Prof. Stefano Caserini

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1 Mobilità elettrica, qualità dell aria e cambiamenti climatici Prof. Stefano Caserini Stefano.caserini@polimi.it Politecnico di Milano, D.I.I.A.R. Sez. Ambientale

2 Da cosa dipende l inquinamento dell aria? Emissioni Meteorologia e trasporto di masse d aria Reazioni chimiche di formazione secondaria C è una consolidata evidenza scientifica che l inquinamento urbano legato ai trasporti sia un fattore significativo di rischio per la salute Principali fattori che determinano gli effetti sulla salute legati al traffico : Tipi di veicoli (cilindrata, tecnologia, età, sistemi di controllo, manutenzioni e controlli...) Tipo di traffico (velocità, accelerazioni, code ) Tipo di guida... Vicinanza degli assi viari...

3 IL BACINO PADANO MODIS il 17 marzo 2005 (Text and image courtesy of NASA's MODIS Land Rapid Response Team) 5 Dispersione degli inquinanti (situazione ciclonica, con aria fredda in quota, quindi rimescolamento) Accumulo di inquinanti (situazione anticiclonica, alta pressione, aria calda in quota)

4 Valori climatologici medi di alcune città europee. Fonte:NILU National Institute of Public Health and Environment (Bilthoven, Netherlands) RIVM Norvegian Institute for Air Researc (Kjeller, Norway) AIR QUALITY IN MAJOR EUROPEAN CITY (1995) Part II: City Report Forms Città Torino Lubiana Milano Bucarest Napoli Zagrabia Zurigo Madrid Oslo Mosca Budapest Monaco Barcellona Tolosa Periodo Valori medi annuali Nazione Italia Slovenia Italia Romania Italia Croazia Svizzera Spagna Norvegia Russia Ungheria Germania Spagna Francia T C Precipitaz. mm Velocità Vento m/s Città Francoforte Roma Vienna Stoccolma Atene Genova Anversa Helsinki Londra Palermo Parigi Birmingha m Berlino Goteborg Lilla Amsterdam Copenagen Periodo Valori medi annuali Nazione Germania Italia Austria Svezia Grecia Italia Belgio Finlandia Gran Bretagna Italia Francia Gran Bretagna Germania Svezia Francia Olanda Danimarca T C Precipitaz. mm Velocità Vento m/s Particolato primario / secondario Particolato primario (emesso direttamente) Particolato secondario (da precursori)

5 Componente primaria e secondaria nel PM2.5 nella stazione di fondo urbana - Milano via Messina (Inverno ) Fonte: Giugliano et al., 2005 L inquinamento non è distribuito omogeneamente: è maggiore nelle città e all interno delle città ci sono gli hot spot Concentrazioni di inquinanti nell aria zone esposte al traffico 2. zone di fondo urbane 3. zone periferiche 1 4. zone rurali Fondo urbano 3 4 Agglomerato urbano Fondo regionale Fondo naturale

6 La meteorologia cambia il fondo regionale In alcune situazioni meteorologiche il fondo regionale può essere superiore ai limiti PM10 [µg/m³] zone esposte al traffico 2. zone di fondo urbane 3. zone periferiche fondo urbano Agglomerato urbano 3 Fondo regionale Fondo naturale Un blocco del traffico abbatte molti hot spot e quindi riduce l esposizione agli inquinanti atmosferici, ma non risolve interamente il problema PM10 [µg/m³] 1. zone esposte al traffico 2. zone di fondo urbane 3. zone periferiche 3 fondo urbano Agglomerato urbano 3 Fondo regionale Fondo naturale

7 Inventario delle emissioni- Lombardia, anno 2010 Fonte: ARPALombardia, SO 2 NOx COV CH 4 CO CO 2 N 2 O NH 3 PM2.5 PM10 PTS t/anno t/anno t/anno t/anno t/anno kt/anno t/anno t/anno t/anno t/anno t/anno 1-Produzione energia e trasform. combustibili Combustione non industriale Combustione nell'industria Processi produttivi Estrazione e distribuzione combustibili Uso di solventi 0, Trasporto su strada Altre sorgenti mobili e macchinari , Trattamento e smaltimento rifiuti Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti ,7 7, Totale Inventario delle emissioni- Lombardia, anno 2010 Fonte: ARPALombardia, SO2 NOx COV CH4 CO CO2 N2O NH3 PM2.5 PM10 PTS CO2e -20% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 1-Produzione energia e trasform. combustibili 3-Combustione nell'industria 5-Estrazione e distribuzione combustibili 7-Trasporto su strada 9-Trattamento e smaltimento rifiuti 11-Altre sorgenti e assorbimenti 2-Combustione non industriale 4-Processi produttivi 6-Uso di solventi 8-Altre sorgenti mobili e macchinari 10-Agricoltura

8 Sorgenti critiche

9 Ripartizione del numero di stazioni per intervalli di concentrazioni di PM10 in diverse regioni del mondo 100% 90% >100 ug/m3 80% ug/m3 70% 60% ug/m3 50% ug/m3 40% 30% ug/m3 20% ug/m3 10% 0% Europa Occidentale Europa Orientale America del Nord Centro e Sud America Asia - alto reddito Sud-est Asia Medio Oriente Africa 0-10 ug/m3 Fonte: elaborazione da dati WHO, 2011

10 400 Percentili delle concentrazioni di PM10 misurate nelle stazioni di misura in diverse regioni del mondo 350 Europa Occidentale Concentrazioni di PM10 (ug/m3) Europa Orientale America del Nord Centro e Sud America Asia - alto reddito Sud-est Asia Medio Oriente 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Percentile numero di stazioni Africa Fonte dati: WHO, 2011

11 Concentrazioni in atmosfera di biossido di carbonio, metano e protossido di azoto negli ultimi 2000 anni (Fonte: IPCC, Quarto Rapporto di Valutazione, Primo gruppo di lavoro, capitolo 2) Nell atmosfera del nostro pianeta sono i gas serra (CO 2, metano e altri gas) ad intrappolare il calore. 4 L EFFETTO SERRA

12 Il riscaldamento del pianeta è inequivocabile (IPCC, 2007) Variazione temperatura ( C) 0,8 Temperatura media annua 0,6 Temperatura media di 5 anni vicini 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0, Temperature globali nel periodo : variazioni rispetto alla media (Fonte dati: NASA-Goddard Institute for Space Studies, 2007) 5 Perché se c è il riscaldamento globale, fuori fa freddo???

13 Non confondere il TEMPO con il CLIMA Tempo Meteorologico : E lo stato dell atmosfera in un dato luogo e tempo (Esempio: oggi è una giornata calda a Milano, oppure: oggi è una giornata fredda a Lodi ). Clima : IL CLIMA è il TEMPO MEDIO, è fatto da tanti eventi meteorologici, su una regione grande. Il riscaldamento del clima è un fenomeno globale Il Giornale, 8/1/2009 Il Giornale, 23/12/2009

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15 8 7 Estensione (milioni di km quadrati) Estensione della banchisa glaciale artica in settembre nel periodo (Fonte dati: NSIDC, 2007) 3 MUIR & RIGGS GLACIER 1941

16 MUIR & RIGGS GLACIER 2004 PEDERSEN GLACIER, AK 1920

17 PEDERSEN GLACIER, AK GHIACCIAIO D INDREN (MONTE ROSA) 2000 Sulle Alpi in un secolo è scomparso il 50% della superficie glaciale

18 I rapporti di diverse ARPA, Regioni, e istituti locali fanno vedere in Italia, anche a scala regionale, i segnali del cambiamento climatico. Fonte: Relazione dello stato dell Ambiente Emilia Romagna, 2009 Per le precipitazioni, il segnale di cambiamento è meno uniforme Fonte: Relazione dello stato dell Ambiente Emilia Romagna, 2009

19 EVENTI METEO sempre più ESTREMI Estate 2010: caldo record e incendi in Russia (forse la peggiore ondata di caldo da 1000 anni) 38.2 C a Mosca il 29 luglio 2010 (massimo storico assoluto), 33 giorni consecutivi con Tmax >= 30 C Almeno vittime in eccesso solo a Mosca, in tutta la Russia

20 Vedi materiale per approfondimenti Proiezione dell aumento delle temperature globali Temperature globali ricostruite, osservate e proiezioni per il futuro. Variazioni rispetto alla media (Fonte: Copenhagen Diagnosis, 2009) 6

21 Innalzamento del livello del mare: osservazioni e proiezioni per il futuro L innalzamento livello dei mari avviene principalmente per : fusione ghiacci (ghiacciai e calotte glaciali) espansione termica Cosa possiamo fare? - Negare il problema - Rinviarlo o affrontarlo in modo superficiale - Fingere di affrontarlo seriamente ( greenwashing ) - Affrontarlo seriamente (cogliendo le opportunità)

22 12 titoli sul clima del Corriere della Sera nel 2010 Se il conto dei cicloni non torna. Accuse agli scienziati dell Onu (27/1) Himalaya bene, il resto male (8/3) L ONU accusa (e manda a casa) gli allarmisti dell effetto serra (31/8) Le bugie e i trucchi sul clima. «Cacciate il Nobel Pachauri» (13/2) Urgente allarme cercasi (21/5) Le scomode (e dubbie) verità di Al Gore (8/2) Neo Dogmatici. Quando gli scienziati non ammettono errori (10/7) Oceani freddi. E il Medioevo morì di caldo (15/6) Meno vapore acqueo. La Terra si raffredda (16/2) Dati sul clima. L ONU ordina una revisione (11/3) Il clima preistorico dal caldo al freddo. Ma l uomo non c entra (21/12) Non ci si deve preoccupare della distruzione del pianeta: Dio ha promesso a Noé che dopo il diluvio universale non ci sarebbero state altre catastrofi naturali. Oggi abbiamo circa 388 parti per milioni nell atmosfera; ai tempi dei dinosauri, quando c era la maggior parte di flora e fauna, avevamo probabilmente 4000 ppm. C è un dibattito teologico sul fatto che questo sia una pianeta con fame di Carbonio, non con troppo Carbonio Sen. John Shimkus, 25 marzo 2009, Subcommittee on Energy and Environment

23 19/10/2010 L attività umana è un fattore significativo nel variare le temperature globali del pianeta? Candidati senatori REP-USA Fonte: Doran, P.T. and M. Kendall Zimmerman Examining the Scientific Consensus on Climate Change. EOS Vol 90, N. 3

24 Cosa possiamo fare? - Negare il problema - Rinviarlo o affrontarlo in modo superficiale - Fingere di affrontarlo seriamente ( greenwashing ) - Affrontarlo seriamente (cogliendo le opportunità) Cosa possiamo fare per affrontare seriamente il problema dei cambiamenti climatici? Riconoscere l esistenza del problema dei cambiamenti climatici: smettere di negare, di rinviare Comprendere meglio quello che sta succedendo e che succederà, i motivi diretti e profondi Adattarsi Mitigare ai cambiamenti climatici : ridurre i danni dei cambiamenti climatici in atto e inevitabili in futuro i cambiamenti climatici: ridurre le emissioni e potenziare gli assorbimenti delle foreste

25 Roadmap dell Unione Europea: riduzioni molto consistenti delle emissioni in tutti i settori, in particolare nei settori energetici Fonte: Roadmap for moving to a low-carbon economy in

26 EMISSIONI DA TRAFFICO Emissioni allo scarico: PM10, NOx, CO, SO2, COV (idrocarburi, aldeidi, chetoni, acidi tra cui tossici: benzene, 1-3 butadiene, formaldeide, acetaldeide) Emissioni di PM10 da abrasione: -freni - pneumatici - abrasione asfalto Emissioni evaporative (composti organici volatili che evaporano dal carburante) Un autoveicolo inquina anche da fermo Fattori di emissione da traffico: metodologia COPERT IV PM da scappamento + PM da usura (pneumatici, usura freni e manto stradale) Composti Organici Volatili: evaporative durante la marcia ( running losses ), dopo la marcia: ( hot/warm soak ), diurne Fattori di emissione per 150 categorie di veicoli in relazione alla velocità media, alla cilindrata e all età del veicolo Elevata incertezza nei fattori di emissione dei veicoli, in relazione all effettivo stato di manutenzione dei veicoli

27 Fattori di emissione da veicoli a motore (fonte: Inemar 2010, ARPA Lombardia) Tipo di veicolo Comb. Consumo specifico SO 2 NO x COV CO PM2.5 PM10 CO 2 eq g/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km g/km Automobili benzina verde 63 1, Automobili diesel 59 1, Automobili GPL 57 0, Automobili metano 57 0, Veicoli leggeri < 3.5 t benzina verde 114 2, Veicoli leggeri < 3.5 t diesel 82 1, Veicoli leggeri < 3.5 t GPL 58 0, Veicoli leggeri < 3.5 t metano 57 0,0 50 9, Veicoli pesanti > 3.5 t e autobus benzina verde 173 3, Veicoli pesanti > 3.5 t e autobus diesel 220 4, Veicoli pesanti > 3.5 t e autobus metano 459 0, Ciclomotori (< 50 cm3) benzina verde 13 0, Motocicli (> 50 cm3) benzina verde 33 0, Veicoli a benzina - Emissioni evaporative benzina verde 109 Fattori di emissione da veicoli a motore (fonte: Inemar 2010, ARPA Lombardia) Consumo Settore Combust. Tipo legislativo specifico NOx COV CO CO2 PM2.5 PM10 g/km mg/km mg/km mg/km g/km mg/km mg/km Automobili benzina verde ECE 15/04 da 01/01/ /12/ Automobili benzina verde Euro 1-91/441/EEC da 01/01/1993 a 31/12/ Automobili benzina verde Euro 2-94/12/EC da 01/01/1997 a 31/12/ Automobili benzina verde Euro 3-98/69/EC Stage 2da 01/01/2001 a 31/12/ Automobili benzina verde Euro 4-98/69/EC Stage 2da 01/01/ Automobili benzina verde Euro 5 da 01/01/2010? Automobili diesel Conventional < 31/12/ Automobili diesel Euro 1-91/441/EEC da 01/01/1993 a 31/12/ Automobili diesel Euro 2-94/12/EC da 01/01/1997 a 31/12/ Automobili diesel Euro 3-98/69/EC Stage 2da 01/01/2001 a 31/12/ Automobili diesel Euro 4-98/69/EC Stage 2da 01/01/ Automobili diesel Euro 5 da 01/01/2010? Automobili GPL Conventional < 30/06/ Automobili GPL Euro 1-91/441/EEC da 01/01/1993 a 31/12/ Automobili GPL Euro 2-94/12/EC da 01/01/1997 a 31/12/ Automobili GPL Euro 3-98/69/EC Stage 2da 01/01/2001 a 31/12/ Automobili GPL Euro 4-98/69/EC Stage 2da 01/01/ Automobili GPL Euro 5 da 01/01/2010? Automobili metano Conventional < 30/06/ Automobili metano Euro 1-91/441/EEC da 01/01/1993 a 31/12/ Automobili metano Euro 2-94/12/EC da 01/01/1997 a 31/12/ Automobili metano Euro 3-98/69/EC Stage 2da 01/01/2001 a 31/12/ Automobili metano Euro 4-98/69/EC Stage 2da 01/01/ Automobili metano Euro 5 da 01/01/2010?

28 Transport and Climate Change Transport sector fastest growing source of GHG emissions Global transport related emissions rising by 2.5% per year, in South even by 4.4% Doubling of urban population in South by 2030 expected Land-based transport play very small role in the climate change mitigation policies Re-orienting transport trends in Southern countries huge challenge for climate protection Emissioni di CO 2 eq nel settore dei trasporti proiezione Gt CO 2 eq/anno (Fonte: WBCSD, 2004)

29 Ford Model T, milioni di veicoli venduti. Consumo km/litro Un quinto delle emissioni di queste auto saranno ancora nell atmosfera nel 3011 Anche in Europa il settore trasporti è quello più in difficoltà nel ridurre le emissioni di CO 2 (+27% ) Fonte: EEA, TERM 2011

30 In Europa per gli inquinanti convenzionali (CO, SO 2, NOx, PM10, ecc) le riduzioni nel settore trasporti sono state rilevanti Fonte: EEA, TERM 2011 Azioni possibili Riduzione dei km percorsi Obiettivo: ridurre gli spostamenti dei veicoli con maggiori emissioni specifiche Interventi pianificatori, infrastrutturali e di gestione della domanda Riduzione delle emissioni specifiche dei veicoli Obiettivo: risparmio di carburante Interventi sui veicoli (peso, accessori) e sui carburanti

31 Gli interventi tecnologici non sembrano risolutivi European Environment Agency (EEA) EEA Report No 1/2008 (03 Mar 2008) Climate for a transport change. TERM 2007: indicators tracking transport and environment in the European Union EU fails to curb emissions from transport: dramatic improvements and clear targets needed The transport sector in the EU must apply rigorous measures to help Europe meet its greenhouse gas emission targets. The TERM 2007 report examines performance of the transport sector vis-a-vis potential future targets for greenhouse gas emission reductions and concludes that technology measures are insufficient to meet likely targets. Policy-makers have to address the growth in transport demand. esiste l auto ecologica? La tecnologia sarà a disposizione delle nazioni più povere? Qualità dell aria urbana Cambiamenti climatici Risparmio risorse (energia, spazio, ecc) Riduzione del numero e dell utilizzo degli autoveicoli pedonalità Mobilità sostenibile motorini car car pooling biciclette sharing mezzi pubblici intermodalità

32 TRAFFICO MOTORIZZATO congestione delle città riduzione degli spazi di socialità nelle città Jane Jacobs, The death and life of great American cities", 1961 Guido Viale Tutti in taxi, demonologia dell automobile Feltrinelli ed., 1996 L auto come oggetto infestante

33 Sorgenti primarie di energia Vettori energetici Infrastrutture Generatori di energia Benzina Carbone Olio Diesel Infrastrutture per Carburanti Liquidi Gas Naturale Biodiesel Motori a combustione interna Biomasse Eolica Solare Idrica Geotermica Etanolo Metanolo Di-Metil Estere Metano GPL Infrastrutture per Carburanti Gassosi Celle a Combustibile e motori a combustione interna ibridi Motore elettrico Nucleare Idrogeno Elettricità Rete elettrica Schema generale delle tecnologie convenzionali e innovative nel settore trasporti (mod. da WBCSD, 2004)

34 Emissioni di CO 2 dal pozzo alle ruote per diversi percorsi di utilizzo dell idrogeno (IPCC, 2007, WG3, Cap. 5) Altri aspetti ambientali Andamento del fattore di emissione di CO 2, in g per kwh elettrico prodotto e consumato Emissioni di CO2 per kwh prodotto (g CO2/kWh) Produzione termoelettrica Produzione elettrica totale Consumi elettrici Batterie

35 Nature, 26 gennaio 2012 Nature, 26/1/2012

36 Another powerful example of the effect of increasing oil prices can be seen in Italy. In 1999, when Italy adopted the euro, the country s annual trade surplus was $22 billion. Since then, Italy s trade balance has altered dramatically and the country now has a deficit of $36 billion. Although this shift has many causes, including the rise of imports from China, the increase in oil price was the most important. Despite a decrease in imports of 388,000 barrels per day compared with 1999, Italy now spends about $55 billion a year on imported oil, up from $12 billion in That difference is close to the current annual trade deficit. The price of oil is likely to have been a large contributor to the euro crisis in southern Europe, where countries are completely dependent on foreign oil. Nature, 26/1/2012

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38 Per chi va dritto per la sua strada, anche quando la strada non c è Stefano.Caserini@polimi.it