La normativa europea stabilisce che i Piani per la qualità dell’Aria contengano “informazioni sull’origine dell’inquinamento”, ovvero 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.
Nell’ambito delle attività a supporto della pianificazione regionale, in particolare per il Piano Regionale di Qualità dell’Aria della Regione Piemonte, è stata applicata la metodologia del determinazione delle fonti del particolato (Source Apportionment), ovvero 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).
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).
Il source apportionement 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 apportionement analitico
La metodologia del source apportionment analitico prevede innanzitutto – 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 fingerprint o impronta digitale 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.
Informazioni e risorse aggiuntive
Direttiva 2008/50/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, del 21 maggio 2008, relativa alla qualità dell’aria ambiente e per un’aria più pulita in Europa http://data.europa.eu/eli/dir/2008/50/oj
2011/850/UE: Decisione di esecuzione della Commissione, del 12 dicembre 2011, recante disposizioni di attuazione delle direttive 2004/107/CE e 2008/50/CE del Parlamento europeo e del Consiglio per quanto riguarda lo scambio reciproco e la comunicazione di informazioni sulla qualità dell’aria ambiente http://data.europa.eu/eli/dec_impl/2011/850/oj
Piano Regionale di Qualità dell'Aria (PRQA) https://www.regione.piemonte.it/web/temi/ambiente-territorio/ambiente/aria/piano-regionale-qualita-dellaria-prqa
Positive Matrix Factorization Model for Environmental Data Analyses https://www.epa.gov/air-research/positive-matrix-factorization-model-environmental-data-analyses
Il Sistema Regionale di rilevamento della Qualità dell'Aria (SRQA) https://www.regione.piemonte.it/web/temi/ambiente-territorio/ambiente/aria/sistema-regionale-rilevamento-della-qualita-dellaria-srqa
Inventario Regionale delle Emissioni in Atmosfera (IREA) http://www.sistemapiemonte.it/cms/privati/ambiente-e-energia/servizi/474-irea-inventario-regionale-delle-emissioni-in-atmosfera