RICERCA ITALIANA     

Modelli, Strumenti e Soluzioni per l'Industria dei RAEE (MESIR)

Politecnico di Milano

Abstract

Il crescente impiego di apparecchiature elettriche ed elettroniche nel mondo occidentale, unito alla sempre maggiore velocità di obsolescenza tecnologica, ha portato l'Unione Europea a prendere alcuni significativi provvedimenti (Direttiva 2002/95/CE e Direttiva 2002/96/CE) per garantire uno sviluppo sostenibile ed un elevato livello di tutela ambientale nella gestione dei Rifiuti di Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (RAEE). Solo nel 2004 a livello UE sono state prodotte circa sette milioni e mezzo di tonnellate di RAEE, con un tasso di crescita del 3-5% annuo. Le principali novità legislative riguardano l'Extended Producer Responsibility (EPR), che si traduce nell'onere per i produttori di sostenere economicamente sistemi nazionali per il recupero ed il trattamento dei RAEE, e obiettivi minimi di riciclaggio e riutilizzo di materiali e/o componenti.
Si aprono dunque nuove esigenze ed opportunità di ristrutturazione di intere filiere di prodotto, oltre che di investimenti per la nascita di un settore industriale del riciclaggio, che sostenga lo sviluppo del Sistema Paese, evitando, ad esempio, il ricorso al trattamento all'estero con il conseguente trasferimento di risorse, ricchezza e possibilità occupazionali.
L'obiettivo generale del progetto di ricerca è quello di fornire modelli, strumenti e soluzioni per sostenere e contribuire allo sviluppo del nascente settore industriale dei RAEE in Italia. Le attività di ricerca coprono l'intero ciclo di vita del prodotto (fino alla riprogettazione) e l'insieme delle interazioni tra i soggetti coinvolti nel sistema di gestione che maggiormente condizionano il raggiungimento degli obiettivi programmatici della Direttiva.
Sono state identificate quattro aree di intervento:
- lo sviluppo e la sperimentazione di nuove tecnologie di trattamento che, da un lato, permettano la definitiva implementazione su scala industriale di alcuni prototipi di laboratorio, dall'altro riescano a rispondere alle esigenze di economicità, sostenibilità ambientale e sicurezza delle persone;
- lo sviluppo di modelli e criteri per la pianificazione del recupero e del trattamento a livello di sistema per le diverse filiere dei RAEE e per aree geografiche omogenee;
- lo sviluppo di strumenti di supporto alla progettazione di nuovi prodotti, stante la necessità, da un lato di riutilizzare parte dei materiali e componenti derivanti dai RAEE, dall'altro di valutare come le scelte di progettazione si ripercuotono sulla gestione del fine-vita;
- l'elaborazione, in logica di sistema, di un corpo di conoscenze utili agli attori già attivi od entranti nel settore dei RAEE, per lo sviluppo di piani d'azione volti all'adozione di tecnologie innovative, allo sviluppo di progetti pilota per la creazione di nuove imprese o attività industriali, alla definizione di interventi strutturali miranti alla creazione di un sistema di gestione efficiente.
I criteri chiave con cui è stato concepito il programma di ricerca sono: visione sistemica, multi e interdisciplinarità, validazione, trasferibilità, integrazione dei risultati della ricerca. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Augusto DI GIULIO Politecnico di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il crescente impiego di apparecchiature elettriche ed elettroniche nel mondo occidentale, unito alla sempre maggiore velocità di obsolescenza tecnologica, ha portato l'Unione Europea a prendere alcuni significativi provvedimenti per garantire uno sviluppo sostenibile ed un elevato livello di tutela ambientale nella gestione dei Rifiuti di Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (RAEE). Nella Unione Europea sono state prodotte nel 2004 circa sette milioni e mezzo di tonnellate di RAEE, con un tasso di crescita del 3-5% annuo, che corrispondono a circa 20 kg/abitante.
La criticità dei RAEE è rappresentata, oltre che dall'elevato contenuto di sostanze pericolose per l'uomo e l'ambiente, anche dalla totale mancanza di una corretta politica di gestione: si stima che oltre il 90% dei RAEE sia ad oggi conferito in discarica senza subire alcun intervento preliminare di bonifica dei componenti e delle sostanze pericolose.
Tra le Direttive Europee che nei prossimi mesi verranno recepite nei singoli ordinamenti giuridici degli Stati membri, modificando fortemente l'assetto produttivo delle aziende si citano la Direttiva 2002/96/CE sulla gestione dei RAEE e la Direttiva 2002/95/CE, sulla restrizione all'uso di determinate sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche. Le attività produttive subiranno ingenti modifiche, legate alla necessità di realizzare prodotti a basso contenuto di sostanze pericolose e ad elevato contenuto di componenti derivanti da attività di recupero o riciclaggio (50-80%), facilmente disassemblabili e processabili, al fine di favorire le attività di recupero e riciclaggio a fine vita.
Il progetto di ricerca sviluppa modelli e strumenti gestionali per uno sviluppo sostenibile dell'industria dei RAEE, considerando differenti punti di vista: ambientale, economico, tecnologico e sociale; si colloca pertanto in un'area d'intervento che risulta fortemente critica a causa di diversi fattori concomitanti.
Da un lato è necessario sottolineare l'assoluta novità delle problematiche e delle opportunità offerte dall'ormai prossimo recepimento, nell' ordinamento giuridico nazionale e in quello dei paesi dell'UE, della Direttiva 2002/96/CE; tale Direttiva impatta, in maniera diretta e indiretta, su un numero ampio di soggetti, quali, ad esempio, i produttori delle apparecchiature e i soggetti coinvolti nell'intera supply chain, i detentori finali delle apparecchiature, i soggetti pubblici o privati che gestiscono la raccolta o il trattamento, i potenziali operatori deputati al riciclo e/o riutilizzo, lo Stato. All'interno di tale panorama sono ulteriormente evidenziabili rilevanti criticità quali, ad esempio, la consistenza dei mercati di riferimento (solo nel settore domestico, considerando i soli comparti principali, le vendite superano i 14.000 ML€, pari all'1% del PIL), le iterazioni pubblico-privato (ad es. municipalizzate-produttori), la presenza, sul territorio nazionale, di asimmetrie geografiche comportamentali e organizzative (es. gestione rifiuti NordOvest-NordEst-Centro-Sud). A tal proposito è da sottolineare anche la presenza di una Commissione Parlamentare di Inchiesta che, negli ultimi anni, ha sentito i rappresentanti di diverse categorie di soggetti coinvolti nel futuro sistema di gestione dei RAEE per meglio comprendere i possibili ambiti di intervento del legislatore. Proprio alcuni membri di un'unità operativa (Cagno e Trucco) hanno dato contributo ai lavori della Commissione.
Dall'altro è importante sottolineare come, in questa fase iniziale, non esistano ancora strutture organizzate che, operando in condizioni simili a quelle di regime previste, possano costituire un benchmark o un modello di riferimento né sul territorio nazionale né su quello europeo. Vi è dunque la possibilità di cogliere, attraverso una sistematica analisi delle criticità di settore (Cagno et al., 2004), le opportunità di investimento per la nascita di un nuovo settore industriale, che sostenga lo sviluppo del Sistema Paese, evitando, ad esempio, il ricorso al trattamento all'estero con il conseguente trasferimento di risorse, ricchezza e possibilità occupazionali. Anche sul fronte dei RAEE si gioca allora una parte non irrilevante del possibile rilancio della vocazione industriale dell'Italia, ma anche della capacità dello Stato di operare scelte politiche e di pianificazione che, favorendo iniziative private di natura imprenditoriale o sociale, siano in grado di attivare il circolo virtuoso di uno sviluppo sostenibile offerto dalla capacità di innovazione tecnologica (di prodotto e di processo).
L'obiettivo generale del progetto di ricerca è quello di fornire modelli, strumenti e soluzioni per sostenere e contribuire allo sviluppo del nascente settore industriale dei RAEE in Italia, garantendo competitività a livello europeo, e coprendo l'intero ciclo di vita del prodotto (fino alla riprogettazione), definendo come le reciproche azioni e interazioni tra i soggetti coinvolti nel sistema di gestione dei RAEE possano influenzare e contribuire al raggiungimento degli obiettivi della Direttiva.
Nell'attività di ricerca volta al raggiungimento dell'obiettivo è possibile definire quattro aree di intervento, che mirano a superare le criticità del sistema attraverso:
- lo sviluppo e la sperimentazione di nuove tecnologie di trattamento che, da un lato, permettano la definitiva implementazione su scala industriale di alcuni prototipi di laboratorio, dall'altro riescano a rispondere alle esigenze del mercato di riferimento garantendo, a costi contenuti, materiali riutilizzabili aventi standard di purezza confrontabili con le classi merceologiche dei diversi settori. Questo attraverso una caratterizzazione chimica, fisica e termica del materiale in ingresso, l'individuazione di processi di recupero selettivi nei confronti dei materiali a più elevata valorizzabilità e, al contempo, a basso impatto ambientale, rispettosi delle esigenze di salute e sicurezza e in grado di conservare un elevato livello di qualità della vita per gli operatori, la realizzazione di materiali riciclati con caratteristiche tali da sostituire nei processi produttivi i materiali vergini;
- lo sviluppo di modelli e criteri per la pianificazione del recupero e del trattamento a livello di sistema per le diverse filiere dei RAEE, con particolare attenzione quindi agli aspetti legati alla reverse logistics, alla definizione delle strategie ottimali di recupero, all'integrazione degli aspetti e degli approcci tradizionali con gli aspetti ambientali e con le esigenze dei diversi portatori di interessi coinvolti;
- lo sviluppo di strumenti che siano in grado di supportare la progettazione di nuovi prodotti, stante la necessità, da un lato di riutilizzare parte dei materiali e componenti derivanti dai RAEE, dall'altro di valutare come le scelte di progettazione si ripercuotono sulla gestione del fine-vita. A tal fine si procederà definendo linee guida e strumenti gestionali che considerino in modo sinergico gli impatti tecnici, economici, ambientali e di sicurezza, anche mediante indicatori sintetici, utili per lo sviluppo di una metodologia di progettazione funzionale alla minimizzazione degli impatti lungo il ciclo di vita del prodotto e alla riduzione dei rischi lavorativi specifici;
- l'elaborazione, in logica di sistema, di un corpo di conoscenze utili agli attori già attivi od entranti nel settore dei RAEE, per lo sviluppo di piani d'azione volti all'adozione di tecnologie innovative, allo sviluppo di progetti pilota per la creazione di nuove imprese o attività industriali, alla definizione di interventi strutturali miranti alla creazione di un sistema di gestione efficiente. Saranno in particolare indagate le soluzioni gestionali e tecnologiche che consentono di superare i fattori di criticità esterni e legati alle caratteristiche del territorio (es. aspetti logistici nel meridione di Italia, accettabilità da parte delle comunità locali di impianti di trattamento). <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il tema di ricerca in esame racchiude almeno quattro diversi ambiti in cui, in modo autonomo, negli anni si sono sviluppati diversi filoni di ricerca, di cui si presenta brevemente, nei sottoparagrafi successivi, un sintetico stato dell'arte:
1. Tecnologie di trattamento;
2. Reverse Logistics;
3. Riprogettazione di prodotto;
4. Studi di sistema.
§ Tecnologie di trattamento
I beni dismessi, dopo essere stati raccolti e conferiti alle piattaforme di trattamento, subiscono una serie di operazioni al fine di ottenere componenti o materiali suscettibili di riutilizzo e smaltire correttamente eventuali componenti o sostanze pericolose. Tali operazioni, alcune delle quali soggette a disposizioni di legge particolari e pur diverse in relazione alla tipologia di bene ed alle tecnologie adottate dalla specifica piattaforma di trattamento, possono essere raggruppate in macrofasi (raccolta e trasporto, pretrattamento e messa in sicurezza, smontaggio componenti, trattamento completo, recupero, smaltimento).
In relazione alla tipologia del bene ed alla configurazione impiantistica della piattaforma di trattamento si possono presentare diverse alternative (e.g., Stoop e Lambert, 1998; Cui e Fossberg, 2003): l'insieme delle possibili alternative di processo, che realizzano le singole macrofasi, rappresenta un albero di processo. L'albero di processo è dunque un albero delle decisioni per la configurazione di piattaforme di trattamento per le diverse tipologie di RAEE che deve essere percorso con due presupposti fondamentali: le disposizioni di legge vigenti e le tecnologie disponibili ed effettivamente adottate dalla specifica piattaforma.
Esistono quindi, per le diverse operazioni realizzate all'interno dell'albero di processo varie alternative tecnologiche, per ognuna delle quali sono presenti, in letteratura, diversi contributi (dalla definizione delle sequenze ottime di disassemblaggio a quella dei parametri operativi di processo per le singole tecnologie; e.g., Kopacek e Kopacek, 1999; Aanstoos et al., 1997).
Nel campo delle tecnologie di trattamento esiste una vasta e consolidata letteratura di riferimento che rappresenta, da un lato, il fondamento per le applicazioni su scala industriale delle tecnologie sviluppate in università e centri di ricerca, dall'altro il riferimento per i futuri sviluppi di BAT come richiesto dalla normativa nazionale e comunitaria.
Esistono tuttavia anche alcune criticità insite alla ricerca tecnologica; da un lato, la difficoltà spesso riscontrata di calare in realtà produttive su scala industriale i prototipi di laboratorio sviluppati (scale-up; Cagno et al, 2003), ad esempio nel campo di identificazione e separazione dei diversi tipi di materiali trattati; dall'altro la necessità di sviluppare nuove tecnologie di trattamento che rispondano meglio ad esigenze specifiche della filiera dei RAEE, quali, ad esempio, lo sviluppo di approcci in grado di garantire, a costi contenuti, elevate caratteristiche fisico-chimico e adeguati standard di purezza per i materiali recuperabili e valorizzabili (materie prima seconde - MPS); tali tecnologie devono inoltre assicurare un ridotto impatto ambientale degli impianti di trattamento e la tutela delle condizioni di salute e sicurezza dei lavoratori, anche al fine di evitare il consolidarsi dell'assunto di una ridotta qualità della vita degli addetti a tali attività; la presenza intrinseca nei RAEE di sostanze pericolose, associata alla peculiarità delle operazioni svolte in tali impianti, rende necessaria un'attenta analisi dei rischi per la salute degli operatori.
Esiste inoltre la necessità di caratterizzare da un punto di vista produttivo-ambientale gli impianti per il trattamento dei RAEE, evidenziando le relazioni tra gli aspetti produttivi e gli aspetti ambientali legati all'attività di trattamento industriale.
§ Reverse Logistics
La reverse logistics è diventata negli ultimi anni uno dei temi di ricerca cui molti autori hanno dato importanti contributi originali, senza però giungere ancora ad una terminologia consolidata e condivisa; diversi lavori (Stock,1998; Pohlen e Farris, 1992: Rogers e Tibben-Lembke, 1999; Fleischmann, 2001) hanno progressivamente spostato la connotazione del termine dalla gestione dei materiali provenienti dai rifiuti al più ampio campo del recupero dei prodotti mediante apposite strutture organizzate, identificate con l'acronimo di Product Recovery Networks (PRN).
La progettazione di un PRN è caratterizzata (Fleischmann et al., 2000) dalla definizione di tutti gli attori e delle strutture coinvolte nel processo di recupero del prodotto e delle attività e relazioni che interessano la Reverse Supply Chain (RSC).
Lo scopo dei principali modelli finora proposti in letteratura è quello di:
- individuare la localizzazione ottimale degli impianti di recupero e la loro capacità (Ammons et al., 1997; Barros et al., 1998; Gottinger, 1998; Jayaraman et al., 1999; Krikke et al., 1999; Kroon e Vrijens, 1995; Li-Hsing, 2001; Spengler et al., 1997);
- determinare il routing ottimale dei flussi (Barros et al., 1998; Gottinger, 1998; Krikke et al., 1999; Li-Hsing, 2001; Spengler et al., 1997; Thierry, 1997);
- fornire indicazioni sulle opzioni e sulle modalità di trattamento dei prodotti raccolti (Krikke et al., 1999; Li-Hsing, 2001; Spengler et al., 1997).
I modelli sono generalmente formulati con relazioni lineari e sono implementati su calcolatore utilizzando la programmazione lineare mista intera (PLMI).
Un'analisi delle peculiarità di ogni modello e delle finalità per cui è stato progettato permette di evidenziare alcuni aspetti importanti:
- il limite principale dei modelli è la mancanza di flessibilità: nella maggioranza dei casi sono proposte formulazioni per la soluzione di un caso specifico, che non sono però in grado di adattarsi a contesti differenti, incluse le diverse tipologie di RAEE, soggette a opzioni di raccolta e recupero eterogenee;
- anche dove i modelli sono maggiormente flessibili, manca un modello di costo sufficientemente esplicativo delle realtà studiate, in grado di rispondere in modo dettagliato all'analisi di fattibilità dei sistemi: flessibilità e dettaglio sono due concetti che paiono in contrapposizione;
- i modelli proposti incontrano difficoltà nel rappresentare opportunamente la complessità delle operazioni di raccolta e disposizione finale dei prodotti o componenti recuperati, inclusi gli aspetti ambientali e legati alla sicurezza;
- i modelli non sono accompagnati da un metodo guida che delinei i passi fondamentali del processo di pianificazione per lo sviluppo del caso reale;
- mancano nei modelli sia degli indici in grado di valutare le prestazioni ambientali del sistema, in un'ottica sia interna (valutazione dell'eco-efficienza del sistema prodotto) che esterna (comunicazione agli stakeholders o verifica di requisiti legislativi), che la capacità di integrare gli aspetti di carattere ambientale nella scelta localizzativa degli impianti di trattamento e degli elementi del sistema PRN;
- i modelli proposti rendono difficile la considerazione delle esigenze e delle posizioni dei diversi portatori d'interesse e quindi la prevenzione e la gestione di potenziali conflitti ambientali.
§ Riprogettazione di prodotto
La gestione della fase finale del ciclo di vita dei prodotti è un problema di sempre maggiore rilevanza per i paesi industrializzati. Finora si è agito in modo separato su due possibili ambiti di intervento; da una parte, sono state messe a punto tecnologie di disassemblaggio e riciclaggio da utilizzare quando il prodotto arriva alla fine della sua vita utile; dall'altra, tramite tecniche di riprogettazione di prodotto (Design for Disassembly - DfD - e Design for Recycling - DfR ), si cerca di intervenire già nella fase di progettazione dei nuovi prodotti allo scopo di conferirne caratteristiche che li rendano più facilmente disassemblabili e riciclabili. Purtroppo, non si riesce ancora a raggiungere una sufficiente congruenza tra le due aree di intervento, anche a causa dell'intervallo di tempo che intercorre tra la progettazione del prodotto e la fine della sua vita utile, a discapito dell'efficacia nell'affronto del problema.
Il DfD (Zussmann et al., 1994; De Ron e Peven, 1995; Kuo, 1999) è la sistematica considerazione, nello sviluppo di prodotti e processi, dei problemi associati al disassemblaggio. Il DfR (Allenby e Fullerton, 1991; Keoleian e Menerey, 1994; Navin-Chandra, 1994) è lo stesso tipo di tecnica ma applicata al riciclaggio. In realtà è difficile trovare una reale distinzione tra le due tecniche dal punto di vista applicativo. Infatti è improbabile che si utilizzi il DfD senza avere come obiettivo di partenza il riciclaggio di un prodotto o parti di esso ed è difficile pensare di riciclare un prodotto senza che questo venga disassemblato (Johnson e Wang, 1995), salvo rari casi.
Si tratta di tecniche di progettazione che vengono utilizzate sostanzialmente nella parte più operativa della progettazione, piuttosto che nella generazione del concept di prodotto. Chiaramente la facilità di disassemblaggio e riciclaggio sono caratteristiche di cui tenere conto in fase di selezione del concept, ma solo come una caratteristica fra tante altre.
Esiste quindi la necessità di individuare un framework di riferimento che, in ottica di gestione del fine vita dei RAEE, integri questi tipi di approccio, in ottica pro-attiva, rispetto agli scenari di recupero/reimpiego che si prospettano, valutandone l'incidenza, non solo sul ciclo di vita del prodotto, ma anche sul ciclo di gestione dell'intera filiera dei RAEE. Inoltre risulta essenziale integrare, negli approcci sopra descritti, la necessità di rendere il disassemblaggio o il riciclaggio non solo delle attività agevoli e quindi economicamente convenienti, ma anche sicure, in modo da concepire fin dall'inizio prodotti, imballaggi e processi che comportino rischi contenuti.
§ Studi di sistema
Da un punto di vista di pianificazione e di definizione dei criteri di gestione del sistema, l'origine degli studi che coinvolgono gli aspetti connessi con il management dei flussi di RAEE e dell'organizzazione dei numerosi attori coinvolti (privati e pubblici) riporta all'introduzione del concetto di eco-efficienza nel ciclo di vita del prodotto, connesso con il recupero di assets attraverso il riutilizzo di materiali e/o componenti (Ayres et al., 1997).
In quest'ottica, la valutazione del beneficio derivante, in ottica di ciclo di vita, delle operazioni di recupero e riutilizzo ha iniziato ad andare oltre le necessità della valutazione dei costi connessi con la reverse logistics (Stevels et al., 1999), portando a considerare tutte le fasi del sistema di gestione dei RAEE: il recupero offre benefici sia dal punto di vista ambientale (con una riduzione del ricorso allo smaltimento in discarica), sia dal punto di vista economico (consentendo un risparmio sull'estrazione e produzione di materiali vergini).
Dal punto di vista del sistema di gestione, diventa di fondamentale importanza legare al ciclo di vita del prodotto, tutte le variabili rilevanti al fine di garantire (White et al., 2003) la migliore prestazione complessiva (quindi, non per il singolo attore) dal punto di vista ambientale ed economico. Uno degli aspetti caratterizzanti il sistema di gestione dei RAEE è infatti la presenza di più player che agiscono simultaneamente e con obiettivi eterogenei, solo in parte convergenti.
A questo aspetto si sono aggiunti poi gli studi volti ad individuare la miglior configurazione per il ritiro dal mercato e per la gestione del post-consumer da parte dei produttori di apparecchiature (Goggin e Browne, 1998; Spicer e Johnson, 2002), con la valutazione delle strategie ottimali (ritiro da parte dei singoli produttori, istituzione di consorzi di filiera ovvero terziarizzazione delle attività esogene al core business attuale, quali quelle connesse con la gestione del fine-vita). Tali studi prescindono tuttavia da alcuni vincoli introdotti dalle normative, specialmente in relazione al controllo dei flussi, e da scenari in cui, a fronte della creazione di consorzi di produttori, destinati a gestire parte della filiera dei RAEE, si rendano più verosimili strategie ibride o integrate.
Nel campo degli studi di sistema esiste ancora una notevole possibilità di sviluppo di approcci atti a spiegare le dinamiche che, con la futura introduzione del concetto di responsabilità estesa del produttore, influiranno sulle scelte e politiche di gestione dei RAEE da parte, non solo dei produttori, ma di tutti gli attori coinvolti nel sistema.
Gli approcci ad oggi presenti in letteratura non hanno tuttavia ancora analizzato in modo integrato come le criticità, anche di carattere sociale, connesse alle diverse fasi del ciclo di dismissione di un RAEE, in termini di attori coinvolti, di leve di azione e di opportunità di intervento possano essere correlate, in modo da giungere alla definizione di strategie e criteri ottimali di scelta a livello di pianificazione del futuro sistema di gestione. La possibile insorgenza di conflitti ambientali, legati alle scelte di localizzazione degli impianti coinvolti nel sistema di gestione dei RAEE, può infatti comportare conseguenze, anche di carattere economico che, se non adeguatamente previste e valutate, possono avere pesanti conseguenze sulla competitività degli impianti stessi. <<<