune-mente non vengono contabiliz-zati fra i beni che contribuisconoal benessere dell'uomo. L'offertadi questi servizi è costantementegarantita dalla natura e prescin-de dalla domanda.

Si costruisce poi una matrice(matrice di calcolo dei servizi) incui, lungo le colonne, sono ripor-tati i valori di un singolo servizioper i differenti ecosistemi presiin considerazione, in modo chelungo una riga siano rilevabili ivalori dei differenti servizi ap-partenenti ad uno stesso ecosi-stema (Figura 1).

Il valore complessivo del capi-tale naturale è dato dalla sommadei valori su tutte le righe e sututte le colonne.

I metodi di calcolo di un sin-golo servizio dell'ecosistema so-no svariati e si differenziano aseconda del servizio considerato.Generalmente viene consideratoo il valore di mercato, o il prezzo,o il ricavo netto. Altrimenti, ilvalore del servizio dell'ecosiste-ma può essere stimato conside-rando la disponibilità degli indi-vidui a pagare per quel determi-nato servizio (willingness-to-pay,WTP).

Ad esempio: se l'ecosistema

fornisce un servizio quale la pu-rificazione delle acque attraversola filtrazione e lo scorrimento trale rocce, i beneficiari del serviziosaranno disposti a pagare perquesto fino al costo, ad esempio,di un depuratore.

Se l'ecosistema fornisce unservizio quale la fissazione del-l'azoto tramite microrganismi, ibeneficiari del servizio sarannodisposti a pagare per questo finoal costo, ad esempio, della prati-ca del "sovescio" (cioè l'utilizzodelle leguminose per concimareil terreno).

Il calcolo del capitale naturaleconsente:- di aiutare a modificare i siste-mi di valutazione economica, permeglio tener conto del valore deiservizi degli ecosistemi e del ca-pitale naturale, proprio perchénon cresce il benessere, al cre-scere del solo GNP;- di valutare meglio i benefici dispecifici progetti o interventi, inquanto, essendo i servizi degliecosistemi fuori dal mercato, es-si vengono spesso ignorati o sot-tovalutati, portando ad errorinella valutazione dei costi socia-li ed economici che, spesso, ri-schiano di essere superiori ai be-nefici indotti.


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Va detto che diverse obiezionisono state mosse in questi ultimianni sulla necessità di calcolareil valore del capitale naturale.

Alcuni, infatti, sostengonoche sia impossibile valutare ilvalore degli ecosistemi, poichénon si possono valutare cose in-tangibili quali la vita umana, labellezza ambientale o i benefic iecologici a lungo termine. Ma, inrealtà, noi facciamo bilanci diquesto tipo ogni giorno quando,ad esempio, vogliamo costruirestrade più sicure nonostante icosti più elevati.

Altri, invece, sostengono chebisognerebbe proteggere gli eco-sistemi per pure ragioni etiche oestetiche, a prescindere dal lorovalore. Ci sono però argomentimorali ugualmente stringenti,che ci spingono a sfruttare gliecosistemi anziché a proteggerli.

Il limite principale del proces-so di calcolo del capitale natura-le va individuato nel fatto che,inevitabilmente, viene realizzatauna fotografia statica di quelloche è invece un complesso siste-ma dinamico.

In conclusione, quindi, perperseguire la strada dello svilup-po sostenibile è fondamentaleconsiderare sia argomenti eco-nomici, primo fra tutti la valuta-

zione del capitale naturale, cheargomenti etici e, in particolare,è importante valutare comecambiamenti qualitativi e quan-titativi dei servizi degli ecosiste-mi possano modificare i costi e ibenefici associati alle attivitàumane.

ARCA si propone di utilizza-re questa metodologia di analisial fine di determinare, a livelloterritoriale, il contributo dei benie dei servizi che la natura offrequotidianamente per manteneree migliorare il benessere di ognisingolo cittadino.

In ultima analisi, proprio per-ché siamo soliti interpretare ognievento in termini economici, sitratta di un indicatore molto im-mediato che, se reiterato neltempo e rapportato alla quantitàdei beni utilizzati ed all'evoluzio-ne dei costumi, permette di indi-viduare le azioni che realizzanoreali vantaggi per l’uomo e per lanatura e non solo ingannevoliprofitti momentanei.


34


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35f

Uno strumento che permettedi misurare in modo sistematicogli effetti dell'attività umanasull'ambiente è la cosiddettaAnalisi del Ciclo di Vita del Pro-dotto (oppure di un processo o diun’attività) o life cicle analysis(LCA), mediante la quale si stu-diano gli impatti ambientali diun intero ciclo produttivo, dall'u-so di materia ed energia, fino alconsumo e alla gestione dei ri-fiuti generati da esso. Questametodologia permette una dia-gnosi ambientale di tutta la sto-ria di un prodotto, un ciclo co-siddetto "dalla culla alla tomba",vale a dire dalla sua nascita finoall'esaurimento delle sue funzio-ni e dei suoi effetti.

La LCA è una diretta discen-dente degli studi di configura-zione globale e di audit energeti-ci degli ultimi anni '60 e primianni '70 e rappresenta, come na-turale estensione, la base per glischemi di eco-labelling richiestiper i prodotti dalle imprese pro-duttrici, per i quali il mercato sifa sempre più esigente.

La metodologia LCA, cono-sciuta anche con altre denomi-nazioni come Cradle to GraveAnalysis, Eco-balancing o Mate -rial Flow Analysis, si articola nel-le seguenti fasi:

-Determinazione degli scopi edei limiti dello studio- Raccolta dei dati riguardanti levarie fasi del ciclo di vita (LifeCycle Inventory)- Elaborazione dei dati e valuta-zione degli impatti ambientali(Life Cycle Assessment).- Interpretazione dei risultati (Li-fe Cycle Interpretation)

La fase della determinazionedegli scopi dell'analisi riguardagli obiettivi che si vogliono rag-giungere. Essi consistono, comegià si è accennato in precedenza,nel valutare le prestazioni am-bientali ed energetiche di unprodotto, individuando le fasi piùcritiche dal punto di vista ecolo-gico, sulle quali operare deicambiamenti; nel confrontarediversi beni e servizi surrogabili,anche per scopi commerciali, oche svolgono le medesime fun-zioni, in modo da ottimizzare lescelte che li coinvolgono. La de-terminazione degli scopi è utile,inoltre, affinchè siano chiare lemetodologie utilizzate, le ragioniper cui si effettua l'analisi e l'au-dience a cui si intende comuni-care i risultati.

La fase chiamata I n v e n t a r i o(Life Cycle Inventory) è l'essenza

life cicle analysis

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dello studio del ciclo di vita. Essasi realizza in quattro momentisuccessivi che descrivono le im-plicazioni ambientali del ciclo divita del sistema studiato.

L'Inventario è un processoiterativo nel senso che gli stadiche lo costituiscono si ripropon-gono più di una volta fino al rag-giungimento dell'obiettivo finale.

Il primo stadio è chiamatoDiagramma di Flusso e consistenella traduzione grafica dell'evo-luzione del processo con le suevarie fasi, rappresentate da ge-nerici rettangoli, collegate traloro dai flussi di materiali, rap-presentati da frecce. Coerente-mente con il significato di LifeCycle Analysis, il grafico descriveil processo, dall'ideazione delprodotto alle condizioni di pro-duzione e consumo, fino allostadio dei rifiuti. Il Diagramma diFlusso è quindi un modello dellarealtà che può essere più o menodettagliato. Il suo scopo è quellodi dare un primo orientamentoalla ricerca dei dati necessari al-lo studio.

Il passo successivo consistenel fornire una connotazione nu-merica alle informazioni che sisono ricavate rappresentando ilprocesso, vale a dire raccoglien-do dati per ogni sottoprocesso o

flusso individuato. A questo pro-posito, si possono classificaredue tipi di input e di output ri-spetto al processo: quelli econo-mici e quelli ambientali. I flu s s iin entrata (i n flow s) possono es-sere di origine economica, comealcuni materiali grezzi, i servizi egli input energetici, o di origineambientale come le materie pri-me estratte o coltivate. Pe rquanto riguarda i flussi in uscita(outflows), sono economici i pro-dotti finiti, i semilavorati, i co-prodotti e gli scarti della produ-zione, mentre sono ecologiciquelli che incidono sull'ambientecome le emissioni che provocanoinquinamento atmosferico e idri-co, nonché i rifiuti solidi. In ge-nerale, le caratteristiche dellaraccolta dei dati possono essereriassunte nel modo seguente:- precisione, completezza e rap-presentatività dei dati;- descrizione spazio-temporale etecnologica;- coerenza e riproducibilità deimetodi usati;- fonti dei dati e loro attendibi-lità;- margine di incertezza delleinformazioni.

A questo punto, una volta fis-sato l'obiettivo dello studio euna volta individuato il ciclo di

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vita del prodotto, sia grafica-mente che numericamente at-traverso la raccolta dei dati, ènecessario approfondirne la co-noscenza rapportando il proces-so all'ambiente circostante e adaltri processi interrelati e, all'in-terno di esso, individuare lecomponenti rilevanti rispetto aquelle di minore importanza.Questa è la fase in cui si deter-minano i confini del sistema, va-le a dire si decide quali parti delprocesso si includeranno nell'a-nalisi e quali no.

Una volta raccolti i dati, sirendono disponibili una serie diinformazioni ulteriori sul sistemaanalizzato, cosa che potrebbeanche portare a nuove esigenzeo limitazioni e a rivedere i proce-dimenti di raccolta affinchè sipossano meglio realizzare gliobiettivi dello studio. In alcunicasi, possono essere identific a t enuove argomentazioni e proble-mi tali da indurre a rivedere glistessi scopi dell'analisi.

L'ultima fase del procedimen-to chiamato I n v e n t a r i o è unaprima elaborazione dei dati rac-colti che prevede, innanzi tutto,la tabulazione di tutti i dati perogni fase del processo o ciclo divita. Ad esempio, sarebbe neces-sario conoscere l'ammontare di

energia ed avere informazioniquali-quantitative sulle materieprime utilizzate e sul prodotto ocoprodotto generato da ogni sin-gola fase. Il fatto di raggrupparei dati in una serie di tabelle per-mette di costituire una base sul-la quale valutare lo sviluppo ditutto un processo o confrontarlocon un altro.

Alla fase chiamata Inventariosegue il cosiddetto life cycle as -sessment durante il quale si as-sociano ai dati trovati i corri-spondenti valori in termini di im-patto ambientale, vale a dire chetutta l'evoluzione del prodotto"dalla culla alla tomba" vienetradotta in termini di effetti sul-l'ambiente. Sono stati realizzatiappositi software che consento-no l'elaborazione dei dati facili-tando dunque l'operazione di in-terpretazione e valutazione deirisultati.

L'uso delle risorse e dei fatto-ri produttivi, nonché le emissionie la produzione dei rifiuti incido-no sui parametri descrittivi sceltiper valutare i dati rilevati nellafase dell'Inventario. Essi sono, adesempio, lo sfruttamento dellerisorse non rinnovabili e dell'e-nergia, il riscaldamento globaledel pianeta (noto come G l o b a l

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Warming), gli effetti nocivi sullafascia di ozono, la tossicità del-l'acqua e del suolo e l'esposizio-ne umana alle sostanze tossiche.

Chiaramente, non tutte le va-riabili ambientali hanno lo stessopeso nelle diverse analisi, soprat-tutto se si analizzano processidiversi. Ad esempio, un tipo diprocesso, o una fase della produ-zione di un bene, può inciderepiù in termini di consumi di ri-sorse non rinnovabili che diemissioni di gas serra rispetto adun'altra. Pertanto è necessarioeffettuare una ponderazione ap-propriata. Il fatto di pesare le di-verse componenti ambientalipermetterà di passare da un'ana-lisi più generale detta profiloambientale del processo ad unvero e proprio indice ambientalenumerico dato dalla sommaponderata di tutti i risultati par-ziali.

Dal momento che i fattori diponderazione sono generalmentedeterminati secondo criteri sog-gettivi e non c'è largo consensoriguardo all'approccio da sce-gliere, è bene selezionare diversigruppi di tali fattori in modo ta-le da ottenere un intervallo (ran -ge) di risultati che identifichi an-che l'incertezza e gli eventualiscostamenti dei dati dalla realtà.

La determinazione dell'indiceambientale permette di indivi-duare quali sono le aree del ciclodi vita del prodotto che sonopassibili di miglioramenti o qualetra due prodotti differenti pre-senta un minore impatto sul-l'ambiente.

La fase di a s s e s s m e n t, dalpunto di vista scientifico e meto-dologico, è in via di sviluppo, nelsenso che l'operazione che per-mette di associare i dati raccoltinella fase dell'Inventario alle va-riabili ambientali critiche sceltenella fase di valutazione degliimpatti non è dettata da regoleunanimamente riconosciute edaccettate. In ogni caso è comun-que necessario che tutte le fasidella ricerca siano ispirate a cri-teri di trasparenza in modo taleda assicurare che le ipotesi fattesiano chiaramente enunciate.

L'ultima fase è chiamata l i f ecycle interpretation ed è il risul-tato della combinazione delle fa-si dell'Inventario e della Valuta-zione degli impatti (assessment).Dall'interpretazione dei dati èpossibile formulare delle conclu-sioni o raccomandazioni, coeren-ti con gli scopi dell'analisi stabi-liti inizialmente, le quali dovran-no anch'esse essere presentate in

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modo trasparente e dettagliatoaffinchè i risultati siano fruibilidagli organi decisori.

L'analisi del ciclo di vita, puressendo un utile strumento divalutazione delle prestazioniambientali di un processo o pro-dotto, presenta per sua naturadei limiti.

Innanzi tutto è inevitabile in-vestire molto tempo nella rac-colta di dati dettagliati e pun-tuali (fase dell'Inventario), con-dizione necessaria per ottenereun'accurata rappresentazionedella realtà. In questa fase ope-rativa sono spesso coinvolte lestesse imprese, le quali non sem-pre sono disposte alla diffusionee alla pubblicazione delle infor-mazioni che le riguardano.

I dati rilevati vengono succes-sivamente elaborati e sottopostia valutazioni che sovente sonosoggettive e, di conseguenza,opinabili, così come le interpre-tazioni, le diagnosi e gli even-tuali suggerimenti volti ad atte-nuare gli impatti sull'ambiente.

Non è unanime, inoltre, laconvinzione che tradurre i risul-tati dell'analisi in un indicatorenumerico o score sia una sempli-ficazione profittevole a causadella natura unidimensionale di

un numero rispetto alla com-plessità del fenomeno studiato(l'interazione tra attività umanaed ambiente).

Conclusivamente, la LCA rap-presenta un approccio di tipotecnico multidisciplinare ai pro-blemi ambientali, i cui risultatisono collegati alla capacità deglianalisti di scomporre, di indivi-duare e di misurare le fasi signi-ficative dei processi, capacitàcorrelata anche all'esperienzaacquisita sul campo dagli anali-sti stessi.

Pur non potendo affermareche si tratta di una metodologiacon valenza assoluta - se mai cene sono! - si può senz'altro so-stenere che essa costituisce unapproccio serio e concreto, capa-ce di far individuare le azionicorrettive e di verificarne l'effi-cacia con un rapido aggiorna-mento delle precedenti risultan-ze.

arca, che annovera al pro-prio interno anche esperienze in-gegneristiche, propone quindil'adozione di LCA:- alle imprese, per le quali le po-tenzialità di un'analisi del ciclodi vita si dispiegano nell'ambitodella valutazione comparativa didiversi prodotti con funzionianaloghe; in alternativa, la LCA

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permette di ottimizzare, in ter-mini di impatto ambientale, levarie fasi del ciclo di vita di ununico prodotto, con uno sguardoalla tecnologia e all'impiantisticache presiedono alle fasi di pro-duzione, nonché ai metodi di di-stribuzione e ai tipi di rifiuti chedal ciclo scaturiscono. Il tuttopotrebbe essere finalizzato al-l'ottenimento di un marchio diqualità ambientale o e c o l a b e l i lquale rivestirebbe importanzaanche dal punto di vista delmarketing e della concorrenza.- alla Pubblica Amministrazione,soprattutto a livello locale, chepuò essere interessata a progettidi LCA dal momento che essi,prendendo in considerazione leinterazioni tra il sistema socio-economico e l'ambiente, ben siprestano ad essere strumento divalutazione finale della sosteni-bilità delle politiche di sviluppoeconomico del territorio.

Lo scopo di a r c a è quellodi proporre l'analisi del ciclo divita a diversi interlocutori conuna duplice finalità:- integrare il bagaglio di infor-mazione scientifica a disposizio-ne del soggetto committente peruna migliore gestione delle risor-se ambientali coerentemente coni principi dello sviluppo sosteni-

bile che ispirano la ricerca;- fornire i metodi più appropriatiper mettere a punto un correttoSistema di Gestione Ambientaleche presieda all'ottenimento del-la Certificazione secondo glistandard internazionali EMAS eISO 14000.

B I B L I O G R A F I A

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Oggi, nel mondo industrializ-zato, l'uso dell'energia e delle al-tre risorse è organizzato in unarete che sta diventando semprepiù complessa. I miglioramentitecnologici apportati nelle tra-sformazioni di materia ed ener-gia hanno portato a soluzioni piùsofisticate, ma solo raramentepiù efficienti. Ad esempio è pos-sibile usare elettricità prodottada impianti alimentati ad ener-gia nucleare per cuocere cibi,scaldare acqua o alimentare im-pianti di aria condizionata.

L'uso dell'exergia come indi-catore è il metodo più efficaceper verificare se un sistema, sia alivello di singolo processo pro-duttivo sia a livello territoriale,risulti efficiente e fino a qualpunto. L'exergia trae la sua origi-ne dalla termodinamica classica,con applicazioni nel campo del-l'ingegneria e, più recentemente,in quelli dell'ecologia e della so-stenibilità.

Per le applicazioni ingegneri-stiche e per i calcoli dell'exergiadi molti composti chimici un la-voro fondamentale è stato svoltoda J. Szargut e collaboratori (siveda in bibliografia), mentre leapplicazioni dell'exergia a livellodi pianificazione delle scelteenergetiche di un territorio sono

state iniziate da G. Wall che, perle sue critiche all'energia nuclea-re, non conveniente dal punto divista exergetico, ha dovuto la-sciare il suo posto all'Universitàdi Stoccolma. La scuola danesedi S.E. Jørgensen ha invece svi-luppato, negli ultimi anni, l'ap-plicazione dell'exergia ai sistemiecologici, specialmente a quelliacquatici. Recentemente que-st'ultimo approccio è stato uti-lizzato anche per lo studio di si-stemi agricoli.

L'exergia misura il massimolavoro che può essere ricavatoquando un sistema viene portatodallo stato in cui si trova allostato di riferimento (detto anchedead state), ovvero in uno statoche sia in equilibrio termico,meccanico e chimico con l'am-biente in cui il sistema è immer-so.

La formula dell'exergia è datada:

Ex = S (T-T0) - V (p-p0) ++ ∑i Ni (µi -µ0i) = T (S-Seq)

dove T, p, µi, T0, p0 e µ0i sonotemperatura, pressione e poten-ziale chimico del sistema e del-l'ambiente esterno rispettiva-mente; V è il volume, N il nume-ro di molecole delle diverse spe-

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cie chimiche e S l'entropia delsistema, mentre Se q è l'entropiadel sistema all'equilibrio. La suaunità di misura è il Joule.

Le risorse naturali sono tradi-zionalmente divise in energia edaltre risorse. Questa separazioneè spesso arbitraria, in quanto adesempio il legno può essere con-siderato sia come materiale percostruzione sia come combusti-bile; lo stesso vale per il petrolio.Sicuramente è utile cercare diconsiderare tutti questi aspetticontemporaneamente secondouna base comune, che non sia ilpuro e semplice valore economi-co. L'exergia è una grandezzaadatta a valutare l'utilità di unarisorsa dal punto di vista dell'uti-lizzatore. In generale il contenu-to exergetico di un oggetto puòessere calcolato moltiplicando ilsuo contenuto energetico per unfattore di conversione, che èsempre minore di 1, in quanto illavoro che è possibile compiereutilizzando una certa quantità dienergia è sempre inferiore al suocontenuto di calore. In questomodo si ha un sistema di valoriche può essere confrontato conil valore economico.

L'uomo di solito utilizza unaparte molto piccola dell'exergiaproveniente dal sole, ad esempio

mediante l'agricoltura. Del flussototale di risorse che convergonoverso i sistemi produttivi dellesocietà industrializzate, solo me-no del 20% raggiunge l'uso fina-le. Alcune delle enormi perditeenergetiche potrebbero essereevitate con una diversa proget-tazione dei sistemi produttivi.

Per tali sistemi la misura del-l'exergia è per lo più basata sullaconsiderazione degli elementicostitutivi del sistema, ovverodelle materie prime dell'energiautilizzata e del prodotto finale.Questo approccio è basato sull'i-potesi che molte proprietà e fun-zioni di una sostanza o di uncomposto chimico possano esse-re pensati, almeno in prima ap-prossimazione, come la sovrap-posizione di contributi di atomi elegami presenti in una molecola.

Un'analisi exergetica a livelloterritoriale mostra quanto un si-stema è organizzato, bilanciatoed oculato nella gestione dellerisorse. Queste informazioni pos-sono essere utilizzate per identi-ficare aree dove introdurre mi-glioramenti tecnici o dove preve-dere misure di conservazione.Questo tipo di analisi è maggior-mente efficace se utilizzata perconfrontare vari sistemi dellastessa tipologia.

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Recentemente S.E. Jørgensenha esteso questo approccio an-che a sistemi bio-ecologici. Si èarrivati a questi risultati graziealle relazioni fra entropia edinformazione, e util izzandol'informazione genetica per te-nere conto del diverso grado diorganizzazione delle specie vi-venti. Per un ecosistema acqua-tico schematicamente compostoda fitoplancton (P), zooplancton(Z), pesci (F) e materiale organi-co disciolto (D), l'exergia è datadalla relazione

Ex = RT [P (1.79·106)++Z (3.15·107) + F (2.52·108)++(D+P+Z+F)·7.34·105]

Questa formula è valida peròsolo per fare confronti fra variecosistemi e non come misuraassoluta, a causa delle approssi-mazioni introdotte. Riesce co-munque a dare una stima del li-vello di organizzazione in cui sitrova il sistema in esame.

Negli ultimi anni è stato an-che introdotto, come indicatore,il rapporto fra exergia ed emer-gia. Questa funzione indica l'ef-ficienza con cui un ecosistematrasforma un insieme di input iningresso (misurato tramite l'e-mergia) in organizzazione dell'e-

cosistema stesso (misurata conl'exergia "alla Jørgensen"). Jør-gensen stesso ha poi mostratoche a regime, dopo che la sele-zione naturale ha avuto temposufficiente per operare, emergiaed exergia hanno una fortissimacorrelazione. Il rapporto exer-gia/emergia può quindi essereusato anche per determinare ache punto della sua evoluzionesia l'ecosistema in esame, oltreche per confrontare ecosistemidiversi fra loro, naturali ed artifi-ciali.

ARCA si propone di utilizza-re le metodologie di analisi exer-getica (già sperimentate) soprat-tutto per:- diagnosticare (con riferimentoal territorio) lo stato di salute diecosistemi acquatici quali laghi,fiumi, lagune etc., anche in rife-rimento a precedenti studi con-dotti dal gruppo di ricerca suuna valle da pesca nella lagunadi Venezia e su una laguna delParco Nazionale del Circeo;- individuare (con riferimento al-le attività umane) l'efficienza diun sistema, con particolare ri-guardo all'agricoltura alla pisci-cultura ed all'allevamento di be-stiame.

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analisi exergetica

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Negli ultimi anni la tuteladell'ambiente ha assunto un ruo-lo fondamentale nel panoramadella politica internazionale, so-prattutto per quanto riguarda leimprese che si trovano a fron-teggiare richieste sempre piùpressanti di "qualità ambientale"dei propri prodotti e servizi siada parte dei governi che di asso-ciazioni e movimenti ambientali-sti.

Sta divenendo inoltre semprepiù frequente la richiesta di cer-tificazione ambientale da partedi amministrazioni pubbliche.

Mentre fino a pochi anni fa laresponsabilità delle iniziative atutela dell'ambiente era total-mente nelle mani delle Istituzio-ni pubbliche, che si trovavano adover conciliare evidenti e fortiesigenze ambientali con neces-sità produttive, disponendo distrumenti operativi e legislativispesso inadeguati, negli ultimidecenni, nei paesi più sviluppatisi è invece andata diffondendouna mentalità nuova, che nonvede più una competizione traambiente e sviluppo, ma cerca diinstaurare una collaborazione tratutti gli attori per la soluzionedei problemi ambientali, che di-ventano sempre più urgenti.

la certificazione ambientale

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In questa ottica è nata la cer -tificazione ambientale, ovverol'adesione volontaria ad un pro-gramma di gestione ambientaleche, a partire dal rispetto e dal-l'ottemperanza a leggi, norme eaccordi esistenti, si prefigge uncontinuo miglioramento dell'ef-ficienza ambientale

Mentre in Europa vige dal 29Giugno 1993 il Regolamento CEE1836/93 denominato EMAS(Eco-Management and AuditScheme), a livello internazionalesi è affermata la certificazionesecondo la norma ISO 14001, delnovembre 1996, che può essereintrapresa da qualsiasi organiz-zazione senza limiti di tipo o di-mensione.

In entrambi i casi ottenere lacertificazione ambientale com-porta la messa a punto di unprogramma con obiettivi benprecisi e l'organizzazione, perconseguirli, di un adeguato "si-stema di gestione ambientale"(environmental management sy -s t e m), che deve essere tenutocontinuamente sotto strettocontrollo e sottoposto a verificaperiodica (audit). Requisito indi-spensabile per ottenere e mante-nere entrambi i tipi di certifica-zione è che l'azienda dimostriquali/quantitativamente che la

propria performance ambientaleè in continuo miglioramento; aquesto scopo l'EMAS prevedeuna vera e propria dichiarazioneambientale che deve essere pre-sentata periodicamente.

Chiaramente l'adesione ad unprogramma di certificazione am-bientale comporta benefici e co-sti e i primi devono essere tali dagiustificare i secondi. Vanno per-tanto tenuti presenti:- investimenti in apparecchiatu-re e impianti (es. per controllo edabbattimento inquinanti, recu-pero energetico, etc....)- costi di variazione dei processi- costi di certificazione e di iscri-zione- costi e benefici legati al mi-glioramento dell'immagine e deirapporti con attori esterni- costi e benefici di carattere ge-stionale derivanti dal migliora-mento dell'efficienza ambientale,con particolare riguardo a:- ottimizzazione nell'uso delle ri-sorse- riduzione dei rischi ambientali- razionalizzazione e semplifica-zione delle procedure- ampliamento delle possibilitàdi ottenere finanziamenti agevo-lati connessi alla salvaguardiadel pubblico interesse- semplificazione nelle procedure


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necessarie per il rilascio di auto-rizzazioni.

Per dimostrare il continuo mi-glioramento dell'efficienza am-bientale, requisito indispensabiledi ogni tipo di certificazione, ilregolamento europeo suggeriscel'utilizzo di indicatori, capaci difornire una facile e rapida visio-ne dello s t a t u s dell'azienda. Inquesta ottica può essere partico-larmente adatto l'utilizzo degliindicatori di sostenibilità intro-dotti in questo manuale ed inparticolare di quelli forniti dal-l'analisi emergetica di Odum, ca-paci di monitorare nel tempo lavariazione della performanceambientale di un sistema e dirapportarla a quella di sistemidello stesso tipo. Questi, infatti,a differenza di molti altri indica-tori comunemente usati, oltre adessere di facile interpretazione,presentano anche solide basiteoriche e riescono a conciliarel'esigenza di praticità con quelladel rigore scientifico.

Qualsiasi organizzazione in-tenda intraprendere il camminodella certificazione non può pre-scindere dal ricorrere ad unaconsulenza specifica di esperti intema ambientale, che sappianoindividuare i fattori di impattosui quali intervenire, organizzare

una corretta politica ambientalecon obiettivi definiti, mettere apunto e tenere sotto controlloun adeguato sistema di gestioneambientale per raggiungere gliobiettivi prefissati. Si ritiene al-tresì che detti esperti debbanogarantire stretto collegamentocon la ricerca più avanzata a li-vello mondiale e quindi l'appli-cazione delle metodologie piùall'avanguardia. A questi requisi-ti risponde perfettamente a r-ca che opera a stretto contattocon il Dipartimento di Scienze eTecnologie Chimiche e dei Biosi-stemi dell'Università di Siena edè quindi in grado di offrire l'uti-lizzo di metodi scientific a m e n t erigorosi e di mantenersi al passocon la ricerca più qualificata edavanzata in campo ambientale.a r c a è inoltre disponibile edin grado di formare, per i sogget-ti che lo richiedono, personaleinterno che possa seguire auto-nomamente le rilevazioni am-bientali. Inoltre il carattere diONLUS dell'associazione, senzafine di lucro e finalizzata esclusi-vamente all'utilità sociale dellatutela dell'ambiente, è garanziadi serietà e imparzialità del suooperato. La presenza, infine, diun comitato scientifico formato,oltre che dal Prof. Tiezzi, da


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scienziati di chiara fama come, ilProf. Ilya Prigogine (Premio No-bel per la Chimica, 1977) e ilProf. Robert Costanza, non fa al-tro che qualificare ulteriormentel'associazione.

Oltre alla ISO 14001 e all'E-MAS, un altro tipo di certifica-zione ambientale per la qualepossono essere usate le metodo-logie qui introdotte e che stasempre più prendendo piede èquella di ecocompatibilità deiprodotti basata sul concetto delLife Cycle Assessment (LCA -ISO14040). Questa prende in consi-derazione tutto l'iter produttivodi un dato prodotto, compresal'ideazione e lo smaltimento ecostituisce un fattore sempre piùimportante di competitività, per-ché esiste la propensione deimercati a premiare i prodotti ri-spettosi della natura. Essa assu-me quindi, anche più degli altridue tipi di certificazione, parti-colare valenza per i prodottiagricoli ed alimentari.

La diffusione della certifica-zione ambientale è comunqueenorme, se si pensa che non so-no più soltanto le aziende delsettore industriale, ma anchestrutture pubbliche come i Co-muni che si stanno certificando,e che anche nel settore turistico

le adesioni ai programmi di cer-tificazione ambientale sono sem-pre più frequenti. Sono infattisempre più ricercate strutture ri-cettive che hanno particolari ca-ratteristiche di ecocompatibilità,e certi tour-operators comincia-no ad indicare, assieme alla ca-tegoria alberghiera, anche i re-quisiti ambientali.

La certificazione ambientalerappresenta in sintesi l'applica-zione concreta dei metodi scien-tifico-teorici sinteticamente illu-strati all'interno di questo ma-nuale e costituisce il primo passoimportante da compiere da partedi qualsiasi azienda, Ente od or-ganizzazione senza limiti di tipoo dimensione, che voglia operarenel rispetto e nella tutela del-l'ambiente e voglia dar prova diquesto. La certificazione ambien-tale deve comunque essere sem-pre vista non come un punto diarrivo, ma come l'individuazionedi una situazione di partenzaben precisa, che deve esserecontinuamente superata nel lun-go cammino di recupero dell'am-biente e di attuazione dello svi-luppo sostenibile.

Ultimamente si sta diffonden-do in particolare la certificazioneambientale dei comuni, soprat-tutto di interesse turistico, stori-


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Tabella 1. Riscontro tra uno studio di sostenibilità di un sistema produttivo rea-

lizzato utilizzando l'analisi emergetica e le norme ISO 14001 e ISO 14040


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co e culturale, che vogliono di-mostrare il loro impegno in cam-po ambientale, migliorare le pro-prie prestazioni ambientali epromuovere quindi la loro imma-gine. Tutto questo avviene sul-l’onda del grande interesse su-scitato dalla prima certificazioneambientale ottenuta da Va r e s eLigure, attraverso il RINA (Regi-stro Italiano Navale, uno deiprincipali enti italiani di certifi-cazione) con il quale il Diparti-mento di Scienze e Te c n o l o g i eChimiche e dei Biosistemi dell'U-niversità di Siena ha sottoscritto,a partire dall'anno 2000, unalettera di intenti che sancisce lareciproca volontà a collaborareper la diffusione della certific a-zione e della tutela ambientale.

Le Tabelle 1 e 2 (cfr. pag 52)evidenziano, rispettivamente, co-me uno studio di sostenibilitàambientale di un sistema pro-duttivo e di un sistema territo-riale, entrambi realizzati utiliz-zando l'analisi emergetica, pos-sano essere facilmente utilizzatitanto per ottenere la certifica-zione secondo la norma ISO14001 (e quindi anche secondo ilRegolamento EMAS) e la normaISO 14040.

b i b l i o g r a fia

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Regolamento Europeo EMAS (Envi -ronmental Management and Au -dit Scheme) n.1836, 1993.


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Tabella 2. Riscontro tra uno studio di sostenibilità di un territorio realizzato utiliz-

zando l'analisi emergetica e le norme ISO 14001 e ISO 14040

BI L A N C I O E N E R G E T I C O: calcolo dell’ener-gia totale coinvolta nel funzio-namento di un determinato si-s t e m a .

BI O M A S S A: termine generico checomprende tutta la materia or-ganica, sia essa di natura vege-tale o animale, vivente o meno.

CA L O R E: è una forma dell’energiaposseduta da un corpo, connes-sa al moto di agitazione dellemolecole che lo costituiscono.

CA PA C I T À P O R TA N T E (carrying capacity) :è definita come il carico che lepopolazioni possono imporre suun certo habitat senza altera-zioni irreversibili.

CA P I TA L E N AT U R A L E: l’insieme dei siste-mi naturali (mari, fiumi, laghi,foreste, flora, fauna, territorio),ma anche i prodotti agricoli, iprodotti della pesca, della cacciae della raccolta e il patrimonioartistico e culturale, presentenel territorio.

CO M P L E S S I T À: caratteristica di un si-stema il cui comportamento nonè determinato dalla somma del-le sue parti.

CO N TA B I L I T À A M B I E N TA L E (e n v i r o n m e n t a la c c o u n t i n g): misura medianteindicatori (monetari e non) delvalore delle risorse naturali eambientali, al fine di quantific a-re i servizi resi dall’ambiente e idanni arrecati allo stesso.

glossario

53

CR E S C I TA: aumento in dimensioni diun sistema (economico e non)per aggiunta di materia, per as-similazione o aggregazione.

EM E R G I A: quantità di energia solareche è necessaria direttamente oindirettamente per ottenere unprodotto o un flusso in un datop r o c e s s o .

EN E R G I A: capacità di un corpo dicompiere lavoro, posseduta invirtù del suo stato chimico e/ofis i c o .

EN T R O P I A: tendenza al peggioramen-to della qualità dell’energia pos-seduta da un corpo, da un siste-ma o dall’Universo.

EX E R G I A: misura il massimo lavoromeccanico che può essereestratto da un dato flusso dienergia. Nell'analisi degli ecosi-stemi la funzione exergia forni-sce una misura del livello di or-g a n i z z a z i o n e .

FOTO S I N T E S I: processo biochimico cheutilizza la luce solare come fon-te di energia per sintetizzare so-stanze organiche molto energe-tiche da molecole inorganiches e m p l i c i .

IRREVERSIBILE: si dice di ogni processoo reazione che abbia una sola di-rezione di svolgimento e per ilquale non si possano ottenerenuovamente le condizioni iniziali.

LAV O R O: è il prodotto della forza F

che agisce su un corpo per lospostamento s che il corpo com-pie lungo la direzione della for-z a .

PR O D OT TO IN T E R N O LO R D O (PIL): indica ilvalore dei beni e dei servizi pro-dotti in un anno all’interno diuna nazione.

RI N N O V A B I L I T À: possibilità di ricosti-tuire una risorsa in modo natu-r a l e .

SI S T E M A: parte determinata del mon-do fisico distinta dall’ambientec i r c o s t a n t e .

SO S T I T U I B I L I T À: possibilità di sostituireuna risorsa con un’altra.

STATO STA Z I O N A R I O (economia in): «Seusiamo il termine crescita perindicare un cambiamento quan-titativo e il termine sviluppo perriferirsi ad una modifica qualita-tiva, allora possiamo dire chel’economia in stato stazionariosi sviluppa ma non cresce, pro-prio come la Terra, di cui l’eco-nomia umana è un sottosiste-ma.» (H. Daly)

SV I L U P P O: espansione o realizzazionedi potenzialità; miglioramentoqualitativo di un sistema (eco-nomico o non).

SV I L U P P O S O S T E N I B I L E: uno sviluppo che« s o d d i s fi i bisogni della popola-zione presente senza compro-mettere la capacità delle gene-razioni future di soddisfare i

glossario

54

propri» (Rapporto Brundtland,1987). H. Daly ha definito dueprincipi guida per la sua realiz-z a z i o n e :

1) impiegare le risorse con un tassodi sfruttamento minore o ugualerispetto al tasso di rigenerazio-ne;

2) emettere inquinanti ad un tassopari a quello con cui possonoessere riciclati o assorbiti dal-l ’ a m b i e n t e .

glossario

55

modello generale di rappresentazione dei flussi energetici in un sistema territoriale

Unità di Misura di Energia

e Lavoro

J o u l e (J): è la quantità di energia necessaria

per spostare di 1 metro (m) il punto di

applicazione di una forza di 1 Newton

(N). 1J=107 e r g

E r g (erg): è la quantità di energia necessaria

per spostare di 1 centimetro (cm) il pun-

to di applicazione di una forza di 1 dyne

( d y n e ) .

C a l o r i a (cal): è la quantità di energia neces-

saria per aumentare di 1°C (da 14,5°C a

15,5 °C) la temperatura di 1 grammo (g)

di acqua distillata, a pressione standard.

1cal=4,186 J

Chilogrammetro (kgm): è la quantità di

energia necessaria per spostare di 1 me-

tro (m) il punto di applicazione della for-

za di 1 chilogrammo (kg). 1kgm=9,81 J

Wa t t o r a (Wh): è l’energia elettrica uguale al

lavoro fornito in un’ora da un dispositi-

vo della potenza di 1 Watt (W).

1 W h = 3 6 0 0 J

Tonnellata Equivalente di Pe t r o l i o ( t e p ) :

quantità di energia contenuta in una

tonnellata (t) di petrol io.

1 t e p = 4 , 1 8 6 x 1010J

Tonnellata Equivalente di Carbone ( t e c ) :

quantità di energia contenuta in una

tonnellata (t) di carbone.

1 t e c = 2 , 9 3 0 x 1010J

Solar Emergy Joule (sej): quantità di energia

solare diretta e indiretta equivalente a 1

joule (J) di energia.

Unità di Misura di Potenza

Wa t t (W): è la potenza corrispondente al la-

voro di 1 joule (J) al secondo (s).

C a v a l l o - v a p o r e (CV): è la potenza corrispon-

dente al lavoro di 75 chilogrammetri

(kgm) al secondo (sec). 1CV=735,499W

Unità di concentrazione

Parti Per Milione ( p p m )

Parti Per Miliardo ( p p b )

Multipli e Sottomultipli

k = k i l o = x103

m = m i l l i = x10- 3

M = m e g a = x106

µ = m i c r o = x10- 6

G = g i g a = x109

n = n a n o = x10- 9

T = t e r a = x101 2

p = p i c o = x10- 1 2

relazioni utili

56

I ricercatori di A.R.C.A. hanno già rea-lizzato numerosi studi di valutazio-ne della sostenibilità e dell’impattoambientale di sistemi di vario tipoutilizzando diversi metodi di analisie relativi indicatori. Tra questi ricor-d i a m o :

“Analisi dell’Italia”, 1992, 1994.“Analisi del sistema agricolo italiano”,

1 9 9 2 .“Analisi della Toscana”, 1994.“ Valutazione delle politiche energeti-

che per la Florida”, 1995.“Analisi di sostenibilità ambientale del

Comune di Vignola e della produ-zione cerasicola”, 1996.

“Analisi di sostenibilità ambientale ditre aziende vitivinicole della Provin-cia di Siena: Chianti, Brunello diMontalcino e Nobile di Montepul-ciano”, 1997.

“Progetto Internazionale sulla GestioneSostenibile degli Ecosistemi Acqua-tici in America Latina”, 1997-2001 .

“Analisi di sostenibilità ambientale del-la Provincia di Modena”, 1998.

“Analisi del sistema di smaltimento ri-

fiuti del Comune di Modena”, 1998.“Analisi di sostenibilità ambientale di

cinque aziende turistico/termalidella Provincia di Siena”, 1999.

“Analisi di sostenibilità della produzio-ne ceramica nel Comune di Sassuo-lo”, 1999.

“Analisi di sostenibilità ambientale del-la Provincia di Viterbo e alcuni suoicomuni”, 1999.

“Analisi di sostenibilità del sistema dismaltimento rifiuti della Provinciadi Siena”, 1999.

“Analisi di sostenibilità ambientale delComune di Torino e della RegionePiemonte”, 1999.

“Analisi di sostenibilità ambientale re-lativa alla produzione di vino Bar-bera d’Asti DOC”, 1999.

“Analisi di sostenibilità ambientale delComune di Montalcino e della pro-duzione di vino Brunello”, 2000.

“Analisi di sostenibilità ambientale delComune di Pescia”, 2000.

“Studio per un Progetto di Va l u t a z i o n edi Scenari per uno Sviluppo Soste-nibile della Laguna di Ve n e z i a ” ,2 0 0 0 .

“Analisi di sostenibilità ambientale del-la Provincia di Ravenna”, 2000.

I risultati delle suddette analisi sonostati resi noti nell’ambito di nume-rosi convegni e congressi in Italia eall’estero e pubblicati in rivistes c i e n t i fiche sia nazionali che inter-n a z i o n a l i .

i lavori di arca

57

There are no favourable winds

for one who knows not

where to go

(Seneca)

This manual describes the main indi -cators and/or indices of sustainability,developed in Europe and the UnitedStates of America in the last few years.They were developed for a scientific ap -proach to the problems of sustainabledevelopment and analysis of sustain -ability. The indicators can be grouped infamilies that give different slants on thequestion, depending on the type ofanalysis (a) and the systems to whichthey can be applied (b). The first family(a) consists of indicators of the ener -getic, ecological, eco-economic andthermodynamic type for analysis ofland, ecosystems, agricultural produc -tion (food and forestry), industrial pro -duction, waste cycles and global bio -geochemical cycles (climate, water,etc.). The second family (b) consists ofindicators for systems ranging from thesingle farm to agriculture on a regionalscale, from the single town to a wholep r ovince, from industrial production totourism. They are indicators of bothprocesses and products, and provide ascientific basis for the environmentalcerti fication of municipali ties,p r ov i n c e s, industrial processes, agricul -tural products, and so forth.

A R C A and the Department ofChemical and Biosystems Science andTechnology of Siena University are theonly organizations in Italy with know -how on all the models of the indicatorsdescribed in this manual, and with ex -

introduction

59

perience based on many studies carriedout in the towns, provinces and regionsof Italy. They also have experience ac -quired through various European Com -munity and international projects. Clau -dio Rossi and Enzo Tiezzi have coordi -nated European projects in which vari -ous nations of Europe and America par -ticipated. This know - h ow has been ac -quired by the research group throughmore than 10 years of intense work andexchange with international researchgroups. Many of the researchers of AR-C A and the Department have workedabroad for long periods, acquiringknow-how on models and application ofthe indicators. The universities and cen -tres involved have been:

- University of Maryland, USA (Profs.Robert Costanza and Herman Daly);- University of Tennessee, USA (Prof.Thomas Hallam);- University of Copenhagen, Denmark(Prof. Sven Jørgensen);- University of Brussels, Belgium (Prof.Ilya Prigogine, Nobel prize for Chem -istry);- University of Berlin, Germany (Prof.Christian Leipert);- University of Florida, USA (Prof.Howard Odum);- University of Buenos Aires, Argentina(Prof. Graciela Canziani).

Many of these scientists belong to

the Scientific Committee of A R C A.Robert Costanza and Sven Jørgensenare directors of the two main interna -tional journals in the sector, EcologicalEconomics and Ecological Modelling.

The aim of analysis using these indi -cators is to provide public administra -tors and private firms with tools to workt owards sustainable development. Ap -plications completed by our group in -clude analysis of the urban wastes ofModena, sustainability analysis of Mod -ena province and the Piedmont region,sustainablility land maps (which resem -ble CT scans of the land) of all thep r ovinces in Piedmont, emergy analysisof Viterbo province, and study of theproduction of the wines Barbera d'As t iand Brunello di Montalcino, the ceram -ics of Sassuolo and Vignola cherries.

A reference book is "Che cos'è losviluppo sostenibile?" by Enzo Tiezzi andNadia Marchettini, Editore Donzelli(Rome, 1999).

Besides the CO2 balance defined bythe Kyoto protocol, the aim of thesestudies is also to promote rational useof energy and resources to create maxi -mum "sustainable employment" in thesystem to be developed.

We stress that none of the indica -tors described here are exhaustive.Analysis may be supplemented with ap -plication of a different set of indicatorsto obtain a different slant on a problemfor decision makers. We also underline

introduction

60

that the models on which the indicatorsare based may be difficult and complex.ARCA and the Department can inter -pret the results of sustainability analysisand provide numerical indices that canbe applied in a simple and immediateway. The challenge of sustainable devel -opment is the challenge of complexity,which can only be tackled by an appro -priate approach.

introduction

61

Since the introduction of the con -cept of sustainable development, therehas been an ongoing search for methodsto support decision making for this pur -pose. In the last few years, the ecologi -cal footprint approach has frequentlybeen mentioned as one of the indicatorsthat could be used.

This environmental accountingmethodology was proposed by WilliamRees (ecologist at the British ColumbiaUniversity of Va n c o u v e r, Canada) withMathis Wackernagel (director of the In -dicators Program of RedefiningProgress, San Francisco, and coordinatorof the Center for Sustainability Studiesat Anahuac University of Xalapa, Mexi -co) in the early 1990.

The ecological footprint is a mea -sure of the total amount of ecologicallyproductive land (forests, arable land,pasture sea, built-up area,..) required tosupport the consumption of a givenpopulation, at different scales rangingfrom individual and urban to the globalscale, using current technology. Its unitsare hectares of biologically productiveland.

The ecological footprint assessespeople’s use of natural capital by com -paring their resource consumption andwaste production with the regenerativecapacity of the Earth.

Since the ecological footprint mea -sures the ecological services of a popu -lation, we can define it as the portion of

carrying capacity necessary to that pop -ulation.

Carrying capacity is the quantity ofpopulation or activity that an ecosys -tem can support without losing its in -trinsic integrity.

Human impact is a function of pop -ulation and its activities. It includesboth the number of individuals as wellas their individual consumption level.

The method is based on the follow -ing concepts:- space in the productive sense is neces -sary for energy and matter flows fromthe environment which are necessaryfor human life and activities;- space in the ecological sense is neces -sary for the assimilation of waste: everyproductive process transforms a low en -tropy energy and matter flow into ahigh entropy one, generating pollutionand waste that need to be absorbed;- space in the physical sense is neces -sary for human settlements, roads, etc.which reduce the amount of ecological -ly productive land.

The Ecological Footprint Analysis re -verses the traditional approach to sus -t a i n a b i l i t y, measuring the areas re -quired by everyone (or population) in -stead of the amount of population perunit of land.

The ecological footprint (EF) of anygiven population (a single individual, acity or country) is the total area of bio -logically productive land and water

ecological footprint

62

ecosystems (in various categories) re -quired to produce the resources and ser -vices consumed and to assimilate thewastes generated by that populationwherever the land and water is located.

The analysis also defines the bio-productive capacity of a region (local,national or global) and compares its EFwith this capacity, to determine so-called ecological deficits or surpluses.

The ecological deficit indicateswhether a region, in principle, is able tosupply itself with local resources or ithas to rely on “net imports of land”.

Since the second principle of ther -modynamics states that a complex andself-organized system needs a continu -ous flow of energy and matter from out -side to survive, the concept of ecologi -cal land is a useful account of energyand matter flow, because it deals withthe quantity and quality of that flow.

The EF analysis is an anthropocen -tric point of view: it reflects the impactsof human activity on the environmentand resources.

Calculation Procedure

The methodology is based on theidea that to have a unit of energy ormatter we need a given area of ecosys -tem to produce the resources for con -sumption and to assimilate wastes. Todeterminate the total land necessary for

a certain consumption model, everyf l ow has to be expressed in terms ofecologically productive land. Due to thecomplexity of the systems, we have touse some approximations, consideringonly major categories of goods.

1. average annual consumption pro-capita (C, kg/per) of a good (B) is thesum of production and import minus ex -port.

2. land pro-capita (L, ha/per) foreach good B, is given by the averageconsumption (C) divided by the produc -tivity (P, kg/ha)

LB= CB/ PB

3. to calculate the EF of a single per -son, all footprint components in thatcategory of bio-productive areas areadded up.

n

E F =∑ LB

B = 1

4. to calculate the EF of a popula -tion (EFp) the footprint is multiplied bytotal population (T):

E Fp= T ( E F )

The results are a rough estimate(underestimate) of actual productiveland due to the number of approxima -tions.


63

The EF is useful as a comparativetool: for example comparing it with thereal supply of biocapacity of a region orwith hypothetical EF derived fromchanging in life style of the same popu -lation. Since the beginning of the lastc e n t u r y, the area of ecologically pro -ductive land per person has decreasedfrom 5-6 ha to only 1.5 ha. At the sametime, the EF per person of industrializednations has exceeded 4 ha. These oppo -site trends show the difficulty of achiev -ing sustainability: the EF of a man livingin a rich country is 2 or 3 times greaterthan the available productive land.

Table 1 is an EF ranking list showingthe EF and bio-capacity of differentcountries.

ARCA proposes EF as a tool for lo -cal and provincial gov e r n m e n t s, withthe aim to evaluate if a land is able tosupport the needs of population and theactivities.

The results are an approximationbecause all variables cannot be defineda n a l y t i c a l l y, but provide immediatelycomprehensible information.

Combined with the other indicatorsdiscussed here, it provides a comple -mentary view with a high biologicalprofile.

Because the ecological footprint ex -presses the concept of sustainability insimple terms, it provides an intuitivescenario of the fundamental require -ments for ecological sustainability.


64

C O U N T R I E S ECOLOGICAL B I O L O G I C A L ECOLOGICAL DEFICIT F O OT P R I N T C A PA C I T Y (NEG) OR SURPLUSES

(ha/person) (ha/person) (ha/person)

Australia 9.0 14.0 5.0

Canada 7.7 9.6 1.9

Italy 4.2 1.3 -2.9

Perù 1.6 7.7 6.1

Switzerland 5.0 1.8 -3.2

U.S.A. 10.3 6.7 -3.6

WORLD 2.8 2.1 -0.7

Table 1: Ecological Footprint and bio-capacity of various countries.

Unlike classical energy and econom -ic analyses that only consider items thatcan be quantified in energy or moneyt e r m s, thus omitting most free inputsfrom the environment, emergy analysisis a thermodynamic methodology [in -troduced by Odum (Faculty of Environ -mental Engineering, University of Flori -da, USA) in the 1980s] which considersboth the economic and environmentalaspects of a system by converting all in -puts, flows and outputs to the commondenominator of solar energy, the basicenergy behind all the processes of thebiosphere.

This is a primary factor because, al -though the market only considers mon -etary value, the economy is also basedon quantities from the environment,which must be considered and assigneda value, if resources are to be exploitedsustainably in the long period.

To convert all environmental prod -ucts and services to a common energyunit, they are evaluated in terms ofequivalent solar energy, called "solaremergy", defined as the solar energy di -rectly or indirectly necessary to obtain agood or service.

Energy exists in forms of differentquality (for example, to obtain a fewunits of a high quality energy, such aselectricity, many units of low quality en -ergy as oil are required). A conversionfactor called “solar transformity”, de -fined as the equivalent solar energy

necessary to obtain an energy unit(Joule) of a certain product, is used.

Emergy is an extensive quantity (itdepends on system dimensions), and ismeasured in "solar emergy joules" (sej);transformity is an intensive quantitymeasured in "solar emergy joules/Joule"(sej/J). For products and flows morereadily quantified in mass units, trans -formity can be expressed in sej/g.

Emergy analysis is useful to checkapplications of the first rule of sustain -able development (Daly), the so calledsustainable yield principle, that statesthat resources should be exploited at arate compatible with their replacementby nature. It can be used to defineguidelines for consumption of resourcescompatible with their formation times.

Emergy can be regarded as “e n e r g ymemory”, the memory of all the solarenergy necessary to sustain a system;the greater the total emergy flow neces -sary for a process, the greater the con -sumption of solar energy and thus thegreater the past and the present envi -ronmental cost to maintain it.

Transformity is an indicator of qual -ity because for processes with differentproducts, the higher its value, the morecomplex is the process and the higherthe quality of its product. It is also anindicator of efficiency because forequivalent processes, giving the sameproduct, the lower the transformity, thehigher the efficiency of production.

emergy analysis

65

All the inputs to a system are distin -guished on the basis of their nature,that means their degree of renewabilityand their provenance. Total emergy nec -essary for the system is divided into lo -cal renewable (R), local non renewable(N) and imported from outside (F). It isthen possible to calculate a set of sus -tainability indicators that can be usedwith emergy and transformity to evalu -ate the efficiency and environmentalimpact of the system and to give indica -tions for its sustainable development.

Some of the most commonly usedindicators are:

- The emergy yield ratio, EYR, givenby the emergy of the output divided bythe emergy of the inputs from the eco -nomic system. A value of this ratio closeto one means that the system only re -turns the emergy that it received fromthe economy. This index is thus a mea -sure of competitivity of a system to pro -vide a certain product, or a measure ofthe ability of the system to exploit envi -ronmental resources, for a given eco -nomic input. The greater the EYR, themore efficient the system at exploitingnatural resources for a given economicinvestment (expressed in emergy terms).

- The empower density is emergy perunit area. A high value of this index isfound in areas where emergy is concen -trated, such as cities and industrialsites. In such cases the available area

can become a limiting factor for devel -opment. This index is generally low inrural or undeveloped areas. For equiva -lent processes, we can assume the sametechnological level, thus the higher thee m p ower density, the higher the envi -ronmental stress. This index can also beseen as a measure of the carrying ca -pacity of the system, beyond which thesystem is not sustainable.

- The environmental loading ratio,ELR, given by the emergy of inputs formthe economic system and from local nonrenewable resources divided by theemergy from local renewable resources.A high value of this index reflects highenvironmental stress and/or a high levelof technology. This ratio increases whenhigh technology is used or when less re -newable inputs are used.

The figure illustrates how the threeindices are calculated for a generic sys -tem based on renewable R, non renew -able N, and economic F inputs.

Many other sustainability indicatorscan be calculated and new indicatorscan be introduced to suit the character -

emergy analysis

66

istics of a particular system. For exam -ple in the previous studies carried out byA R C A of urban systems like cities orr e g i o n s, it was useful to calculate theemergy/person ratio, namely the emergyused in a certain area divided by thepopulation. This ratio is a measure ofthe standard of living, where for stan -dard of living we mean the availabilityof goods and resources. A high emergyprocapita is usually an index of a highlevel of technological development, andif renewable resources are not used, ofhigh environmental stress.

Different indicators focused on dif -ferent aspects can be used sinergicallyin the evaluation of sustainability, espe -cially in comparisons with similar sys -tems or the same system at differenttimes.

The wide set of possible indicatorsalso increases the field of application ofemergy analysis, so that systems of verydifferent nature and different dimen -sion can be studied, from the agricultur -al, to the urban ones, from the tourist,to the industrial and biological ones,from micro-systems to large dimensionsystems as cities, prov i n c e s, or evencountries.

The researchers of A R C A have al -ready carried out many studies to evalu -ate the sustainability and environmen -tal impact of different types of systemsusing emergy analysis and its indicators.Among these:

- studies of agricultural production sys -t e m s ;- studies of industrial production systems;- territorial analyses on provincial, re -gional and national scales;- studies on waste management systems;- analysis of tourism.

An advantage of emergy analysis isthat the same methodology can be usedto study very different systems and thatemergy indicators are easy to interpret,presenting at the same time a valid sci -entific basis, when most of the currentlymethods used in environment and sus -tainability field usually lack in this char -acteristic.

Thus A R C A proposes the employ -ment of emergy approach and emer -getic sustainability indicators in the in -terest of utilizers, in that these instru -ments permit to carry on an articulatedand deep analysis on the environmentalimpact of the analysed activity, to de -fine guidelines to improve the “environ -mental performance” and to monitorthe temporal evolution of systems, asrequired by the recent laws and regula -tions (ISO 14001, ISO 14040, EMAS,etc.).

The results of emergy analysis canbe also useful to create specific marksof ecocompatibility/sustainability toprotect and promote products and ac -tivities on the market and of relevantinterest not only for the single manager,

emergy analysis

67

but also for the Associations of categorythat can orient and protect on the mar -ket their associates.

Emergy analysis and in particularthe environmental loading ratio, can beused to create territorial sustainabilitymaps (that could be called CT scans ofthe land). The figure on page 19 showsone such map made by our researchgroup for the administrations of Mode -na province.

To conclude emergy analysis is oneof the most powerful modern methodsto evaluate the sustainability and envi -ronmental impact of systems of differ -ent types, and can be used in the plan -ning phase, and for the certification,i m p r ovement or restoration of systems,always in the optic of sustainable ex -ploitation of natural resources and of aneconomic development able to respectthe nature and to find an integrationwith the environment.

emergy analysis

68

Climate change is widely recognizedas a serious potential threat to thew o r l d ’s environment. As more peopleconsume more fossil fuel, increasingamounts of carbon dioxide (CO2) re -leased into the atmosphere have begunto dramatically change atmosphericcomposition. Fossil carbon is the maincontributor to anthropogenic CO2 emis -sions whose effects are enhanced byland use changes and deforestation.Carbon dioxide and other gases (nitrousoxide, methane and halogenated com -pounds such as chlorofluorocarbons,h y d r o f l u o r o c a r b o n s, perfluorocarbonsand sulfurexafluoride) trap heat in thelower atmosphere causing global warm -ing, the so called Greenhouse Effect.

During the last century a number ofimportant scientists warned that carbondioxide emissions could lead to globalwarming. But , it was not until the1 9 70 s, that growing understanding ofthe Earth-atmosphere system broughtthis field of science to wider attention.To give policy makers and the generalpublic a better understanding of whatresearchers had learned, the United Na -tions Environment Programme (UNEP)and the World Meteorological Organi -zation (WMO) established the Intergov -ernmental Panel on Climate Change(IPCC) in 1988. The IPCC was given amandate to assess the state of existingk n owledge about the climate systemand climate change, the environmental,

economic and social impacts of climatechange, and possible response strate -gies.

Enrico C. Lorenzini , Harvard-Smith -sonian center for As t r o p h y s i c s, Cam -bridge, Massachusetts (USA) describesglobal warming: «conforming to recentestimation, doubling of atmosphericC O2 will translate into a 1 to 4 degreeCelsius increase in global temperatureby the end of the century. The mean val -ue is thus 2.5 °C per 100 years. To betterunderstand the meaning of such an in -crease one must look at Earth’s climatich i s t o r y. Palaeoclimatic studies revealthat, since last glaciation which oc -curred 14000 years ago, Earth’s meantemperature risen in 10 °C during 4000years. Maximum temperature deviation,since last glaciation, is 0.25 °C per cen -t u r y. Forecasted temperature increasefor the next century is therefore 10times higher than historical values».

The IPCC First Assessment Report re -leased in 1990 confirmed the scientificbasis for climate change. The projection,based on current emissions trends, indi -cates a scenario leading to the equiva -lent of a doubling of pre-industrial CO2

concentrations by 2030, and a treblingby 2100.

If current trends continue, the meansea level is expected to rise some 15-95cm by 2100, causing flooding and otherdamage. C limate zones (and thusecosystems and agricultural zones)

greenhouse gas inventory

69

could shift towards the poles by 150-550 km in the mid-latitude regions. Thefrequency and intensity of extremeweather events may change. As a result,human settlements could be under -mined in some regions, individualspecies will become extinct, economicactivities and human health will experi -ence many direct and indirect effects.

In response to growing scientific un -derstanding, a series of intergov e r n -mental conferences focusing on climatechange were held in the late 1980s andearly 1990s. In June 1992, negotiatorsfrom 178 countries conveyed in the Riode Janeiro for the United Nations Con -ference on Environment and Develop -ment. During the conference the UNFramework Convention on ClimateChange was signed. The Convention es -tablished that developed countries werecommitted to taking measures aimed atreturning their greenhouse gas emis -sions to 1990 levels by the year 2000.The document entered into force in1994 but it was soon clearly understoodthat it could not be sufficient for com -bating climate change. The Kyoto Proto -col was then adopted by consensus inDecember 1997. Under the Protocol in -dustrialized countries have a legallybinding commitment to reduce theircollective greenhouses gas emissions byat least 5% compared to 1990 levels bythe period 2008-2010. Cuts in green -house gas must be focused on CO2 emis -

sions since CO2 is estimated to havemade the biggest contribution to globalwarming, representing 64% worldwideand more than 81% in Italy.

The dominant human activity or dri -ving force for climate change is fossil-fuel combustion (due to its carbon diox -ide emissions). Since CO2 has a long re -silience in atmosphere (50-200 years)and it can be removed only by increasedphotosynthetic activity it is obvious thatthe most realistic program to reduceCO2 concentrations, is cutting the emis -s i o n s, as it is established by the KyotoProtocol. It is also obvious that coun -tries with strong human and industrialsettlements are required to handle amore convincing commitment. An accu -rate CO2 balance becomes a useful toolto best organize all the policies andmeasures needed to achieve consistencyin cutting gas emissions. Overall thiswould require strong efforts by the in -dustrialized countries.

A CO2 balance lies in quantifyinganthropogenic greenhouse gas emis -sions together with the environmentscapacity of absorbing them. Therefore itis necessary to detect and model carbondioxide and greenhouse gas emissionssources (both direct and indirect) andcarbon sinks (carbon sequestrationsites). Globally CO2, N2O and CH4 makethe largest contribution to globalwarming. The other gases, as the halo -genated compounds, rarely are taken


70

into account because of their minorcontribution to the analysis, unless spe -cific industrial productions raise theirconcentrations. Data are collectedthrough a whole year period in order toreduce uncertainty of the results due toclimatic and seasonal fluctuations. AR -CA and the Department of Chemical andBiosystems Sciences have calculatedcarbon dioxide balance of ViterboCounty and of the city of Turin.

Carbon dioxide from the burning offossil fuels is the largest single source ofgreenhouse gas emissions from humanactivities. Oil, natural gas, and coal fur -nish most of the energy used to produceelectricity, run automobiles, heat hous -e s, and power factories. Energy sectordirect and indirect CO2 emissions can bedivided in thir major sources: electricp ower generation, methane, fuel oil,GPL, petrol and diesel oil.

Italian electric power generation ismainly produced through non-renew -able fossil fuel combustion. Use of re -newable sources supplies only to a 7.4%of the whole national demand. It is nec -essary, in any case, to determine the po -tential in the system of any renewableenergy source. Once taken this factorinto account electric power can be con -verted in CO2 tons. Methane, fuel oil,GPL, petrol and diesel oil are directlyused in transport, industrial and agri -cultural sectors. The specific combus -tion process can determines their final

contribution.N2O and CH4, direct emissions in the

atmosphere contribute to greenhouseeffect. The amount of their emissionsmust be converted in CO2 equivalent inorder to better compare all the data ob -tained.

Next step is to calculate environ -ment capacity in carbon sequestration.Land vegetation, particularly forests, actas carbon sinks assimilating carbondioxide through photosyntheticprocesses giving biomass as final prod -uct. Modeling forests distribution in thesystem is therefore necessary to quanti -fy the amount of CO2 sequestered fromthe atmosphere.

Difference between CO2 and CO2

equivalent from sources and CO2 a b -sorbed by sinks gives a model of the car -bon fluxes acting through the system.

IPCC Second Assessment Reportconcerns the consequences of climatechange at regional level. One of thepossible Italian scenarios was deter -mined to be the loss of 95% of thealpine glacier, enlargement of desert ar -eas (phenomenon already observable)and sea-level rise (15-29 cm). All thesedata enhance their importance due tothe structure and organization of thepeninsula. National efforts needed toachieve Kyoto Protocol consist of a6.5% reduction. The 6.5% reduction inItalian emissions equates to total emis -sions of the three main greenhouse gas -


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es by 2008-2012 of about 100 milliontons of carbon dioxide equivalent. Eventhough the Protocol has not yet beenratified future policies and measures toachieve the commitments have beendelineated.

Italian Ministry of Environment andFIAT established a Protocol with the tar -get of reduction vehicles fuel consump -tion. In 1999 financial plan the govern -ment introduced Carbon tax (a chargeto be paid on each fossil fuel, propor -tional to the quantity of carbon emittedwhen it is burned). It would be interest -ing to use this tax to enlarge carbons i n k s, since green areas are the only“natural capital” able to sequestratecarbon from the atmosphere. Only Swe -den, Norway, The Netherlands, Denmarkand Finland have implemented taxesbased on the carbon content of energyproducts. Recently Italy, adding its con -tribution, introduced up the debate onthis kind of taxes in the European Com -munity.

Climate change is predicted to havewidespread consequences; common andcoordinated policies and measures atCommunity level are expected to benecessary to complement national ini -tiatives. Potential reduction from Com -munity measurers cannot be takenwithout a precise carbon dioxide fluxess t u d y. Economic activities producingemissions would also need to analyzetheir production chain as demonstrated

in the FIAT Protocol. Moreov e r, electricpower producers, transport operators (aProtocol has already been establishedwith the Federtrasporti), Petroleum so -cieties, ecc. must demonstrate their ef -forts in reducing emissions. Efforts thatwould be supported, in the beginning,by incentives and public pressure andlater by legal measures including fines.

Several Italian and European regionsused carbon dioxide balance as a tool toquantify their commitments to achievethe Kyoto Protocol.

It should be noted that the KyotoProtocol target, anyway, would not beenough to control climate change and itwould be necessary to embrace astronger target. It is therefore useful topossess a ready to use model of annualcarbon fluxes.

ARCA suggests the use of a carbondioxide balance as a tool to quantifyand model emissions (comparing themto 1990 values) in order to better under -stand which sectors have more respon -s i b i l i t y. CO2 balance together with theother indicators gives a more completeanalysis of sustainability of the systemunder study.


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The evaluation of natural capital,namely the estimate of the natural con -tribution to human welfare, is one ofthe most important factors to take intoconsideration when establishing a poli -cy of sustainable development.

Generally, capital is considered to bea stock of materials or information thatis contained in the matter and exists ata point in time. There are different iden -tifiable forms of capital: natural capital(such as trees, minerals, ecosystems, theatmosphere and so on), manufacturedcapital (such as machines, buildings andso on) and the human capital of physi -cal bodies (such as people).

Each form of capital stock gener -a t e s, either autonomously or in con -junction with other capital stocks, aflow of services that humans use to en -hance the own welfare.

Humans utilize flows of materials,energy and information, from naturalcapital stock, which combine with otherforms of capital (manufactured and hu -man capital) to produce welfare tothemselves. Thus, the natural capital isessential to human welfare and it is notfeasible to substitute, in total, with oth -er forms of capital; moreover manufac -tured and human capitals require nat -ural capital for their existing.

In sustainable development theory,it is not only important that the totalcapital is kept constant (definition ofweak sustainability) but that each form

of capital is kept constant, as these arenot replaceable between themselves(definition of strong sustainability).

In recent years, many articles werewritten in important international sci -entific reviews about sustainability andthe valuation of natural capital, but themost important study is probably pub -lished by "Nature" on May 1997.

Prof. Robert Costanza is the first au -thor of this article, he is member of theInternational Society for EcologicalEconomics (ISEE), at University of Mary -land, and one of the most importanttheorist of sustainable development.

The article is rich in data, tables andreferences and demonstrates a conclu -sion that the insiders already knew,namely that the services provided byenvironment have a value higher thanthe global gross economic nationalproduct (GNP).

The authors’ conclusions were im -portant to:- make the range of potential values ofthe services of ecosystems more appar -ent;- establish at least a first approximationof the relative magnitude of globalecosystem services; - set up a framework for further analy -sis;- point up those areas most in need ofadditional research;- stimulate additional research and de -bate.

natural capital accounting

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The services that ecological systemsoffer to humans and the natural capitalstocks that produce them contribute tohuman welfare, both directly and indi -r e c t l y, and represent part of the totaleconomic value of the Planet. For theentire biosphere, the value of services ofthe environment which contributes tohuman welfare is estimated to be in arange of US$ 16-54 trillion (101 2) peryear, with an average of US$ 33 trillionper year. The total global gross nationalproduct is estimated around US$ 18trillion per year.

Most ecosystem services are situat -ed outside the market economy, such asthe aesthetic and affective value of thelandscape. So this must be considered aminimum estimate, probably increasingwith other researches, if we considerthat the authors have taken some pru -dential measures in the cases of majoruncertainty.

Moreover, because the natural capi -tal and ecosystem services will becomemore stressed and scarce in the future,their value will grow.

The valuation of natural capital canbe estimate both on global and on localscale.

The method of calculation is basedon the subdivision of analyzed system inthe various ecosystems constituting itand on the determination of principalecosystem services. Nature continuouslyoffers to humans its services, such as

climate regulation, pollination, nutrientcycling and so on. These are usually notincluded among the economic goodswhich contribute to enhance humanwelfare. Yet, nature constantly guar -anties the supply of these services leav -ing aside the demand.

In this way we can build a matrix(called matrix of calculation of ecosys -tem services); the values of each ecosys -tem service for all the ecosystems thatwe have considered are listed in thec o l u m n s, while the values of differentservices for the same ecosystem are list -ed in the rows.

The total value of natural capital isobtained with adding all the valueswritten in the matrix.

The methods of calculation for eachecosystem service are different andchange depending on the consideredservice. We can usually take the marketvalue, or the price, or the consumer sur -plus, or the net rent. Otherwise the val -ue of ecosystem service can be estimat -ed by the willingness-to pay, WTP.

If the ecosystem provides a servicesuch as the water purification throughfiltration and percolation of surface wa -ter into the aquifer, then the beneficia -ries of this service should be willing topay a cost for this service equivalent toa water treatment facility.

If the ecosystem provides a servicesuch as nitrogen fixation through them i c r o o r g a n i s m s, then the beneficiaries


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of this service should be willing to payup to the equivalent cost of the “greenmanure” (utilize the leguminous plantsto manure) for it.

The valuation of natural capital al -lows:- to help to modify systems of nationalaccounting to better reflect the value ofecosystem services and natural capital,because human welfare is not truly re -flected in GNP;- to evaluate the benefits of the specificprojects or actions, because the ecosys -tem services are largely outside themarket and are often ignored or under -valued. This leads to an error in the val -uation of social and economic costswhich often far outweigh market basedbenefits.

On the other hand some objectionshave arisen recently about the valuationof natural capital. Some people, arguethat valuation of ecosystems is impossi -ble, because we cannot place a value onsuch intangible things, as human life,environmental aesthetics, or long-termecological benefits. But, in fact, we dothis every day when, for example, wevalue the benefit of building safer high -ways to reduce travel injuries anddeaths.

Another frequent argument is thatwe should protect ecosystems for purelyethical or aesthetics reasons, passingover their value. But there are equally

compelling moral arguments that maybe in direct conflict with the argumentto protect ecosystems.

The main limitation of this methodis that this estimate is inevitably basedon a static snapshot of what is a com -plex dynamic system.

In short, to continue the way of thesustainable development it is very im -portant to consider both economic ar -g u m e n t s, first the valuation of naturalcapital, and moral arguments. Pa r t i c u -larly it is important to value howchanges in quality or quantity of theecosystem services can modify the costsand benefits associated with human ac -tivities.

A R C A utilizes this method ofanalysis in order to establish on the lo -cal scale the contribution of goods andservices which the nature daily offers topreserve and to enhance the welfare ofeach person.

F i n a l l y, because decision making inthe present society is often based ineconomic terms, natural capital ac -counting is a suitable indicator which, ifrepeated and related to utilized goodsand evolution of behaviors, can help de -fine the actions economically sustain -able to defending nature.


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Life Cycle Analysis (LCA) is a toolthat enables us to systematically mea -sure the effects of the human activityon the environment. During the life cy -cle analysis of a product (or of a processor an activity), the environmental im -pacts are studied of the whole produc -tive cycle, from the use of material andenergy until the consumption and themanagement of the waste produced.This method allows an environmentaldiagnosis of the whole story of a prod -uct, a cycle called “cradle to grave”, thatis from its production until the exhaus -tion of its functions and effects.

LCA is a direct offspring of the glob -al configuration and energetic auditstudies of the late 1960s and of the ear -ly 1970s, and it represents, as a naturalextension, the basis for the eco-la -belling schemes required for the prod -ucts by the production companies,which the market requires more andmore.

The LCA methodology utilises an ap -proach that is very similar to other toolssuch as Cradle to Grave Analysis, Eco-balancing or Material Flow Analysis.

The structure of a LCA is:- definition of goals and scopes, and ofthe boundaries of the study- collection of data concerning the dif -ferent stages of the life cycle (Life CycleInventory)- data processing and evaluation of en -vironmental impacts (Life Cycle Assess -

ment)- results Interpretation (Life Cycle Inter -pretation)

The stage of the scopes determina -tion of the analysis concerns the objectsto be achieved. They consist, as alreadystated, of the evaluation of the environ -mental and energetic performances of aproduct, identifying, from the ecologicalpoint of view, the most critical phaseswhich can be modified; of the compari -son of different goods and services, alsofor commercial purposes, or accom -plishing the same functions, so that thechoices relevant to them can be opti -mised. The goals definition is also usefulso that the adopted methodologies, thereasons why the analysis is done andthe audience to whom communicatethe results are clear.

The phase called Life Cycle Inventoryis the core of the life cycle analysis. Itconsists of four successive modules de -scribing the environmental implicationsof the analysed life cycle.

The Inventory is a repetitive process,which means that the stages being partof it take place more than once, untilthe final goal is achieved.

The first Inventory stage is called theF l ow Chart description and it is thegraphic translation of the process evo -lution with its different phases, repre -sented by boxes, linked by material

life cycle analysis

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f l ow s, represented by arrows. Consis -tently with the meaning of the Life Cy -cle Analysis, the Chart describes thep r o c e s s, from the product formulation,through the conditions of productionand consumption, until the waste stage.The Flow Chart is therefore a model ofthe reality which can be more or lessdetailed. Its purpose is to give a first ori -entation to the search of the data need -ed for the study.

The next step is to provide a numeri -cal connotation to the informationgathered representing the process, thatis collecting data for each sub-processor flow identified. With regard to this,two kinds of inputs and outputs of theprocess can be classified: the economicones and the environmental ones. Thei n f l ows can be either of economic ori -gin, such as some raw materials, ser -vices and energetic inputs, or of envi -ronmental origin, such as the mined org r own raw materials. As for the out -flows, the final and semi-final products,the by-products and waste are econom -ic, while those affecting the environ -ment, such the emissions causing airand water pollution, as well as the solidwaste, are environmental. In general,the items that need to be addressed inthe data collection can be summarisedas follows:- data exactness, completeness and rep -resentativeness;- space-temporal and technological de -

scription;- consistency and reproducibility of themethods used;- sources of data and their representa -tiveness;- uncertainty of the information.

Once the study goal set and the lifecycle identified, both graphically andnumerically through the data collection,it is necessary to deepen the knowledgeof them by relating the process to thesurrounding environment and to otherinter-related processes, and, within theprocess itself, to identify the majorcomponents in comparison with the lessimportant ones. This is the phase whenthe system boundaries are identified,which means that we decide which unitprocesses will be included in the analy -sis and which will not. Once the datagathered, a range of further informationis available about the analysed system,which could also bring to new require -ments or boundaries, and to review thecollection proceedings, in order to bet -ter achieve the study goals. In somecases, new arguments and problems canbe identified, such that the analysisscopes can be reviewed.

The last stage of the Inventoryprocess is the data processing whichfirst of all foresees the transformationof the data in a tabular form for eachphase of the process or life cycle. For in -stance, it would be necessary to knowthe amount of energy and some quali -

lyfe cycle analysis

77

tative and quantitative informationabout the raw materials used and aboutthe product or the sub-product generat -ed in each phase. The fact of gatheringdata in a series of tables allows the cre -ation of an information base, uponwhich to evaluate the development of awhole process or to compare it with an -other.

The so-called Life Cycle Assessmentfollows the phase called Inventory. Dur -ing this phase the corresponding valuesin terms of environmental impact areassociated to the collected data, whichmeans that the whole product evolution“cradle to grave” is translated in termsof environment effects. Adequate soft -ware have been created that enables toprocess data facilitating interpretationand assessment of data.

The use of resources and productivefactors, as well as the emissions and thewaste production, affects the descrip -tive parameters chosen to assess datacollected in the Inventory phase. Theyare, for instance, the exploitation ofnon-renewable resources and of energy,the Global Warming of the planet, thenegative effects to the ozone layer, wa -ter and soil toxicity and the human ex -posure to toxic substances.

Of course, not all the environmentalvariables have the same weight in thedifferent analysis, mostly when weanalyse different processes. For in -

stance, a type of process, or a produc -tion stage of a process can have effectsmore in terms of non-renewable re -sources consumption than of climatechange related gas emissions, in com -parison with another phase. It is there -fore necessary to assign weights whichto each category. The weighting of thedifferent environmental componentswill enable the analysis to move from amore general analysis called process en -vironmental profile to a real environ -mental index obtained from the weight -ed sum of all the partial results. Sincethe weighting factors are generally de -termined according to subjective crite -ria, and since there is no large consen -sus concerning the approach to be cho -sen, it is adequate to select differentclusters of these factors, so that a rangeof results can be obtained, which identi -fies also the uncertainty and the possi -ble data shifting from reality.

The determination of the environ -mental index permits the user to identi -fy what are the areas of the product lifecycle that can be improved, or whichone between two different products hasa lower impact on the environment.

The Assessment phase, from a scien -t i fic and methodological point of view,is still being developed, which meansthat the operation which associates thedata collected in the Inventory phasewith the critical environmental vari -ables chosen in the impacts assessment

lyfe cycle analysis

78

phase does not issue from generally ac -cepted and acknowledged rules. Howev -er, it is necessary that all the phases ofthe research are inspired to criteria oftransparency, in order to assure that theconclusions obtained are comparablewith other studies.

The last phase, Life Cycle Interpreta -tion, is the outcome of the combinationof the Inventory phase and the Assess -ment phase. Through the data interpre -tation, it is possible to draw some con -clusions or recommendations, consis -tent with the analysis goals previouslyset; these findings will have to be pre -sented in a transparent and detailedway, so that the results may be used bythe decision makers.

The life cycle analysis, although auseful tool of evaluation of a process orproduct environmental performances,has some limitations, because of its verynature.

First of all, the collection of exactand detailed data requires much effortand time (in the Inventory phase) to ob -tain an accurate representation of real -ity. The enterprises themselves are ofteninvolved in this operational stage, andthey are not always willing to dissemi -nate and to publish the informationthat they consider confidential.

The collected data are thenprocessed and submitted to assessment,which are often subjective. This is also

true of the interpretations, the diagno -sis and the possible suggestions aimingat attenuating the environmental im -pacts.

In addition, there is no unanimousbelief that the translation of the analy -sis results into a number index, or score,is a useful simplification, because of theuni-dimensional nature of a numberwith regard to the complexity of thephenomenon analysed (the interactionbetween human activity and environ -ment) is debeteble.

F i n a l l y, LCA represents a technicaland multi-disciplinary approach to en -vironmental problems, whose results areconnected with the practitioners’ ca -pacity of decomposing, identifying andmeasuring the meaningful phases of theprocesses.

Though we can assert that this is amethodology with absolute value - ifever they exist! - we can surely statethat it is a serious and concrete ap -proach, able to identify the correctiveactions and to verify their effectivenessby a fast updating of the previous re -sults.

arca within which there are alsoengineering experiences, proposes thenthe adoption of LCA:- to the companies, for whom the po -tentialities of a life cycle analysis can beexpressed within the comparative eval -uation of different products with similarfunctions; in alternative, the LCA en -

lyfe cycle analysis

79

ables to optimise, in terms of environ -mental impact, the different phases of asingle product life cycle, with a view tothe technology and to the productionphases, as well as to the methods of dis -tribution and to the kinds of waste is -sued from the cycle. The methodologycould be applied to obtain an ecolabel,which would be also important from themarketing and competition point ofview.- to the Public Administration, mostly atlocal level, which can be interested inLCA projects, since they are useful, tak -ing into consideration the interactionsbetween the socio-economic systemand the environment, for an evaluationof sustainability of the local area eco -nomic development politics.

arca proposes Life Cycle Analysisto different clients with a double aim:- to increase the scientific know l e d g eowned by the client for a better man -agement of the envi ronmental re -sources, consistently with the principlesof the sustainable development inspir -ing the research;- to provide the most suitable methodsto create a correct Environmental Man -agement System enabling to get theC e r t i ficate of EMAS and ISO 14000 in -ternational standards.

lyfe cycle analysis

80

Today, in an industrial world, the useof energy and other resources is organ -ised in a network that is becoming moreand more complex. Technological im -provements in matter and energy trans -formations are bringing more advanceds o l u t i o n s, however these solutions aremore efficient. For instance, we are ableto use electricity derived from a nuclearpower station for cooking, heating wa -ter or powering air conditioning sys -tems.

The indicator “Exergy” is a more ef -fective way to verify if and how much asystem is efficient, whether in a singleproductive process or on a territoriallevel. Exergy originates from classicalt h e r m o d y n a m i c s, with applications inengineering and, more recently, in ecol -ogy and sustainability.

Regarding engineering and the exer -getic analysis in chemistry, a fundamen -tal work that of J. Szargut et al. (see ref -erences), while exergy applications at alevel of energetic planning in a territorywas introduced by G. Wall who, for hisc o n t r oversial position against nuclearenergy (unreasonable from an exergeticpoint of view), lost his place at Stock -holm University.

Prof. S.E. Jørgensen’s group has de -veloped, in recent years, the exergy ap -plication to ecological systems and inparticular to aquatic ecosystems. Re -cently this approach was used to studyagricultural systems as well. Exergy is

the maximum work that can obtainedfrom a system when the system isbrought from its present state to the socalled “dead state”, that is, to a state inthermal, mechanical and chemical equi -librium with the surrounding environ -ment

The Exergy formula is:

Ex = S(T – To) – V (p – po) ++ i Ni (µi – µoi) = T (S – Seq)

Where T, p, µi, To, Po and µoi, are re -spectively temperature, pressure andchemical potential of the system and ofthe surrounding environment; V is vol -ume, N number of molecules and S isthe entropy of the system, while Se q i sthe entropy of the system at equilibri -um. Exergy is measured in Joule.

Natural resources are traditionallydivided in energy and other resources.Such a division is often arbitrary: for in -stance, wood can be cons ideredwhether a building material or a fuel;the same thing is true for oil.

All these aspects need to be consid -ered on a common basis which can’tsimply be reduced to economic value.Exergy is the appropriate foundation tovalue the utility of a resource from af r u i t o r ’s point of view. In general, theexergetic amount of an object can becalculated by multiplying its energeticamount by a conversion factor, alwayssmaller than 1 because the work we can

exergy analysis

81

obtain employing a certain amount ofenergy i s always smaller than itsamount of heat.

Man uses a very small portion of ex -ergy from sun, for instance by farming.Only less than 20% of the total flow ofr e s o u r c e s, that converge towards pro -ductive systems of the industrial society,arrives at its final use. Some of theenormous energy loss can be avoided bydesigning productive process in a differ -ent way.

For such a process the measure ofexergy is principally based on the sum ofthe individual parts of the system, thatis, raw materials, energy use, final prod -uct. This approach is based on the hy -pothesis that many properties and func -tions of a substance or a chemical canbe considered, at least in a first stage, asthe combination of the contribution ofmolecular atoms and bonds.

An exergetic analysis at a territoriallevel gives information on the level oforganisation of a system related to bal -anced resources management. This in -formation can be useful to identify theareas where technical improvements orconservation measures can be designed.This kind of analysis is more effective ifit is used as a mean of comparison be -tween similar systems.

R e c e n t l y, S.E. Jørgensen extendedthis approach to systems at a bio-eco -logical level. His results considered therelations between entropy and informa -

tion, using the genetic information ofeach species to account for the level oforganisation of the ecosystem.

For example, the exergy of anaquatic ecosystem whose componentsare phytoplankton (P), zooplankton (Z),fish (F) and detritus (D), is given by:

Ex = RT [P (1.79·106) + Z (3.15·107)++F (2.52·108) + (D+P+Z+F)·7.34·105]

This formula is useful only to com -pare some ecosystems and evaluate thelevel of the system organisation.

In recent years the ratioExergy/Emergy was proposed as an indi -cator. This ratio measures the efficiencywith which an ecosystem transforms itsinputs (in emergy terms) in organiza -tion. Jørgensen showed that Emergyand Exergy had a very strong correlationin the development of natural selection.This ratio can be useful to determinatethe level of evolution of an analysedecosystem and compare different nat -ural and artificial ecosystems.

a r c a proposes the Exergy Analy -sis as a validated approach in order to:- Check the state of aquatic ecosystemssuch as lakes, rivers, wetlands, etc. usinginformation from similar ecosystemstudies realised by arca.- Measure the efficiency of a system, inparticular farming, pisciculture andbreeding of livestock.

exergy analysis

82

Environmental protection has re -cently become important in interna -tional policy mainly for what concernbusinesses because they must increas -ingly meet urgent requests for “environ -mental quality” of products and servicesfrom governments and environmentalassociations and movements. Environ -mental certification is also increasinglyrequired by public administrations.

Until a few years ago the responsi -bility for environmental conservationwas delegated totally to public institu -tions, that had to reconcile environmen -tal requests with production needs. Theyoften had inadequate operative andlegislative instruments. A new mentalityis now growing in advanced countries.Environment and development are nolonger seen as competitors, but cooper -ation between all parties to find a solu -tion to environmental problems issought.

In this context was born the “e n v i -ronmental certification”, that is a vol -untary participation in an environmen -tal management program, the targets ofwhich are observation of laws, rules andexisting agreements,and continuous im -p r ovement of environmental perfor -mance.

In Europe the ECC 1836/93 Regula -tions called EMAS (Eco-Managementand Audit Scheme) began operation inJune 29, 1993. Certification accordingto international rule ISO 14001, Novem -

ber 1996, can be undertaken by organi -zations of any type, size or nationality.

In both cases, to obtain environ -mental certification the organizationmust draw up an environmental pro -gram with well defined objectives, andhas to set an adequate environmentalmanagement system that is constantlyrevised and periodically audited. To ob -tain and maintain certification, the or -ganization has to demonstratequali/quantitatively that its “e n v i r o n -mental performance” is improv i n g .EMAS requires a specific environmentaldeclaration that must be presented pe -riodically.

Participation in an environmentalcertification program has benefits andcosts and the benefits should justify thecosts. Among them:- investments in instruments and plant(e.g. to monitor and reduce pollution,save energy, etc….)- costs of processes modifications- costs of certification inscription- costs and benefits due to improvementin image and external relations- costs and benefits of an operationalcharacter due to an increase in environ -mental efficiency, with particular regardto: - optimization in the use of resources - rationalization of procedures- reduction of environmental risks - rationalization and simplification ofprocedures

environmental certific a t i o n

83

- increased possibility of finance forprotection of public interest- simplification of procedures neededfor authorizations.

To demonstrate the improving of theenvironmental efficiency is a funda -mental requirement of every type ofcertification, the European regulationssuggest that indicators of the status ofthe environmental management systembe used. The sustainability indicators in -troduced in this handbook, especially ofthose derived from emergy analysis ofOdum, are suitable for this purpose be -cause they monitor environmental per -formance of a system and enable com -parison with similar systems. Unlikemany other commonly used indicators,they are not only easy to interpret, butalso have a strong theoretical basis andare both practical and scientifically rig -orous.

Organizations wishing to undertakecertification must consult experts in en -vironmental problems, to identify theenvironmental impact factors that mustbe considered, to organize a correct en -vironmental policy with well definedobjectives, and to establish an appropri -ate environmental management systemfor the proposed objectives. These ex -perts must be up to date with the mostadvanced world research and modernmethodologies.

arca is one such association thatoperates in close contact with the De -

partment of Chemical and BiosystemsSciences and Technologies of the Uni -versity of Siena (Italy). It offers scientif -ically valid methods and keeps up todate with the most qualified and ad -vanced research in the environmentalfield. a r c a can also train companystaff in environmental management.The non profit-making status of the as -sociation is a guarantee of serious andimpartial work. Furthermore the scien -tific committee of a r c a i n c l u d i n gProf. Tiezzi, Prof. Ilya Prigogine (Nobelprize for Chemistry in1977), Prof. RobertCostanza, and other famous scientistsfurther qualify the association.

Besides ISO 14001 and EMAS, themethodologies discussed here can alsobe used to obtain certification of eco -compatibility of products based on theconcept of Life Cycle Assessment (LCA–ISO 14040). This considers all the pro -duction steps of a product, includingplanning and disposal. Its importance isincreasing, in that markets are begin -ning to favour products that respect na -ture. This certification is thus particu -larly important for agriculture and foodproducts.

Environmental certification has awide range, because not only industrycan be certified, but also public struc -tures such as towns or sectors astourism. Accommodation with particularcharacteristics of ecocompatibility is inincreasing demand and some tour-oper -

environmental certification

84

ators indicate the environmental quali -fications together with the category.

Environmental certification is there -fore the concrete application of the sci -entific-theoretical methods summa -rized in this handbook. It is the first stepthat organizations must make to showthat they are operating with respect forthe environment. Environmental certifi -cation is not the final goal, but the defi -nition of starting conditions that mustbe improved in the long way of environ -mental restoration and sustainable de -velopment.

In particular lately environmentalcertification is becoming widespread forc i t i e s, especially of tourist, historicaland cultural interest, that intend todemonstrate their effort in environmen -tal field, to improve their environmentalperformances and promote, thus, theirimages. All this after the tremendousoutcry of the first environmental certifi -cation of the village Varese Ligure (inNorth of Italy), through RINA (RegistroItaliano Navale), one of the main Italianinstitutions of certification, with whichthe Department of Chemical andBiosystems Sciences and Technology ofthe University of Siena has subscripted,starting from 2000, a convention thatratify the reciprocal will to collaboratefor the diffusion of environmental certi -fication and preservation of the envi -ronment.

environmental certification

85

EN E R G Y B A L A N C E: an account of the total energy

which flows in a system.

BI O M A S S: all plant and animal organic matters

living and otherwise.

HE AT: a form of energy depending on molecular

m ov e m e n t .

CA R R Y I N G C A PA C I T Y: it is defined as a load which a

population can put on a habitat without

causing irreversible alterations.

NAT U R A L C A P I TA L: all natural systems (seas, rivers,

l a k e s, forests, flora, fauna, land), and the

products of farming, fishing, hunting and the

artistic and cultural heritage of a territory.

CO M P L E X I T Y: a characteristic of systems the be -

havior of which is not the sum of its parts.

EN V I R O N M E N TA L A C C O U N T I N G: an account of the val -

ue of the natural and environmental re -

sources with economic and non-economic

i n d i c a t o r s, quantifying ecosystem services

and damage to the environment.

GR O W T H: increase of a system (economic or oth -

erwise) resulting from the addition of mat -

t e r, assimilation or aggregation.

EM E R G Y: the total quantity of solar emergy di -

rectly or indirectly required to generate a

product or a flow in a given process.

EN E R G Y: the ability of a body to perform a work

and dependent on its chemical or physical

s t a t e .

EN T R O P Y: the inclination of a body, system or the

Universe to undergo deterioration in the

quality of the energy.

EX E R G Y: the maximum mechanical work that can

be obtained from an energy flow. In the

analysis of ecosystem sustainability, this

function measures the level of organization

of the ecosystem.

PH OTO S Y N T H E S I S: a biochemical process which uses

sunlight to synthesize organic matter from

simple inorganic molecules.

IR R E V E R S I B I L I T Y: the unidirectionality of a process

or reaction which prevents exactly return to

the initial conditions.

WO R K: the product of a force acting on a body

and the distance of the body moving in the

direction of the force.

GR O S S DO M E S T I C PR O D U C T (GDP): the value of goods

and services which a country produces in

a y e a r.

RE N E WA B I L I T Y: the quality of natural replacement

of a resource.

SY S T E M: a part of the physical world separate

from the surrounding environment.

RE P L A C E A B I L I T Y: the quality of a resource to be

substituted by another.

ST E A DY S TAT E E C O N O M I C: if we use the word grow t h

to indicate a quantitative change and the

word development for a qualitative change,

then we can say that an economy in the

steady state develops but does not grow.

DE V E L O P M E N T: increase or realization of potential

in the economic and other senses

SU S TA I N A B L E D E V E L O P M E N T “to meet the needs of the

present without compromising the ability of

future generations to meet their own needs ”

(Rapporto Brundtland, 1987). There is sus -

tainable development when:

1) resources are used at a rate less than or

equal to the rate of regeneration.

2 ) pollutants are produced at a rate less than

or equal to the recycling or absorption ca -

pacity of the environment.

g l o s s a r y

86

Units of Energy andW o r k

Joule (J): the energy necessary to mov ethe application point of a force of 1Newton (N), 1 meter (m). 1 J = 107 e r g

Erg (erg): the energy necessary to mov ethe application point of a force of 1dyne (dyne), 1 centimeter (cm)

Calory (cal): the energy necessary to in -crease the temperature of 1 gram (g)of distilled water, by 1°C (from14.5°C to 15.5 °C) at standard pres -sure. 1 cal = 4,186 J

Kilogram meter (kgm): the energy nec -essary to move the application pointof a force of 1 kilogram (kg), 1 meter(m). 1 kgm = 9,81 J

Watt hour (Wh): electric energy equalto the work done by 1 Watt (W) ofp ower in 1 hour. 1 Wh = 3600 J

Ton Equivalent of oil (tep): the energy ofone ton (t) of crude oil . 1 tep =4 , 1 8 6 x 1010 J

Ton Equivalent of Coal (tec): the energyof one ton (t ) of coal. 1 tec =2 , 9 3 0 x 1010 J

Solar Emergy Joule (sej): the solar ener -gy directly or indirectly equivalent to

1 joule (J) of energy.

Units of Power

Watt (W): the power corresponding to 1joule (J) of work per second (s).

Steam-Horse (CV): the power corre -sponding to 75 kilogram meters(kgm) of work per second (sec). 1 CV= 735.499 W

Units of concentra-t i o n

Parts per million (ppm)

Parts per billion (ppb)

SI prefix e s

k = kilo = x103

m = milli = x10- 3

M = mega = x106

µ = micro = x10- 6

G = giga = x109

n = nano = x10- 9

T = tera = x101 2

p = pico = x10- 1 2

useful equ i v a l e n t s

87

ARCA researchers have already carriedout various assessment studies ofthe sustainability and environmen-tal impact of different systems,using numerous analysis methodsand indicator technologies. We pre-sent these experiences below:

“Analysis of Italy”, 1992, 1994.“Analysis of Italian agricultural sy-

stem”, 1992.“Analysis of Tuscany”, 1994.“Emergy evaluation of energy policies

for Florida”, 1995.“Sustainability assessment of Munici-

pality of Vignola and cherry pro-duction”, 1996.

“Sustainability assessment of three wi-ne productions in the Province ofSiena: Chianti, Brunello of Montal-cino e Nobile of Montepulciano”,1 9 9 7 .

“The Sustainable Management of we-tland ecosystems in Latin America”,1 9 9 7 - 2 0 01

“Sustainability assessment of Provinceof Modena”, 1998.

“Sustainability assessment of the wa-ste management system in the Mu-nicipality of Modena”, 1998.

“Sustainability assessment of five tou-rist/thermal businesses in the Pro-vince of Siena”, 1999.

“ Sustainability assessment of ceramicproduction in the Municipality ofSassuolo”, 1999.

“Sustainability assessment of Provinceof Viterbo and some its municipali-ties”, 1999.

“Sustainability assessment of the wa-ste management system in the Pro-vince of Siena”, 1999.

“Sustainability assessment of Munici-pality of Torino and Regione Pie-monte”, 1999.

“Sustainability assessment of Munici-pality of Montalcino and produc-tion of Brunello wine”, 2000.

“Sustainability assessment of Munici-pality of Pescia”, 2000.

“Sustainability assessment of Provinceof Ravenna”, 2000.

“Study upon a Sustainable Develop-ment Scenarios Evaluation Projectof Venice Lagoon ”, 2000.

The results of the above studies werepresented in various internationalworkshops, meetings and congres-ses, and published in leading scien-t i fic journals.

arca studies

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gli indicatori della sostenibilità, un manuale · Non esistono venti favorevoli per chi non sa...

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