Fattori che influenzano lo stato della risorsa
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EMISSIONI - INTRODUZIONE 

L’Inventario Regionale delle Emissioni in Atmosfera (IREA) è uno strumento conoscitivo di fondamentale importanza per la gestione della qualità dell'aria, in quanto fornisce, ad un livello di dettaglio comunale, la stima delle quantità di inquinanti introdotte in atmosfera da sorgenti naturali e/o attività antropiche; la sua realizzazione e il suo aggiornamento periodico comportano non solo il reperimento dei dati di base - parametri e fattori di emissione - da molteplici fonti, sia istituzionali che private, ma anche l’applicazione di metodologie di calcolo in continua evoluzione.

La Regione Piemonte aggiorna periodicamente - sulla base della metodologia INEMAR - l'Inventario regionale, effettuando l'analisi dei requisiti e delle informazioni necessarie per la stima delle emissioni totali annuali di macro e microinquinanti, 
 disaggregate per attività emissiva secondo la nomenclatura SNAP (Selected Nomenclature for Air Pollution). La prima versione dell'Inventario Regionale risale all'anno 1997; sono disponibili gli aggiornamenti per gli anni 2001, 2005 e 2007, 2008 e 2013.

Per ciascuna delle sorgenti emissive - suddivise in sorgenti puntuali (singoli impianti industriali), sorgenti lineari (strade e autostrade) e sorgenti areali (fonti di emissione diffuse sul territorio) - vengono stimate le quantità di inquinanti emesse dalle diverse attività SNAP; gli inquinanti considerati sono metano (CH4), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2), protossido di azoto (N2O), ammoniaca (NH3), composti organici volatili non metanici (NMVOC), ossidi di azoto (NOx), anidride solforosa (SO2) e polveri inalabili (PM10).

Quadro emissivo di riferimento

L'Inventario Regionale delle Emissioni raccoglie quindi su scala comunale le emissioni inquinanti prodotte da circa 200 attività antropiche e biogeniche presenti sul territorio regionale.
La figura 1 rappresenta in modo sintetico il contributo percentuale alle emissioni dei principali inquinanti da parte dei differenti comparti emissivi.
Per le emissioni di SO2 l'Industria contribuisce per il 23% con la combustione e per il 55% con i processi produttivi.
Per le emissioni di NOx il maggior contributo è dato dai Trasporti stradali (47%), a cui seguono la Combustione nell'industria (15%) e i Trasporti off-road (14%).
Le emissioni di NMVOC (Non-methane Volatile Organic Compounds) dalle sorgenti biogeniche sia del comparto Natura (46%) che del comparto Agricoltura (22%), mentre per le emissioni di NH3 Agricoltura e allevamento incidono per il 95%.
Per il PM10 il riscaldamento incide per il 59%, seguono i Trasporti stradali (25%).
Per la CO2 invece il contributo è dato da tutte le combustioni, sia nel comparto industriale (66%) che nei comparti riscaldamento (29%) e traffico (34%).

Figura 1
Contributo percentuale ai diversi inquinanti per comparto emissivo (Macrosettore SNAP) - IREA 2013

Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

Esiste una elevata variabilità stagionale delle emissioni inquinanti: infatti i superamenti dei valori limite si riscontrano per lo più nel periodo invernale, durante il quale da una parte sono attivi gli impianti di riscaldamento e dall’altra sono ridotte le capacità dispersive dell’atmosfera. Per tale motivo le emissioni regionali annuali di NOx e di PM10 sono state ripartite mensilmente sulla base di profili di modulazione temporale
specifici per ciascun comparto emissivo: come si può osservare dai grafici della figura 2, nel periodo invernale le emissioni di PM10 sono rappresentate per più del 75% dal riscaldamento domestico; le emissioni di NOx risultano invece quasi uniformemente distribuite nel corso dell’anno, in particolare per quanto riguarda le loro fonti principali (traffico e combustione industriale).

Figura 2
Contributo dei comparti emissivi (Macrosettori SNAP) nel corso dell’anno. Emissioni di ossidi di azoto 
IREA 2013

K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

Figura 3
Contributo dei comparti emissivi (Macrosettori SNAP) nel corso dell’anno. Emissioni di PM10IREA 2013

K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

Poiché a scala locale la conoscenza delle pressioni emissive che gravano sul territorio risulta un supporto informativo indispensabile per sviluppare strategie di abbattimento dell’inquinamento e individuare priorità attraverso modelli integrati, nonché per verificare le conseguenze a diversi livelli delle politiche regionali e delle misure intraprese dagli Enti istituzionali per ridurre le emissioni, l’IREA deve essere uno strumento dinamico in costante evoluzione, sia in termini di affidabilità che di aggiornamento delle informazioni.
Inoltre, poiché l’IREA costituisce la base dati a partire dalla quale viene predisposto l’input emissivo ai modelli di dispersione utilizzati da Arpa Piemonte per le proprie attività a supporto della

pianificazione regionale, gli aggiornamenti sulle pressioni emissive si estendono anche al recupero e analisi delle informazioni di carattere territoriale e temporale necessarie per ottimizzare la modellizzazione delle emissioni (es. utilizzo mezzo mobile per campagne di rilevamento locali).
Per la rappresentazione dinamica su base cartografica delle pressioni emissive che gravano sul territorio regionale, oltre che per il confronto dal punto di vista emissivo con i territori circostanti (area transfrontaliera Italia-Francia ALCOTRA), si rimanda al visualizzatore geografico realizzato da Regione Piemonte nell’ambito del Progetto AERA

GLI SCENARI EMISSIVI

L’analisi di scenario è un metodo per stimare con sistemi modellistici gli effetti attesi sulla qualità dell’aria a seguito dell’applicazione di misure di riduzione delle emissioni, in funzione del raggiungimento degli obiettivi previsti dalla normativa. Per la realizzazione delle analisi di scenario devono essere predisposti degli scenari emissivi futuri - a partire da uno scenario base relativo ad un determinato anno, considerato come riferimento - che tengano conto delle evoluzioni tecnologiche e comportamentali, nonché dell’applicazione delle misure di riduzione delle emissioni decise ai vari livelli (comunitario, nazionale, regionale).

Il modello GAINS (Greenhouse Gas – Air Pollution Interactions and Synergies) è un modello sviluppato a livello europeo dalla IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis) per poter elaborare scenari emissivi di gas serra (GHGs) e considerare così le interazioni tra inquinamento atmosferico e cambiamenti climatici. La versione nazionale del modello (GAINS-Italia), adottata come strumento ministeriale nell’ambito del tavolo Ministero-Regioni, è il riferimento metodologico che - armonizzando informazioni di scala europea, nazionale e regionale - consente la messa a punto di scenari futuri regionali in un contesto coerente, assumendo una serie di ipotesi (economiche, di evoluzione delle normative e delle strategie di controllo progressivamente applicate), sulla base delle quali possono essere ricavati dei trend emissivi regionali per i principali indicatori ambientali: ammoniaca (NH3), anidride carbonica (CO2), metano (CH4), ossidi di azoto (NOX), protossido di azoto (N2O), particolato (TSP, PM10, PM2,5), biossido di zolfo (SO2) e composti organici volatili (VOC).
Lo scenario evolutivo GAINS integra al suo interno:
  • l’evoluzione attesa dei consumi energetici e delle attività produttive (modello MARKAL Italy, scenari di attività produttive ENEA/ISPRA, ecc…);
  • le misure di controllo previste dalla CLE (Current Legislation);
  • il complesso dei Piani della Qualità dell’Aria predisposti dalle Regioni italiane (nel nostro caso il complesso delle azioni previste dalle disposizioni regionali del Piemonte).

Facendo seguito a quanto previsto dal DLgs 155/10, Enea e Ispra hanno aggiornato nel 2014 lo scenario evolutivo nazionale (scenario SEN 2014), tenendo conto degli scenari energetici e dei dati di attività produttiva non energetici più recenti. I contenuti della Strategia Energetica Nazionale (SEN) hanno fornito i parametri necessari per proiettare le emissioni nazionali dell’anno base 2010 fino al 2030; tale scenario è stato successivamente regionalizzato secondo l’usuale procedura di scalatura top-down dal nazionale al regionale: l’analisi si cala nel contesto di crisi economica che ancora affligge l’Italia e tiene conto dei trend più recenti su popolazione e struttura della domanda energetica, nonché delle previsioni correnti circa la rapidità della ripresa dell’economia.
È opportuno ricordare che uno scenario è sempre caratterizzato da un certo grado di incertezza, dipendente dai deficit di conoscenza dei fattori e dei processi determinanti le emissioni; alcune di tali lacune possono essere colmate con strumenti statistici o con maggiori ricerche; altre risultano invece intrinseche al processo di elaborazione degli scenari e quindi difficilmente eliminabili.
Nelle figure 4-5-6, sono confrontati i quadri emissivi dello scenario base (IREA 2010) e quelli risultanti per gli scenari futuri 2020 e 2030, applicando i trend regionali ricavati dallo scenario SEN 2014 di GAINS, sono confrontati con lo scenario emissivo riferito all’anno base (IREA 2010). Per quanto riguarda il particolato PM10, il bilancio tra aumenti e riduzioni porta globalmente ad un aumento di emissioni al 2020 e ad una riduzione delle stesse al 2030; in particolare si nota un aumento di emissioni legato al riscaldamento residenziale (previsione di aumento dei consumi di legna) e una riduzione di quelle dei trasporti stradali (evoluzione tecnologica dei veicoli e maggiori vendite di veicoli elettrici e ibridi). Invece le emissioni di NOx risultano in forte calo dal 2010 al 2030, soprattutto grazie al miglioramento dal punto di vista emissivo del comparto trasporti. Anche per l’anidride carbonica (CO2), espressa in chilotonnellate /anno a differenza degli altri inquinanti espressi in tonnellate/anno, si osserva una progressiva riduzione delle emissioni dal 2010 al 2030 legata principalmente al riscaldamento residenziale e ai processi industriali.

Figura 4
Emissioni per comparto emissivo - anno 2010

K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

Figura 5
Emissioni per comparto emissivo - scenario 2020

K: migliaia
 Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

Figura 6
Emissioni per comparto emissivo - scenario 2030

K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte

LA VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE SORGENTI EMISSIVE

La pianificazione regionale sulla qualità dell’aria ha il compito di individuare e attuare nuove strategie che consentano di ottenere continui miglioramenti nell’ambito del percorso di risanamento atmosferico. Tale obiettivo non può prescindere da un approccio di valutazione ambientale in grado di integrare i dati di monitoraggio della qualità dell’aria, le stime sulle sorgenti emissive dell’Inventario Regionale e le elaborazioni modellistiche meteodispersive. Una volta identificati gli inquinanti più critici per ogni area del territorio sulla base delle stazioni di monitoraggio della qualità dell’aria, il passo successivo nel percorso di risanamento atmosferico è la determinazione del contributo - per ciascuno degli inquinanti e per ciascuna area - delle varie sorgenti emissive.

L’elaborazione su base comunale dei dati dell’inventario regionale (IREA), anche con una rappresentazione cartografica che consenta una immediata visualizzazione della distribuzione territoriale delle pressioni emissive, può essere utile per uno sguardo d’insieme sulla regione, ma non può essere utilizzata per le valutazioni a scala locale o per l’individuazione delle diverse responsabilità da parte delle sorgenti emissive presenti sul territorio.

Esistono modalità di elaborazione dei dati emissivi in grado di fornire maggiori informazioni sulle criticità legate alle diverse sorgenti:
- la declinazione spaziale delle emissioni, ossia l’attribuzione delle emissioni alle porzioni territoriali che ne sono effettivamente responsabili, tenendo conto degli elementi cartografici disponibili (uso del suolo, layer tematici): ad esempio le emissioni da riscaldamento non sono attribuite all’intero territorio comunale, ma alle sole aree residenziali edificate; le emissioni da traffico sono assegnate ai layer di strade e autostrade; le emissioni legate alle pratiche agricole sono associate e spazializzate sulla base delle rispettive categorie di uso del suolo;
- la declinazione temporale delle emissioni, cioè la distribuzione delle emissioni - stimate su base annuale nell’Inventario Regionale - nelle varie ore dell’anno, sulla base di profili di modulazione temporale (giornalieri, settimanali, annuali) specifici per ciascuna sorgente, in modo da evidenziarne il reale contributo nei periodi maggiormente critici dal punto di vista meteorologico.

Figura 7
Emissioni da riscaldamento declinate spazialmente e temporalmente

Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte
Tali elaborazioni, normalmente realizzate per la predisposizione dell’input emissivo ai modelli di dispersione, si riferiscono ovviamente alla sola componente primaria degli inquinanti presenti nell’Inventario Regionale delle Emissioni: per poter correlare le pressioni emissive - presenti in un determinato territorio e in un determinato periodo - alle concentrazioni in atmosfera rilevate nello stesso periodo dalle stazioni di monitoraggio, si deve necessariamente ricorrere alla modellistica dispersiva, in grado di ricostruire la distribuzione spaziale delle componenti primarie e secondarie degli inquinanti simulando le reazioni fotochimiche che avvengono in atmosfera.

IL SOURCE APPORTIONMENT A SUPPORTO DELLA PIANIFICAZIONE REGIONALE IN PIEMONTE

L’art. 23 della Direttiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio stabilisce che i Piani per la qualità dell’Aria contengano “informazioni sull’origine dell’inquinamento”, ossia l’elenco delle principali fonti di emissione responsabili dell’inquinamento, la quantità totale di emissioni prodotte da tali fonti, nonché informazioni sull’inquinamento proveniente da altre regioni (Allegato XV, punto A). L’obbligatorietà di tali informazioni è ribadita nell’art. 13 della Decisione di Esecuzione della Commissione 2011/850/EU, recante disposizioni di attuazione delle direttive 2004/107/CE e 2008/50/CE del Parlamento europeo e del Consiglio.

Nell’ambito delle attività a supporto della pianificazione regionale, in particolare per il nuovo Piano Regionale di Qualità dell’Aria della Regione Piemonte, è stata applicata la metodologia del source apportionment, ossia lo studio delle responsabilità dell’inquinamento a partire dall’analisi dei contributi alle concentrazioni degli inquinanti maggiormente critici (particolato PM10 e PM2,5 e biossido di azoto NO2) da parte di specifiche sorgenti emissive.

Tra i diversi approcci utilizzabili, il source apportionment modellistico consiste nell’applicazione di tecniche specialistiche ai modelli di chimica e trasporto degli inquinanti (CTM) che consentono di individuare il contributo alle concentrazioni degli inquinanti - sia primari che secondari - da parte delle diverse sorgenti, individuate sia sulla base dei comparti emissivi che su base geografica.

A tali tecniche modellistiche è possibile affiancare l’approccio analitico a “recettore” (source apportionment analitico), che consente di effettuare delle stime partendo dai dati di composizione chimica del particolato PM10, campionato in siti ritenuti significativi, e applicando a tali dati specifiche tecniche statistiche, tra le quali la più utilizzata è la Positive Matrix Factorization (PMF)1 .

I due differenti approcci metodologici sono stati applicati nell’ambito del Sistema Integrato di Qualità dell’Aria della Regione Piemonte che, coerentemente con il quadro normativo, armonizza i tre principali strumenti informativi disponibili sulla qualità dell’aria: il Sistema Regionale di Rilevamento della Qualità dell’Aria (SRRQA), l’Inventario Regionale delle Emissioni in Atmosfera (IREA) e il Sistema Modellistico Regionale di Qualità dell’Aria (SMRQA).

Nel seguito saranno descritte entrambe le metodologie di stima: quella del source apportionment modellistico (sia di tipo settoriale che geografico) e quella del source apportionment analitico. I risultati dell’applicazione del source apportionment modellistico sono già disponibili nella Proposta di Piano di Qualità dell’Aria (http://www.regione.piemonte.it/ambiente/aria/dwd/PRQA.pdf), mentre quelli del source apportionment analitico saranno riportati nella versione definitiva del Piano in fase di approvazione.

Il Source apportionment modellistico
Elemento fondamentale per il source apportionment modellistico sono le informazioni riguardanti le sorgenti emissive; va infatti sottolineato che i risultati di tale approccio metodologico dipendono fortemente dai dati presenti negli Inventari delle emissioni in ingresso al sistema; di conseguenza, ogni criticità (sottostima/sovrastima) presente nei dati emissivi si riflette nella distribuzione delle concentrazioni.

Il Source apportionment modellistico settoriale
Per identificare il contributo - da parte delle diverse sorgenti emissive - alle concentrazioni di inquinanti, sia primari che secondari, sul territorio regionale, si utilizza il source apportionment modellistico di tipo settoriale, ovvero la ricerca delle responsabilità dell’inquinamento per settore di attività.

Fondamentale risulta la scelta delle associazioni di sorgenti emissive ovvero la definizione dei “settori”: tale ripartizione deve infatti risultare funzionale da un lato all’interpretazione dei risultati modellistici (per identificare il reale contributo alle concentrazioni degli inquinanti da parte delle principali fonti emissive), dall’altro alla focalizzazione dei potenziali ambiti di intervento da parte della pianificazione regionale.

Una volta individuati i settori emissivi da indagare con la tecnica del source apportionment modellistico settoriale, i dati emissivi relativi allo scenario base vengono rielaborati in funzione dell’aggregazione di sorgenti corrispondente a ciascun settore, dopo di che vengono realizzate le simulazioni meteodispersive di sensitività, su base annuale con livello di dettaglio orario, in numero pari alle aggregazioni individuate (settori).

Il Source apportionment modellistico geografico
Per indagare il contributo alle concentrazioni di inquinanti, sia primari che secondari, su un determinato territorio (ad es. il territorio regionale oppure la città di Torino) da parte delle sorgenti esterne al territorio stesso (contributo esogeno), si applica la metodologia del source apportionment modellistico di tipo geografico, che prevede la ricerca delle responsabilità dell’inquinamento operando una separazione delle sorgenti emissive su base geografica.

Al fine di indagare il ruolo del trasporto esogeno, l’applicazione della metodologia del source apportionment geografico prevede di separare le differenti sorgenti emissive sulla base della regione/area di appartenenza: una volta individuate le ripartizioni territoriali da indagare con la tecnica del source apportionment modellistico geografico, i dati emissivi relativi allo scenario base vengono rielaborati in funzione dell’aggregazione di sorgenti corrispondente a ciascuna area; successivamente vengono realizzate le simulazioni meteodispersive di sensitività, su base annuale con livello di dettaglio orario, in numero pari alle aggregazioni individuate (aree).

Il risultato è la quantificazione sia del contributo endogeno, legato alle sorgenti localizzate all’interno del territorio di interesse, sia del contributo esogeno, dovuto alle sorgenti localizzate all’esterno di tale territorio.

Il source apportionment analitico
La metodologia del source apportionment analitico prevede infatti – a valle di un campionamento rappresentativo sia dal punto di vista spaziale che temporale - l’analisi chimica dei campioni.

Sui risultati laboratoristici vengono poi effettuate una serie di pre-elaborazioni di tipo statistico – caratterizzazione dei suoli nei siti di monitoraggio, calcolo dei fattori di arricchimento, studio della correlazione tra parametri chimici, esplorazione con la cluster analysis, attribuzione dell’incertezza - fino all’utilizzo del modello statistico EPA PMF 5.0 (Positive Matrix Factorization). La PMF, appartenente alla categoria dei modelli a recettore, rappresenta un approccio matematico-statistico basato sul cosiddetto fingerprint2 delle sorgenti e sulla loro variabilità spazio-temporale, attraverso l’applicazione di tecniche di analisi multivariata.

Una criticità intrinseca alla metodologia del source apportionment analitico è rappresentata dalla discrezionalità con cui, in assenza di traccianti chimici specifici, un profilo analitico viene associato ad una specifica sorgente (o gruppo di sorgenti); inoltre la componente secondaria del particolato viene trattata come una generica sorgente virtuale (secondario nitrati, secondario solfati) non attribuibile ad uno specifico comparto emissivo (trasporto, riscaldamento, ecc…).

Il source apportionment analitico al momento risulta quindi una tecnica parallela in grado di rafforzare le valutazioni sul contributo delle sorgenti – almeno nel caso della componente primaria - ottenute dalle simulazioni di source apportionment modellistico.
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1 PMF EPA - https://www.epa.gov/air-research/models-tools-and-databases-air-research
2 Fingerprint = impronta digitale

Emissioni in Europa

L’Agenzia Europea per l’Ambiente ha pubblicato a luglio 2017 un breve rapporto che riassume i progressi compiuti dall'UE e dagli Stati membri nel raggiungimento degli obiettivi della nuova Direttiva sui limiti nazionali di emissione (NEC) validi fino al 2019. Lo studio si basa sui dati degli inventari delle emissioni del periodo 2010-2015 resi noti dagli Stati membri nel febbraio 2017.

La Direttiva NEC stabilisce, inoltre, anche gli impegni di riduzione nazionali delle emissioni per il periodo 2020-2029 e il briefing fornisce una prima valutazione dei progetti presentati dagli Stati membri per il periodo.

Le conclusioni principali dello studio possono essere così riassunte:
  • Sulla base delle emissioni totali, 11 Stati membri hanno segnalato superamenti dei rispettivi massimali nazionali della direttiva NEC per uno o più inquinanti nel 2015: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Ungheria, Irlanda, Lussemburgo, Spagna e Svezia.
  • I limiti di emissione per gli ossidi di azoto (NOx), per i composti organici volatili non metanici (NMVOC) e per l'ammoniaca (NH3) sono stati superati da sei Stati membri per ciascun inquinante.
  • Le emissioni previste da 23 Stati membri mostrano che 18 non si considerano sulla buona strada per rispettare i loro impegni di riduzione fissati per il 2020 per NOx, NH3, NMVOC, SO2 e / o PM2.5 sulla base delle politiche e delle misure attualmente in vigore posto. Allo stesso modo, 22 Stati membri non sono sulla buona strada per soddisfare uno o più dei loro impegni 2030.
  • Per l'UE nel suo complesso, tuttavia, le emissioni di tre inquinanti (NMVOC, SO2 e polveri sottili PM2,5) sono già al di sotto dell'impegno UE per la riduzione delle emissioni fissato per questi inquinanti. Solo per NOx è necessaria un'ulteriore, più significativa, riduzione per rispettare l'impegno di riduzione del 2020. Sono necessarie ancora riduzioni più sostanziali per tutti gli inquinanti se l'UE intende raggiungere i suoi impegni di riduzione delle emissioni nel 2030.
Visualizza i dettagli dei principali inquinanti, dal 1990 al 2016, per le nazioni europee.