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Quadro emissivo di riferimento
Figura 1
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
Figura 3
GLI SCENARI EMISSIVI
Figura 4
LA VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE 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:
Figura 5
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
Le responsabilità dell’inquinamento da particolato PM10
Figura 6
Figura 7
Dalla comparazione delle due figure emerge che, se si prendono in considerazione i contributi alle concentrazioni di particolato PM10 (grafici a torta nella parte sinistra), in entrambe le situazioni (città di Torino e Agglomerato di Torino) le sorgenti che impattano in maggior misura sono il riscaldamento (di cui più del 44% è riscaldamento a biomassa) e il traffico.
Analizzando però i contributi alle emissioni di particolato primario (grafici a torta nella parte destra), risulta evidente come, nel caso della città di Torino, le concentrazioni legate al riscaldamento stimate presso le stazioni torinesi non trovino riscontro nelle corrispondenti emissioni comunali della città di Torino (pari al 5%, per la diffusione del teleriscaldamento).
Invece le emissioni da riscaldamento dei comuni dell’Agglomerato rappresentano il 39% del totale emesso, di cui il 38% derivante da impianti a biomassa; al contrario, i valori di concentrazione legati al traffico trovano ugualmente riscontro nei contributi emissivi del comune di Torino e dei comuni dell’Agglomerato.
La spiegazione è che le concentrazioni di PM10 misurate nelle stazioni di Torino derivano dalla combinazione di più fenomeni:
L’analisi del solo contributo alle emissioni (grafici a destra) avrebbe potuto portare a conclusioni fuorvianti, visto che avrebbe preso in considerazione la sola componente primaria del particolato PM10, non considerando i processi chimico-fisici che avvengono in atmosfera, mentre le concentrazioni stimate dalle tecniche modellistiche (modelli CTM , Chemical Transport Model) ricomprendono sia la componente primaria che la componente secondaria, riproducendo quanto viene misurato dalle stazioni di monitoraggio.
Emissioni in Europa
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, 2010, 2013 e 2015 al link.
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 47% con la combustione e per il 39% con i processi produttivi.
Per le emissioni di NOx il maggior contributo è dato dai Trasporti stradali (50%), a cui seguono la Combustione nell'industria (20%), i Trasporti off-road (10%) e il Riscaldamento (9%).
Le emissioni di NMVOC (Non-methane Volatile Organic Compounds) derivano principalmente dalle sorgenti biogeniche sia del comparto Natura (42%) che del comparto Agricoltura e allevamento (22%), mentre per le emissioni di NH3 Agricoltura e allevamento incidono per il 95%.
Per il PM10 il riscaldamento incide per il 45%, a cui seguono i Trasporti stradali (32%).
Per la CO2 invece il contributo è dato da tutte le combustioni, sia nel comparto industriale (62%) che nei comparti riscaldamento (26%) e traffico (30%).
Figura 1
Contributo percentuale ai diversi inquinanti per comparto emissivo (Macrosettore SNAP) - IREA 2015
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 2015
K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte
Figura 3
Contributo dei comparti emissivi (Macrosettori SNAP) nel corso dell’anno. Emissioni di PM10 - IREA 2015
K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte
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, dal momento che 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 ed 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:
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 volte ad incrementare la conoscenza scientifica di determinate sorgenti emissive; altre risultano invece intrinseche al processo di elaborazione degli scenari e quindi difficilmente eliminabili, in quanto legate all’incertezza delle proiezioni degli sviluppi economici futuri e alla reale efficacia delle politiche di riduzione delle emissioni operanti sui diversi settori, quali ad esempio la produzione di energia, i trasporti (come ha recentemente dimostrato il caso dell’Euro 5 per gli ossidi di azoto) o l’agricoltura.
Nella figura 4 è riportato il quadro emissivo dello scenario 2030, ottenuto applicando i trend regionali ricavati dallo scenario SEN 2014 di GAINS.
Per quanto riguarda il particolato PM10, il bilancio tra aumenti e riduzioni porta globalmente ad una riduzione delle emissioni 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 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 legata principalmente al riscaldamento residenziale e ai processi industriali.
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).
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 volte ad incrementare la conoscenza scientifica di determinate sorgenti emissive; altre risultano invece intrinseche al processo di elaborazione degli scenari e quindi difficilmente eliminabili, in quanto legate all’incertezza delle proiezioni degli sviluppi economici futuri e alla reale efficacia delle politiche di riduzione delle emissioni operanti sui diversi settori, quali ad esempio la produzione di energia, i trasporti (come ha recentemente dimostrato il caso dell’Euro 5 per gli ossidi di azoto) o l’agricoltura.
Nella figura 4 è riportato il quadro emissivo dello scenario 2030, ottenuto applicando i trend regionali ricavati dallo scenario SEN 2014 di GAINS.
Per quanto riguarda il particolato PM10, il bilancio tra aumenti e riduzioni porta globalmente ad una riduzione delle emissioni 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 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 legata principalmente al riscaldamento residenziale e ai processi industriali.
Figura 4
Emissioni per comparto emissivo - scenario 2030
K: migliaia
Fonte: Regione Piemonte. Elaborazione: Arpa Piemonte
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 5
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 delle applicazioni del source apportionment sono disponibili nel Piano della Qualità dell’Aria approvato dalla Giunta Regionale in data 12/11/18 e dal Consiglio Regionale in data 25/03/19 e pubblicato sul Bollettino Ufficiale n. 16, supplemento ordinario n.1, del 18/04/19.
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 delle applicazioni del source apportionment sono disponibili nel Piano della Qualità dell’Aria approvato dalla Giunta Regionale in data 12/11/18 e dal Consiglio Regionale in data 25/03/19 e pubblicato sul Bollettino Ufficiale n. 16, supplemento ordinario n.1, del 18/04/19.
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.
_____________
1 PMF EPA - https://www.epa.gov/air-research/models-tools-and-databases-air-research
2 Fingerprint = impronta digitale
Le responsabilità dell’inquinamento da particolato PM10
Nei primi giorni del mese di dicembre hanno avuto inizio i primi blocchi del traffico - previsti dalla DGR 42-5805 del 20/10/17, con la quale la Regione Piemonte ha recepito i contenuti dell’Accordo di programma volto a contrastare l’inquinamento atmosferico, sottoscritto in data 09/06/17 con le Regioni Lombardia, Veneto, Emilia-Romagna e con il Ministero dell’Ambiente -previsti nell’ambito dell’attivazione di misure temporanee omogenee nel bacino padano al verificarsi di condizioni favorevoli all’aumento delle concentrazioni di PM10. I provvedimenti di natura emergenziale associati al livello del semaforo riguardano prevalentemente il comparto del trasporto stradale, ma anche, seppur in misura inferiore, il comparto del riscaldamento domestico.
Il miglioramento della qualità dell’aria in una situazione meteoclimatica quale quella del Bacino Padano necessita di una pianificazione che operi su due livelli: da una parte l’individuazione dei provvedimenti emergenziali focalizzati sui comparti emissivi maggiormente rappresentati nel territorio, dall’altra la definizione di misure a scala più ampia - sia spaziale che temporale - volte al contenimento delle sorgenti emissive con impatto più rilevante sulla qualità dell’aria.
Per individuare le sorgenti emissive con maggiori responsabilità sull’inquinamento atmosferico, nel nuovo Piano Regionale per la Qualità dell’Aria (PRQA) sono stati combinati due approcci complementari:
In particolare, gli inquinanti emessi dalle diverse sorgenti (inquinanti primari) - sulla base della loro reattività - subiscono in atmosfera dei processi di trasformazione chimico-fisica che possono portare alla formazione di nuove specie chimiche con caratteristiche di tossicità e di persistenza differenti dagli inquinanti originari (inquinanti secondari).
Per determinare il contributo alle concentrazioni degli inquinanti da parte delle diverse sorgenti si è fatto quindi ricorso alla metodologia del source apportionment, combinando l’approccio modellistico con quello analitico: i risultati relativi al particolato (PM10 e PM2,5) evidenziano, soprattutto nel caso della città di Torino, significative differenze tra i contributi alle emissioni e i contributi alle concentrazioni da parte delle stesse sorgenti. Tale comportamento è imputabile da un lato ai fenomeni di trasporto del particolato emesso nei comuni circostanti, dall’altro all’importanza della componente secondaria del particolato che si forma a scale spaziali più ampie del comune.
Nella figura 6 a sinistra sono rappresentati i contributi percentuali alle concentrazioni medie annuali di PM10 stimate presso la stazione di monitoraggio della qualità dell’aria di Torino-Lingotto (stazione urbana di fondo, rappresentativa per la città di Torino), a destra i contributi percentuali al totale annuale delle emissioni comunali. Lo stesso confronto è stato ripetuto per l’Agglomerato di Torino (città di Torino esclusa) nella figura 7, individuando come rappresentativa la stazione di monitoraggio di Borgaro.
Il miglioramento della qualità dell’aria in una situazione meteoclimatica quale quella del Bacino Padano necessita di una pianificazione che operi su due livelli: da una parte l’individuazione dei provvedimenti emergenziali focalizzati sui comparti emissivi maggiormente rappresentati nel territorio, dall’altra la definizione di misure a scala più ampia - sia spaziale che temporale - volte al contenimento delle sorgenti emissive con impatto più rilevante sulla qualità dell’aria.
Per individuare le sorgenti emissive con maggiori responsabilità sull’inquinamento atmosferico, nel nuovo Piano Regionale per la Qualità dell’Aria (PRQA) sono stati combinati due approcci complementari:
- la ricerca delle informazioni sul contributo delle sorgenti alle emissioni (quadro emissivo);
- la ricerca delle informazioni sul contributo delle sorgenti alle concentrazioni degli inquinanti (source apportionment).
In particolare, gli inquinanti emessi dalle diverse sorgenti (inquinanti primari) - sulla base della loro reattività - subiscono in atmosfera dei processi di trasformazione chimico-fisica che possono portare alla formazione di nuove specie chimiche con caratteristiche di tossicità e di persistenza differenti dagli inquinanti originari (inquinanti secondari).
Per determinare il contributo alle concentrazioni degli inquinanti da parte delle diverse sorgenti si è fatto quindi ricorso alla metodologia del source apportionment, combinando l’approccio modellistico con quello analitico: i risultati relativi al particolato (PM10 e PM2,5) evidenziano, soprattutto nel caso della città di Torino, significative differenze tra i contributi alle emissioni e i contributi alle concentrazioni da parte delle stesse sorgenti. Tale comportamento è imputabile da un lato ai fenomeni di trasporto del particolato emesso nei comuni circostanti, dall’altro all’importanza della componente secondaria del particolato che si forma a scale spaziali più ampie del comune.
Nella figura 6 a sinistra sono rappresentati i contributi percentuali alle concentrazioni medie annuali di PM10 stimate presso la stazione di monitoraggio della qualità dell’aria di Torino-Lingotto (stazione urbana di fondo, rappresentativa per la città di Torino), a destra i contributi percentuali al totale annuale delle emissioni comunali. Lo stesso confronto è stato ripetuto per l’Agglomerato di Torino (città di Torino esclusa) nella figura 7, individuando come rappresentativa la stazione di monitoraggio di Borgaro.
Figura 6
Contributi percentuali alle CONCENTRAZIONI medie annuali (a sinistra) presso una stazione rappresentativa della città di Torino (stazione di Torino-Lingotto) e alle EMISSIONI comunali annuali (a destra) di Torino
Figura 7
Contributi percentuali alle CONCENTRAZIONI medie annuali (a sinistra) presso una stazione rappresentativa dell’Agglomerato (stazione di Borgaro) e alle EMISSIONI comunali annuali (a destra) dell’Agglomerato
Dalla comparazione delle due figure emerge che, se si prendono in considerazione i contributi alle concentrazioni di particolato PM10 (grafici a torta nella parte sinistra), in entrambe le situazioni (città di Torino e Agglomerato di Torino) le sorgenti che impattano in maggior misura sono il riscaldamento (di cui più del 44% è riscaldamento a biomassa) e il traffico.
Analizzando però i contributi alle emissioni di particolato primario (grafici a torta nella parte destra), risulta evidente come, nel caso della città di Torino, le concentrazioni legate al riscaldamento stimate presso le stazioni torinesi non trovino riscontro nelle corrispondenti emissioni comunali della città di Torino (pari al 5%, per la diffusione del teleriscaldamento).
Invece le emissioni da riscaldamento dei comuni dell’Agglomerato rappresentano il 39% del totale emesso, di cui il 38% derivante da impianti a biomassa; al contrario, i valori di concentrazione legati al traffico trovano ugualmente riscontro nei contributi emissivi del comune di Torino e dei comuni dell’Agglomerato.
La spiegazione è che le concentrazioni di PM10 misurate nelle stazioni di Torino derivano dalla combinazione di più fenomeni:
- le reazioni chimiche che avvengono in atmosfera a partire dai precursori del particolato primario (ossidi di azoto, ammoniaca, biossido di zolfo), che producono la componente secondaria del particolato PM10 che si somma alla componente primaria emessa nella città di Torino (contributo endogeno);
- il trasporto da parte della circolazione atmosferica delle componenti primaria e secondaria del particolato PM10 dai comuni limitrofi alla città di Torino (contributo esogeno).
L’analisi del solo contributo alle emissioni (grafici a destra) avrebbe potuto portare a conclusioni fuorvianti, visto che avrebbe preso in considerazione la sola componente primaria del particolato PM10, non considerando i processi chimico-fisici che avvengono in atmosfera, mentre le concentrazioni stimate dalle tecniche modellistiche (modelli CTM , Chemical Transport Model) ricomprendono sia la componente primaria che la componente secondaria, riproducendo quanto viene misurato dalle stazioni di monitoraggio.
Emissioni in Europa
L’Agenzia Europea per l’Ambiente (EEA) ha pubblicato a luglio 2018 un rapporto che riassume i progressi compiuti dall'Unione Europea e dagli Stati membri nel rispetto dei limiti di emissione della Direttiva NEC 2001/81/CE (validi fino al 31/12/19) e delle percentuali di riduzione delle emissioni della più recente Direttiva NEC 2016/2284/UE (da applicare a partire dal 01/01/20), stabiliti per i seguenti inquinanti: ossidi di azoto (NOx), composti organici non metanici (NMVOC), biossido di zolfo (SO2), ammoniaca (NH3) e polveri sospese PM2,5 (queste ultime rientrano solo nella Direttiva NEC del 2016).
La nuova Direttiva NEC, in particolare, stabilisce per ciascun Stato Membro gli impegni di riduzione nazionali delle emissioni - prendendo come anno di riferimento il 2005 - nel periodo 2020-2029 e a partire dal 2030.
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi delle due Direttive NEC fornita nel rapporto dell’Agenzia Europea risulta quindi basata sui dati degli inventari delle emissioni dal 2010 al 2016 e sulle proiezioni nazionali delle emissioni per gli anni 2020 e 2030 (che tengono conto delle politiche e delle misure specifiche adottate dai singoli Paesi), trasmessi dagli Stati membri a febbraio 2018.
Le conclusioni principali dello studio possono essere così riassunte:
La nuova Direttiva NEC, in particolare, stabilisce per ciascun Stato Membro gli impegni di riduzione nazionali delle emissioni - prendendo come anno di riferimento il 2005 - nel periodo 2020-2029 e a partire dal 2030.
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi delle due Direttive NEC fornita nel rapporto dell’Agenzia Europea risulta quindi basata sui dati degli inventari delle emissioni dal 2010 al 2016 e sulle proiezioni nazionali delle emissioni per gli anni 2020 e 2030 (che tengono conto delle politiche e delle misure specifiche adottate dai singoli Paesi), trasmessi dagli Stati membri a febbraio 2018.
Le conclusioni principali dello studio possono essere così riassunte:
- Nel 2016 le emissioni complessive per l’Unione Europea di NOx, NMVOC, SO2 e NH3 sono state inferiori ai limiti stabiliti per l’UE dalla Direttiva 2001/81/CE (da raggiungere entro il 2010).
- Considerando il periodo 2010-2016, le emissioni complessive per l’Unione Europea di NOX, NMVOC e SO2 sono diminuite mentre, per il terzo anno consecutivo, le emissioni complessive di NH3 sono aumentate (+0.5 % dal 2015 al 2016 e +2% dal 2014 al 2016), principalmente a causa dell’incremento delle emissioni nel settore dell’agricoltura.
- Nel 2016 sei Stati Membri hanno superato i limiti nazionali di emissione per uno o più inquinanti: si tratta di Austria e Irlanda per NOx e NH3, Croazia, Germania e Spagna per NH3 e Ungheria per NMVOC.
- Nel periodo 2010-2016 alcuni Stati Membri hanno sempre superato i limiti nazionali emissivi per NOx (Austria e Irlanda), NMVOC (Ungheria) e NH3 (Croazia, Germania e Spagna). Al contrario, i limiti nazionali di SO2 non sono mai stati superati.
- Le emissioni complessive dell’Unione Europea di NMVOC e SO2 nell’anno 2016 rispettano gli impegni di riduzione previsti per l’UE nel 2020. Anche le emissioni di NH3 e PM2,5 del 2016 sono molto vicine agli obiettivi del 2020 (si rende necessaria per entrambi gli inquinanti una riduzione ulteriore del 2%) mentre per gli NOx è richiesta una riduzione delle emissioni più significativa, di circa il 5% per rispettare gli impegni della Direttiva NEC. Al contrario, sono necessarie riduzioni più sostanziali delle emissioni di tutti gli inquinanti (es. più del 30% per PM2,5 e SO2 e circa il 40% per gli NOx) per rispettare gli impegni di riduzione per l’Unione Europea per l’anno 2030.
- Le proiezioni delle emissioni nel 2020 e nel 2030 fornite dagli Stati membri evidenziano che 20 Paesi, sulla base delle politiche e misure attualmente in vigore, non possono essere considerati sulla buona strada per rispettare gli impegni nazionali di riduzione fissati per il 2020 per uno o più inquinanti (NOx, NH3, NMVOC, SO2 e/o PM2,5). Analogamente, se si analizzano le previsioni di rispetto degli impegni relativi al 2030, il numero di Paesi sale a 27. Si rende pertanto necessaria l’implementazione, da parte di questi Stati membri, di ulteriori misure di riduzione delle emissioni per il raggiungimento degli obiettivi negli anni futuri.
- Per maggiori informazioni consulta gli inventari delle emissioni nel periodo 2006-2016 e le proiezioni delle emissioni al 2020 e al 2030 dei principali inquinanti atmosferici negli Stati Membri dell’Unione Europea.