Assessing the Environmental Sustainability of Water, Wastewater and Territorial Infrastructures through Life Cycle Assessment and Circularity Approaches

Achieving environmental sustainability in water, wastewater and territorial infrastructures is a key challenge for Europe’s transition toward climate neutrality and circular economy objectives. Every community lives within a territory that sustains its needs but also receives the impacts of its activities. In this context, the sustainable management of water services, waste streams and port infrastructures plays a central role in reducing emissions, preserving natural resources, and supporting the goals of the European Green Deal and related policy initiatives. However, assessing the actual environmental performance of these systems requires integrated and comparable methods capable of linking project-level evaluations to regulatory frameworks such as the EU Taxonomy and national investment programmes, including the Italian National Recovery and Resilience Plan (PNRR). This thesis contributes to this goal by developing and applying a comprehensive framework for environmental sustainability assessment across multiple sectors: drinking water and wastewater infrastructures, sludge and bio-based waste valorisation, landfill leachate, ports and dredged sediments. The research combines Life Cycle Assessment (LCA), Material Flow Analysis (MFA), and Do No Significant Harm (DNSH) verification, adapting their use according to the type and scale of intervention. While not all case studies adopt the full methodological set, the approach consistently relies on life-cycle thinking to identify environmental trade-offs and improvement potentials. The cases investigated can be grouped into four main categories: (i) water and wastewater infrastructures, including water distribution system rehabilitation and the centralisation and revamping of wastewater treatment plants; (ii) bio-based waste valorisation in centralised treatment hubs and biorefineries; (iii) innovative onsite treatments for PFAS-contaminated landfill leachate; and (iv) port systems, including cold ironing and circular management of dredged sediments. The innovative contribution of this research lies in bridging environmental assessment methodologies with real-world investment contexts, providing evidence-based insights for sustainable infrastructure planning and enhancing replicability across different contexts. By applying a harmonised framework across heterogeneous systems, this thesis demonstrates how life-cycle–based approaches can support the transition toward low-impact, resource-efficient, and resilient infrastructures, while aligning scientific evaluation with emerging EU sustainability policies.

Raggiungere la sostenibilità ambientale delle infrastrutture idriche, di trattamento delle acque reflue e territoriali è una sfida importante per la transizione dell’Europa verso la neutralità climatica e gli obiettivi di economia circolare. Ogni comunità vive all’interno di un territorio che ne sostiene i bisogni, ma che al contempo riceve gli impatti delle sue attività. In questo contesto, la gestione sostenibile dei servizi idrici, dei flussi di rifiuti e delle infrastrutture portuali svolge un ruolo centrale nel ridurre le emissioni, preservare le risorse naturali e supportare gli obiettivi del Green Deal europeo e delle iniziative politiche correlate. Tuttavia, valutare le reali prestazioni ambientali di questi sistemi richiede metodi integrati e comparabili, capaci di collegare le valutazioni a scala di progetto ai quadri regolatori, come la Tassonomia UE, e ai programmi nazionali di investimento, incluso il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). Questa tesi contribuisce a tale obiettivo sviluppando e applicando un quadro complessivo di valutazione della sostenibilità ambientale in molteplici settori: infrastrutture per l’acqua potabile e le acque reflue, valorizzazione di fanghi e rifiuti bio-based, percolato di discarica, porti e sedimenti di dragaggio. La ricerca combina Life Cycle Assessment (LCA), Material Flow Analysis (MFA) e verifica del principio Do No Significant Harm (DNSH), adattandone l’applicazione in funzione del tipo e della scala dell’intervento. Pur non adottando tutti i casi studio l’intero set metodologico, l’approccio si basa in modo coerente sul “life-cycle thinking” per individuare trade-off ambientali e potenziali miglioramenti. I casi analizzati possono essere raggruppati in quattro categorie principali: (i) infrastrutture idriche e di trattamento delle acque reflue, inclusi la riabilitazione delle reti di distribuzione idrica e la centralizzazione e/o il revamping degli impianti di depurazione; (ii) valorizzazione di rifiuti bio-based in hub di trattamento centralizzati e bioraffinerie; (iii) trattamenti innovativi in sito per percolati di discarica contaminati da PFAS; e (iv) sistemi portuali, inclusi il cold ironing e la gestione circolare dei sedimenti di dragaggio. Il contributo innovativo di questa ricerca risiede nel collegare le metodologie di valutazione ambientale a contesti reali di investimento, fornendo evidenze utili e basate sui dati per la pianificazione di infrastrutture sostenibili e rafforzando la replicabilità in contesti differenti. Applicando un quadro armonizzato a sistemi eterogenei, la tesi dimostra come gli approcci basati sul ciclo di vita possano supportare la transizione verso infrastrutture a basso impatto, efficienti nell’uso delle risorse e resilienti, allineando la valutazione scientifica con le emergenti politiche europee in materia di sostenibilità.