Integrated assessment of Municipal Solid Waste Metabolism. The case of the Metropolitan Area of Naples, Italy

Abstract

Esta tesis propone un método cuantitativo para la evaluación integrada del rendimiento de Sistemas de Gestión de los Residuos Sólidos Urbanos (SGRSU) a diferentes escalas y dimensiones, integrando el análisis de flujos biofísicos con variables socio-económicas. La utilidad y limitaciones de este procedimiento se han ilustrado a través de la aplicación a un caso de estudio: el Área Metropolitana de Nápoles (MAN), región de Campaña, sur de Italia. El método propuesto se puede utilizar para apoyar procesos de decisión entre diferentes opciones tecnológicas considerando simultáneamente diversos indicadores. Para ello se combinan dos elementos: (a) Un marco de análisis holístico que permite realizar análisis multi-escala y multi-criterio de: (i) un determinado SGRSU; (ii) las opciones tecnológicas derivadas de cambiar el sistema existente; (iii) las transformaciones generadas por nuevas tecnologías. (b) Un conjunto integrado de indicadores relacionados con los diferentes criterios y escalas de análisis. Éstos pueden ser seleccionados "a la carta" por actores sociales a través de procesos participativos con el objetivo de aumentar la calidad de la información utilizada en el proceso de gobernanza. Este innovador marco está basado en la teoría de redes metabólicas y en el método de contabilidad MuSIASEM (Análisis Multi-Escala Integrado del Metabolismo de la Sociedad y de los Ecosistemas). Siguiendo este enfoque, un SGRSU se percibe como un órgano de un sistema socio-ecológico que modula la interacción entre los procesos metabólicos de un área urbana, que consume productos y genera residuos. Este órgano además se relaciona con los ecosistemas que le proporcionan algunos de los suministros que necesita para operar, así como capacidad de sumidero local. El método de análisis integrado es capaz de caracterizar: (i) los flujos de residuos generados por el sistema urbano en términos de cantidad y calidad; (ii) el conjunto de requerimientos necesarios para el funcionamiento de las etapas del proceso (tecnología, empleo, energía, agua y flujos de materiales); (iii) el grado de apertura del sistema, es decir, los flujos de residuos urbanos importados o exportados en las diferentes etapas; (iv) los productos finales que se depositan en el medioambiente. Los datos preliminares del caso de estudio se han utilizado para ilustrar el método propuesto. El enfoque de la red metabólica se aplica para generar una representación multi-escala integrada del funcionamiento del actual SGRSU de MAN y una herramienta de apoyo a las decisiones que permite explorar posibles opciones tecnológicas. Esta herramienta se aplica a la evaluación de dos alternativas: “internalización del procesado de residuos” versus “aumento de la tasa de reciclaje”. El análisis señala los diferentes costes asociados a cada una de las alternativas. La aplicación del método propuesto muestra su utilizad: (i) es semánticamente abierto puesto que se puede aplicar a diferentes contextos geográficos y culturales; (ii) es capaz de evaluar el efecto de condiciones impuestas por diferentes dimensiones como son la tecnológica, la económica y al social (viabilidad y deseabilidad) así como la ambiental (factibilidad); ilustra la inexistencia de soluciones óptimas en las intervenciones tecnológicas. Sin embargo, las herramientas analíticas testeadas demandan una gran cantidad de datos procedentes de múltiples y diversas fuentes. Realizar una evaluación robusta de la calidad de la información requiere tiempo y compromiso por parte de actores sociales que es difícil de mantener. Por último, la interacción con expertos en diferentes pasos del proceso ha mostrado la dificultad de generar discusiones más complejas sobre la ‘foto amplia’ del SGRSU. Este resultado abandera la importancia del desarrollo del conjunto de herramientas propuesto puesto que es capaz de aportar una visión más holística del funcionamiento de los SGRSU así como datos útiles para una toma de decisiones mejor informada.

This dissertation develops a procedure for the integrated assessment of the performance of Municipal Solid Waste Management System (MSWMS) across dimensions and scales interfacing the quantitative analysis of biophysical flows with the socio-economic analysis. The usefulness and the shortcomings of this procedure have been tested in a real case study (The Metropolitan Area of Naples (MAN), Campania Region, Southern Italy). This procedure can be used as decision support system for carrying out an informed choice, based on the simultaneous consideration of different criteria of performance, when deciding about technological choices. The proposed decision support system combines two elements: (a) a holistic framework of analysis making it possible to carry out a multi-scale and multi-criteria analysis of: (i) the performance of a given MSWMS (ii) the option space of future changes in the existing network; (iii) the changes implied by the introduction of innovative technologies. (b) an integrated package of indicators referring to different criteria and scales that can be selected “à la carte” by social actors through participatory processes increasing the quality of the information used in the process of governance. The innovative holistic framework builds on the theory of metabolic networks and the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) accounting method. In this approach a MSWMS is perceived as an organ of a socio-ecological system that modulates the interaction between the metabolic processes of the urban area, which consume a flow of inputs and generate a flow of wastes, and those of the embedding ecosystems providing both some of the inputs used by the MSWMS and local sink capacity. The tool-kit for integrated analysis can characterize: (i) the waste flows produced by the urban system in terms of quantity and quality; (ii) the mix of inputs required for the operation of the stages of the waste management process, such as technology, employment, energy, water and material flows; (iii) the degree of openness of the system, that is, the imports and exports of urban waste flows in the stages of its operation; (iv) the final outputs released into the local environment. Preliminary data from the case study have been used to develop and illustrate the proposed theoretical framework. The metabolic network approach is then used to generate: (i) a multi-scale integrated representation of the current performance of the MSWMS of the MAN and (ii) a decision support tool to explore the policy option space. In relation to the last point, two alternative political options have been checked: “internalization of waste processing” and “increasing recycling rate”. The analysis pinpoints the different trade-offs associated to each of them. The application of the proposed method shows its usefulness: (i) it is semantically open since it can be applied in different geographic and cultural contexts; (ii) it can evaluate the effects of constraints belonging to different incommensurable dimensions such as technical, economic and social (viability and desirability) and environmental (feasibility) and (iii) it illustrates that there are not optimal solutions when coming to technological interventions. However, the analytical tool-kit demands large amounts of data from multiple and variegated sources. A robust quality check of the information requires time and commitment of the different actors that is difficult to maintain. Last but not least, the interaction with experts on the different steps of the process has proven the difficulty in opening a more complex discussion about the “big picture” of MSWMS. This discovery flags again the importance of the development of the presented analytical tool-kit, capable of providing a more holistic vision of the functioning of the MSWMS and useful inputs for better informed decisions.