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LIMITI E POSSIBILITÀ DELLA MODELLISTICA DELLA DISPERSIONE DEGLI INQUINANTI IN ATMOSFERA

Massimo SettisBiennale della Sostenibilità Territoriale 2018

Torino, 10 ottobre 2018

Scopo della relazione

• Per affrontare in modo efficace ed efficiente i problemi di qualità dell’aria risulta essenziale poter correlare gli interventi di politica ambientale, e i relativi costi, ai possibili benefici ottenibili.

• Uno strumento potente per fornire una correlazione quantitativa su una scala territoriale appropriata è rappresentato dalla modellistica della dispersione degli inquinanti in atmosfera.

• La presente relazione si pone l’obiettivo di illustrare lo stato dell’arte in materia sulla base di quanto emerso dal seminario in materia organizzato da GEAM il 26 settembre 2018.

10/10/2018 Biennale Sostenibilità Territoriale 2

Il seminario GEAM

• Il seminario ha trattato gli aspetti generali e applicativi della modellistica, con la docenza di Roberta De Maria (ARPA Piemonte – Sistemi Previsionali) e di Silvia Trini Castelli (CNR – Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima).

• Si è concluso con l’illustrazione di alcuni casi di studio che hanno interessato il territorio torinese (inceneritore TRM, centrale Iren Torino Nord), cui ha dato un contributo anche Marco Ravina del DIATI del Politecnico di Torino attraverso l’illustrazione dello studio dell’impatto del teleriscaldamento sulla qualità dell’aria.


La modellistica

• Come «modellistica» intendiamo in questa sede la rappresentazione mediante modelli matematici dei fenomeni di diffusione e trasformazione degli inquinanti in atmosfera.

• La modellistica si pone obiettivi quali:o la previsione delle variazioni nello spazio e nel tempo delle

concentrazioni di inquinanti, sia in situazioni ordinarie che incidentali,

o l’attribuzione delle quote di responsabilità delle varie tipologie di fonti emissive,

o la simulazione degli effetti sulla qualità dell’aria di interventi di regolazione delle fonti emissive.

• Tali risultati non sono acquisibili mediante misurazioni dirette, o lo sono a costi non sostenibili.


campo di media annuale di biossido di azoto, prodotta dal sistema modellistico diagnostico per l'anno 2009 (da ARPA Piemonte)


Cosa contiene un modello

• La caratterizzazione delle sorgenti e delle condizioni di emissione.

• La descrizione del campo di vento e turbolenza.• La descrizione dei processi di rimozione degli

inquinanti.• La descrizione dell’interazione con la topografia,

naturale e antropica.


da S. Trini Castelli, Modellistica numerica per la dispersione, GEAM 26/9/2018 10/10/2018 Biennale Sostenibilità Territoriale 7

La scelta del modello

• I modelli possono essere basati su diversi approcci concettuali (gaussiano, euleriano, lagrangiano), con sottovarianti a diversa complessità, ciascuna delle quali presenta pregi e difetti.

• La scelta del modello da applicare viene effettuata sulla base di:o scala spaziale e temporale di interesse,o caratteristiche topografiche del sito,o dati metereologici disponibili,o dati disponibili sulle fonti emissive,o identificazione degli inquinanti da considerare,o tipologia delle informazioni da ottenere,o potenza di calcolo disponibile.

• La scienza della modellistica è ancora in evoluzione!


La meteorologia

• La stima modellistica delle concentrazioni di inquinanti nell’aria richiede la descrizione delle condizioni metereologiche dell’area interessata attraverso la scelta di un opportuno modello metereologico.

• Il dettaglio necessario dei dati metereologici dipende dalla scala spaziale del problema, dalla morfologia del sito e dalle caratteristiche delle fonti inquinanti.

• Anche per i modelli metereologici esistono due tipologie fondamentali (diagnostici e prognostici), ciascuno dei quali presenta pregi e difetti.


da S. Trini Castelli, Modellistica numerica per la dispersione, GEAM 26/9/2018 10/10/2018 Biennale Sostenibilità Territoriale 10

La qualità dei dati

• Al fine di valutare la qualità dei dati ottenuti e la possibilità di utilizzarli a fini predittivi, i modelli dovrebbero essere assoggettati a:o valutazione scientifica della descrizione concettuale,o verifica della corrispondenza tra descrizione concettuale e

descrizione matematica, nonché delle soluzioni ottenute,o validazione dei modelli per confronto tra i risultati ottenuti e i

dati sperimentali,o quantificazione dell’incertezza ai fini predittivi.

• Le incertezze possono dipendere dalla natura del fenomeno (aleatorie) e dalla carenza di conoscenze (epistemiche).


Alcuni esempi


Domeniche a piedi

• Valutazione modellistica effettuata nel 2011 da ARPA Piemonte per verificare gli impatti sulle concentrazioni di PM10 e NO2 della limitazione del traffico veicolare domenicale nei centri urbani.

• Situazione simulata:o estensione del provvedimento a tutti i capoluoghi di provincia

e l’agglomerato torinese; o applicazione a tutte le 24 ore delle 5 domeniche del mese di

gennaio 2005; o estensione a tutte le classi veicolari (automobili, veicoli

leggeri, veicoli pesanti, ciclomotori, motocicli), inclusi i mezzi pubblici, ad eccezione dei veicoli ecologici (elettrici e alimentati a GPL o metano).


Domeniche a piedi

• Risultati:o non si osservano riduzioni rilevanti delle concentrazioni medie

mensili di PM10 e di NO2. I valori di riduzione per il PM10 risultano di poco superiori ai 3 µg/m3 a fronte di valori osservati a Torino nello stesso periodo superiori agli 80 µg/m3; allo stesso modo le concentrazioni di NO2 si riducono al massimo di 2 µg/m3 a fronte di valori registrati superiori ai 75µg/m3.

o Per quanto riguarda i superamenti della media giornaliera di PM10, il provvedimento ipotizzato determina in una sola delle 5 domeniche del mese e limitatamente ad alcuni comuni dell’area metropolitana il mancato superamento del valore limite giornaliero, mentre sul resto del territorio regionale e nella città di Torino non si ha alcuna riduzione del numero di superamenti.

• I benefici in termini assoluti sarebbero ancora minori se rapportati alla situazione alla data dello studio (2011) o alla data odierna, considerato che le emissioni complessive del parco circolante sono migliorate.


Area Metropolitana Torinese

• Studio effettuato nel 2011 da Arianet per conto della Città Metropolitana Torinese per valutare la situazione della qualità dell’aria nel 2015 in tre scenari differenti:o1. assenza di interventi, con miglioramenti dovuti

all’evoluzione del parco circolante e a sostituzioni programmate di mezzi pubblici obsoleti,

o2. interventi sul settore industriale ed estensione dell’area teleriscaldata,

o3. riduzione del 7% della mobilità privata e sostituzione di tutti i mezzi pubblici più obsoleti.


Area Metropolitana Torinese

• Risultati:oNello scenario 1, i miglioramenti maggiori si registrano

nell’arco superiore della tangenziale e nel centro della città di Torino. Il decremento massimo è di 7,8 (NOx) e 1,7 (PM10) µg/m3 .

oNello scenario 2 si hanno miglioramenti diffusi della qualità dell’aria nella zona sud dell’area metropolitana e nella zona centrale della città, con beneficio maggiore nella zona delle Vallette, fino a 11 (NOx) e 4 (PM10) µg/m3.

oNello scenario 3 si raggiungono consistenti miglioramenti (al massimo di 14,4 (NOx) e 6,5 (PM10) µg/m3), in particolare nei centri storici dei Comuni.


Differenze nelle concentrazioni medie annuali di NOx

scenario 1 scenario 2 scenario 3


Differenze nelle concentrazioni medie annuali di PM10

scenario 1 scenario 2 scenario 3


L’inceneritore TRM

• Il lavoro è stato effettuato da ARPA Piemonte per verificare l’impatto sulla qualità dell’aria delle emissioni dell’inceneritore TRM.

• La simulazione è stata condotta sulla situazione 2005, applicando anche i meccanismi di trasformazione chimica degli inquinanti.

• Le emissioni dell’inceneritore sono state assunte sempre ai livelli massimi consentiti.

• È stata anche valutata la deposizione al suolo sull’arco di 30 anni per inquinanti potenzialmente critici.


Il teleriscaldamento di Torino

• Lo studio, realizzato dal DIATI del Politecnico di Torino, ha confrontato due scenari, la città senza teleriscaldamento con la situazione reale del 2016 (57% della volumetria teleriscaldata).

• Risultati:o La concentrazione media al suolo di NOx, particolato e

CO viene ridotta rispetto all'uso di impianti termici decentralizzati (riduzioni medie di 5 - 10 μg/m3 per gli NOx, 0,1 - 0,2 μg/m3 per il particolato totale e 4 - 5 μg/m3 per il CO).

oCiò comporta una riduzione di costi esterni che può arrivare fino a 88 M€/anno.


Il teleriscaldamento di Torino


I modelli e le politiche ambientali


I modelli e la normativa

• Alcune norme nazionali richiedono esplicitamente l’uso della modellistica:oValutazione di Impatto Ambientale o VIA (D.P.C.M.

27/12/1988),oqualità dell’aria (D.Lgs. 155/2010),oValutazione di Danno Sanitario (D.M. 24/4/2013).

• Anche alcune norme regionali hanno cominciato a prevedere l’uso di modelli:oValutazione di Danno Sanitario (Puglia),oAutorizzazione Integrata Ambientale o AIA (Lazio),o emissioni odorigene (Piemonte, Lombardia).


Azioni interregionali

• Accordo di programma per il miglioramento della qualità dell’aria nel bacino padano fra il Ministro dell’ambiente e i Presidenti delle Regioni Emilia –Romagna, Lombardia, Piemonte e Veneto.

• Sottoscritto a Bologna il 9 giugno 2017, prevede esclusivamente interventi sulle principali fonti emissive (mobilità, combustibili, impianti termici, agricoltura).


La Regione Piemonte

• Con D.G.R. n. 13-5132 del 5 giugno 2017 è stata adottata la Proposta di Piano Regionale per la Qualità dell’Aria (PPRQA), attualmente in corso di VAS.

• La PPRQA attribuisce un ruolo importante alle modellistica per:o individuare le aree di superamento,o attribuire le responsabilità settoriali e geografiche,o stimare gli effetti attesi sulla qualità dell’aria a seguito

dell’applicazione di misure di riduzione delle emissioni (analisi di scenario).


La Regione Piemonte

• «Il Piano per la Qualità dell’Aria in Regione Piemonte non ha la pretesa di esaminare sistematicamente tutte le pressioni sull’ambiente … [ma] tenterà di valutare le conseguenze delle azioni politiche settoriali dell’agricoltura, dei trasporti, dell’ energia e dell’industria …».

• «La metodologia utilizzata … prevede la realizzazione di uno scenario di riferimento (baseline) a legislazione comune su cui calare uno scenario futuro - ci si è concentrati sul 2030 -, con l’inserimento delle misure che verranno prese per ridurre le emissioni in atmosfera, e verificare, mediante l’uso di modelli tridimensionali di diffusione e trasporto in atmosfera, la possibilità di rientrare nei limiti di legge posti a tutela della salute dei cittadini».


Conclusioni

• I modelli di dispersione degli inquinanti in atmosfera, se ben scelti, consentono di fornire rappresentazioni in buon accordo quali-quantitativo con i dati misurati.

• Le principali possibili limitazioni riguardano:o qualità dei dati di ingresso,o rappresentazioni non sempre adeguate di situazioni puntuali

sul territorio,o approssimazioni nella valutazione degli inquinanti secondari,

ma la sempre maggiore potenza di calcolo disponibile lascia prevedere risultati sempre più affidabili.

• La modellistica sta finalmente diventando uno strumento per costruire politiche ambientali credibili, che non se ne avvalgono (ancora) per valutare il rapporto costi/benefici delle misure adottate.


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