Analisi di sostenibilità ambientale ed economica della produzione di composti ad alto valore aggiunto da vinacce piemontesi = Environmental and economical sustainability analysis of high-value compound production from Piedmont grape marc.

In questa tesi, è stato valutato e scalato a livello pilota un impianto sperimentale di bioraffineria sequenziale costituito da un’unità di estrazione seguito da una pirolisi. Si è inizialmente analizzato l’impatto ambientale del processo utilizzando come materia prima la portata di vinaccia prodotta in Piemonte in un anno e poi, successivamente, per garantire una maggior flessibilità, si è analizzato il medesimo processo trattando però diversi scarti agroalimentari piemontesi. Nell’impianto si è inoltre confrontata l’efficienza nell’utilizzo di due diverse tecnologie di estrazione (convenzionale e ad ultrasuoni) e l’efficacia dell’accoppiamento di tale impianto ad un processo di pirolisi. Dopo aver dimensionato l’impianto pilota si è proseguito attuando un’analisi sull’impatto ambientale e sulla profittabilità economica, mediante l’analisi Study Estimate. In questo studio si è deciso applicare la metodologia LCA tramite l’utilizzo del database Ecoinvent 3.8 con il software SimaPro 9.4.0.2, applicando un’analisi al MidPoint ed utilizzando il metodo gerarchico ReCiPe 2016. Inoltre, come unità funzionale del processo, si è considerata la portata di vinaccia prodotta in un anno in Piemonte. La sezione d’impianto più impattante è la produzione dei polifenoli tramite estrazione, essendo la fase di processo contenente più apparecchiature e si osserva un impatto relativo decisamente minore per il processo di estrazione a ultrasuoni, grazie ad una resa in polifenoli che è doppia rispetto al processo di estrazione convenzionale. È interessante però notare come, analizzando la filiera complessiva, l’aggiunta del processo di pirolisi provochi un avvicinamento delle emissioni relative tra le due tecnologie estrattive, seppur con un minimo vantaggio in termini di impatto ambientale per il processo a ultrasuoni. Ciò è spiegato dall’unità di misura che si è scelta di adottare, ossia (kgCO2eq/kgbiochar+kgpolifenoli), perché, avendo una portata di biochar prodotto notevolmente superiore ai polifenoli, l’emissione tenderà ad avvicinarsi ai valori stabiliti per la fase di pirolisi. Infatti, analizzando come categoria d’impatto il Climate Change, si ottiene un’emissione specifica del processo estrattivo a ultrasuoni di 1.98 kgCO2eq/FU per chilogrammo di prodotto, mentre per il processo convenzionale di 2.06 kgCO2eq/FU. Da un punto di vista ambientale risulta perciò più conveniente l’utilizzo della tecnologia estrattiva a ultrasuoni, senza però un notevole vantaggio in termini di emissioni rispetto alla tecnologia convenzionale. Inoltre, grazie alla progettazione delle apparecchiature, si sono potuti stimare i costi capitali e operativi (espressi in k€) dei due impianti, utilizzati per stabilire i Cumulative Cash Flow e di conseguenza la sostenibilità economica dei due processi. Utilizzando un prezzo di vendita dei polifenoli di 40 €/kg, ricavato da letteratura, si evince dai risultati come il processo estrattivo convenzionale non sia economicamente sostenibile, con un prezzo di vendita necessario per uguagliare le prestazioni del processo a ultrasuoni di almeno 76 €/kg, quasi il doppio dell’attuale prezzo di mercato. Analizzando invece il processo a ultrasuoni si ottiene, grazie all’elevata resa del processo estrattivo, un guadagno netto complessivo di circa 97 mln€, rispetto ad una esposizione capitale iniziale di 19 mln€, con un Pay Back Period di 1.27, un Rate of Return on Investment di 4.47% e un Cumulative Cash Ratio di 1.775.