Un prodotto che non presenta percorsi di produzione alternativi rappresenta tipicamente il prodotto determinante, in quanto, semplicemente, è l'unico modo per produrlo. Un esempio è il chicco di grano che può provenire solo da un campo di grano. Tutti gli altri coprodotti sono quindi coprodotti dipendenti (sottoprodotti). Di seguito vengono presentati due esempi per chiarire meglio il concetto:
1. Il processo cloro-alcali
L'industria dei cloro-alcali utilizza la salamoia (acqua salata) per la produzione di cloro, idrossido di sodio (NaOH o soda caustica) e idrogeno. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la salamoia per formare idrogeno gassoso sull'elettrodo negativo e cloro gassoso sull'elettrodo positivo, lasciando quindi una soluzione di idrossido di sodio.
Il processo bilanciato si presenta così: 2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2+H2.
L'attività descritta ha un unico prodotto senza un percorso di produzione alternativo, ossia il cloro, il quale non può essere facilmente immagazzinato e viene generalmente venduto localmente. Il processo cloro-alcali costituisce la via di produzione praticamente esclusiva per il cloro. Anche se attualmente l'idrossido di sodio viene prodotto esclusivamente dal processo cloro-alcali, si tratta di un prodotto più flessibile che può essere immagazzinato e trasportato su lunghe distanze. Esiste sia un sostituto ben noto (il carbonato di sodio, utilizzato nella produzione di pasta di legno, carta, trattamento delle acque e in alcuni settori chimici come agente neutralizzante) che un percorso di produzione alternativo (il processo di caustificazione, in cui l'NaOH viene prodotto da calce e soda, attualmente antieconomico a causa dell'ampio apporto di NaOH causato dall'aumento globale della domanda di cloro). Quando le condizioni di mercato cambiano, l'esistenza delle due alternative (sostituzione e caustificazione) fornirà sia un minimo che un tetto al prezzo del NaOH (Wesnæs e Weidema, 2006).
Il terzo coprodotto, l'idrogeno, è prodotto dall'attività in quantità relativamente ridotte (27 g per ogni kg di cloro), fornendo solo circa il 3% del mercato mondiale dell'idrogeno. Il principale percorso di produzione dell'idrogeno è lo steam reforming del gas naturale, il quale rappresenta il processo più competitivo per soddisfare un cambiamento nella domanda di idrogeno.
Pertanto, possiamo concludere che sia l'idrossido di sodio che l'idrogeno sono coprodotti dipendenti per il processo cloro-alcali.
Fonte:
Wesnæs M, Weidema B P (2006). Long-term market reactions to changes in demand for NaOH. Study for Novozymes. Copenhagen: 2.‑0 LCA consultants.
2. Ossidazione del biossido di manganese
Il diossido di manganese è un composto inorganico con la formula MnO2, che è un precursore per KMnO4 (permanganato di potassio) e K2CO3 (carbonato di potassio).Il permanganato di potassio è un potente agente ossidante ed è utilizzato come tale in molte reazioni chimiche. Viene impiegato come antisettico e nel trattamento antifungino, oltre a prolungare la shelf life di alcuni frutti. È ampiamente utilizzato anche nel trattamento delle acque reflue e contro alcune specie invasive come le cozze zebra. Il carbonato di potassio è un sale bianco, solubile in acqua, dove forma una soluzione alcalina forte. L'attività "ossidazione del diossido di manganese" (presente nel database ecoinvent) ha due co-prodotti: permanganato di potassio e carbonato di potassio. Il diossido di manganese (MnO2) viene fuso con idrossido di potassio e riscaldato con una fonte di ossigeno per ottenere il manganato di potassio:
2 MnO2 + 4 KOH + O2 → 2 K2MnO4 + 2 H2O
Bollendo la soluzione di manganato in presenza di anidride carbonica si ottiene permanganato di potassio e carbonato di potassio:
3 K2MnO4 + 2 CO2 → 2 KMnO4 + 2 K2CO3 + MnO2
Sebbene ci siano altre possibili modalità di produzione, l'attività descritta è l'unico percorso di produzione industriale per il permanganato di potassio. Per quanto riguarda il carbonato di potassio, il processo di produzione attualmente predominante è l'elettrolisi del cloruro di potassio seguita dalla carbonatazione utilizzando anidride carbonica (Open Chemistry Database - PubChem 2015b, Wikipedia 2015):
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
Poiché il permanganato di potassio non ha altre vie di produzione industriali, mentre il carbonato di potassio ne ha un'altra, possiamo identificare il permanganato di potassio come il prodotto determinante, mentre il carbonato di potassio come un co-prodotto dipendente dell'attività "ossidazione del diossido di manganese".
Fonti:
Open Chemistry Database – PubChem (2015a) – Potassium Permanganate. National Center for Biotechnology Information. http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/potassium_permanganate (accessed June 8, 2015)
Open Chemistry Database – PubChem (2015b) – Potassium carbonate. National Center for Biotechnology Information. http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/potassium_carbonate (accessed June 8, 2015)
Weidema B P (2014), Example –oxidation of manganese dioxide.
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