Università degli Studi di Napoli Federico II

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1 Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Navale Dipartimento di Ingegneria Industriale LA PRODUZIONE DI POTENZA ELETTRICA PER LE UTENZE DI BORDO DI NAVI DA CROCIERA E LA SUA RELAZIONE CON IL POTERE INQUINANTE DURANTE LE SOSTE IN PORTO Relatore Ch.mo Prof. Franco Quaranta Candidato Gabriele Parenti N48/504 Anno Accademico 2013/2014

2 INTRODUZIONE...3 CAPITOLO I - L'INQUINAMENTO I.I Il problema dell inquinamento nei porti... 4 I.II Cos è l inquinamento e come lo si misura... 5 I.III Le sostanze nocive presenti in aria... 6 I.IV Effetti sulla salute umana... 9 I.V Regolamentazione delle emissioni CAPITOLO II - IL PORTO DI NAPOLI II.I Perché un capitolo sul porto di Napoli II.II Caratteristiche generali II.III Traffici CAPITOLO III - EMISSIONI ED IMMISSIONI III.I Emissioni dei motori navali presenti in porto III.II Perché le cruise preoccupano di più III.III Il problema della misurazione delle sostanze inquinanti CAPITOLO IV - VALUTAZIONE DELLA POTENZA ELETTRICA GENERATA A BORDO E PREVISIONE DELLE EMISSIONI IV.I Tipo di dati ottenuti IV.II Metodo di previsione IV.III Casi studio Nave A Nave B IV.IV Percentuale di potenza assorbita dall alberghiero IV.V Risultati NOx SOx Conclusioni Bibliografia e Sitografia

3 INTRODUZIONE Al giorno d oggi l energia elettrica è considerata una forma di energia pulita. Probabilmente questa associazione deriva dal fatto che inserendo la spina di un elettrodomestico o qualsiasi altro dispositivo nella presa di corrente l ambiente che ci circonda rimane apparentemente immutato. Non riusciamo cioè ad osservare l inquinamento, per quanto ridotto, prodotto da quel gesto. Questo accade perché la centrale termo-elettrica che sporca (eccome!) l ambiente è situata molto lontano dalla presa di casa. Purtroppo al giorno d oggi le centrali elettriche alimentate da fonti rinnovabili (sole, acqua, vento etc.) sono poco diffuse e l energia da loro prodotta costituisce un aliquota troppo esigua, permettendo l egemonia delle termoelettriche. Quando però non abbiamo la possibilità di attingere elettricità direttamente dalle centrali dobbiamo cercare di trasformare qualche forma di energia facilmente reperibile, a nostra disposizione, in energia elettrica per soddisfare i nostri bisogni. A questo scopo utilizziamo per lo più apparecchiature con meccanismi che riprendono il funzionamento delle suddette centrali, che quindi sono alimentati da un combustibile, con due sostanziali differenze: il rendimento globale del ciclo nettamente inferiore; la vicinanza del generatore con le sue annesse emissioni, all utilizzatore. Fintanto che al generatore vengono richiesti pochi kilowatt, quale potrebbe essere il caso di un piccolo chiosco, il danno ambientale prodotto dalle sue emissioni sarà poco rilevante. Se invece la richiesta è di decine di MegaWatt, come nel caso in cui si debbano alimentare uno o più alberghi, è necessaria un attenzione particolare, che valuti attentamente le ripercussioni sull ambiente esterno. È questo il caso delle navi da crociera molto simili, soprattutto dal punto di vista energetico, ad enormi alberghi galleggianti i cui generatori si trovano a lungo in aree, i porti, adiacenti ai centri abitati. In questo elaborato si è tentato di stimare la produzione di energia elettrica di queste navi ed il conseguente impatto ambientale che hanno nel contesto urbano, con un attenzione particolare rivolta al porto di Napoli. 3

4 CAPITOLO I L INQUINAMENTO I.I Il problema dell inquinamento nei porti La tecnologia, la possibilità sempre maggiore di comunicare a grandi distanze, di scambiarsi informazioni e così apprendere, insieme alla conquista ed alla riqualificazione di territori un tempo inospitali hanno determinato un significativo incremento della popolazione mondiale che, iniziato durante gli anni della rivoluzione industriale, ancora non accenna ad arrestarsi. Proprio in seguito alla rivoluzione industriale si è avuto un massiccio spostamento di persone dalle campagne alle città, le quali divennero sempre più grandi e popolate. Insieme all espansione delle città ed alla diffusione delle macchine sviluppatesi in maniera repentina durante gli anni della rivoluzione industriale, registriamo l inevitabile nascita del problema dell inquinamento. Inizialmente di lieve entità ed interesse, è diventato, col tempo una realtà sempre più soffocante. Negli anni questo problema ha assunto proporzioni sempre maggiori e con esso è aumentata la consapevolezza da parte dei cittadini per prima cosa dell esistenza del problema e conseguentemente della necessità di intervenire per non rischiare di distruggere irrimediabilmente organismi o addirittura interi ecosistemi naturali, ai quali noi, in quanto esseri viventi, siamo strettamente connessi per non dire dipendenti. Il porto costituisce nell odierna economia urbana una struttura indispensabile per le città affacciate sul mare, quasi sempre segno di sviluppo e progresso, nonché essenziale strumento di ricchezza. Lo si può considerare parte integrante della città. Più questa è sviluppata, più l importanza del porto aumenta, insieme alle sue dimensioni. Nel porto di una realtà come Napoli, punto nevralgico di numerose rotte commerciali, si mescolano molteplici attività, diverse tra loro per tipologia e caratteristiche, ma tutte facenti capo a quest unico luogo. Purtroppo la maggior parte di queste attività hanno un impatto negativo sull ambiente circostante, 4

5 magari trascurabile se preso singolarmente, ma rilevante considerato nel contesto d insieme, ad alta densità, come quello di un porto commerciale e turistico. Da queste osservazioni si comprende la necessità di intervenire nella vita di tutto ciò che riguarda lo scalo, cercando di conciliare la necessità di ricevere ed accogliere un elevato numero di navi di ogni genere, per non incidere negativamente sulla competitività in campo commerciale, con il rispetto dell ambiente, elemento indispensabile per una serena permanenza del genere umano sulla terra. A tal proposito l IMO 1, composta da 170 paesi di tutto il mondo, nel 1973 ha stabilito un accordo internazionale per la prevenzione dell inquinamento causato da navi: il MARPOL 2. Entrato in vigore nel 1983 arricchito di sei allegati stabiliti in una nuova riunione del 1978, costituisce ancora oggi il punto di partenza di un percorso che mira ad abbattere drasticamente l impatto ambientale delle navi che ogni giorno solcano i mari di tutto il mondo. L accordo ha lo scopo di preservare l'ambiente marino attraverso il contenimento dell'inquinamento da idrocarburi e da altre sostanze nocive e la riduzione al minimo dello sversamento accidentale di tali sostanze. Più avanti vedremo nello specifico alcuni articoli di questo accordo e le limitazioni imposte. I.II Cos è l inquinamento e come lo si misura La definizione lessicale di inquinamento è: Contaminazione di un qualsiasi ambiente o mezzo, a opera di batteri o altri agenti, in particolare rifiuti di produzioni industriali. Aggiungerei io: dannosi per gli esseri viventi. I metodi per valutare l inquinamento di un ambiente, di una zona o di un elemento sono molteplici. Di solito la procedura più comunemente usata prevede la raccolta di un campione e la sua analisi in laboratorio, in maniera tale da 1 International Marittime Organization è una convenzione autonoma delle Nazioni Unite incaricata di sviluppare i principi e le tecniche della navigazione marittima internazionale al fine di promuovere la progettazione e lo sviluppo del trasporto marittimo internazionale rendendolo più sicuro ed ordinato. 2 MARine POLlution 5

6 individuare la sua composizione chimica per confrontarla con lo stesso elemento non contaminato. Quando però, come nel nostro caso, si vuole risalire al contributo di una singola nave all inquinamento di una particolare zona, in cui sono presenti agenti inquinanti prodotti da realtà diverse, la situazione si complica. Non fosse altro per il fatto che le invisibili sostanze inquinanti si diffondono, miscelandosi nell aria circostante e spostandosi con essa in tutte le direzioni, sotto la spinta di venti e correnti d aria tutt altro che prevedibili. Si potrebbe pensare di agire misurando direttamente la composizione dei fumi emessi in atmosfera dallo scarico di una nave. Se non fosse per le posizioni degli apparati di scarico a dir poco scomode da raggiungere per una persona, figuriamoci per costosi apparecchi di misurazione, sicuramente molto ingombranti. Per non parlare dello scarso interesse delle compagnie a far sapere, in maniera chiara ed inequivocabile il contributo delle loro navi all inquinamento atmosferico. Per ovviare a questi problemi abbiamo deciso di seguire una strada diversa. Il nostro intento è quello di riuscire a stimare gli agenti atmosferici immessi in atmosfera analizzando la produzione di potenza elettrica e le connesse condizioni di funzionamento dei motori installati a bordo delle navi prese in esame. Ci siamo impegnati nella ricerca di dati il più possibile attendibili relativi alla produzione di energia elettrica a bordo delle navi da crociera, quindi la potenza elettrica richiesta dalle varie utenze e conseguentemente il carico cui è soggetto il motore. Con l obbiettivo di riuscire poi a risalire, in maniera il più attendibile possibile, all inquinamento prodotto dalla stessa. Tutte queste indagini sono state fatte nella condizione di maggior interesse per l ambiente urbano circostante, quella di nave ferma in porto. Situazione in cui non è richiesta potenza per la propulsione, ma solo per la produzione di energia elettrica. Ed in cui i motori e le relative emissioni, sono molto vicine ai centri abitati. I.III Le sostanze nocive presenti in aria Ormai tutti sanno che i motori alternativi a combustione interna inquinano. E non poco. Essi riescono a trasformare l energia chimica, presente 6

7 nel combustibile, in energia, e quindi lavoro, meccanico. La liberazione dell energia chimica avviene tramite la combustione e la conseguente produzione di calore. È proprio questa prima fase la maggior responsabile dell inquinamento atmosferico. Se volessimo descrivere chimicamente la reazione di combustione avremmo: combustibile + ossigeno + innesco CO2 + H 2O + energia Purtroppo questa relazione non descrive in maniera esaustiva la stragrande maggioranza dei processi di combustione che avvengono nei motori di tutto il mondo, soprattutto in quelli navali. È un affermazione eccessiva: non si avrebbe la trasformazione chimica ideale neppure se si utilizzassero comburenti e combustibili perfetti (in laboratorio ci si arriva molto vicino) a causa delle condizioni di combustione che ne influenzano i risultati. I combustibili, derivati del greggio, hanno un costo, dettato non solo dalle spese di estrazione/acquisto del petrolio ma, escluse le imposte dei singoli governi impongo, in maniera consistente dai processi necessari per eliminare le impurità ed ottenere il prodotto desiderato. Più questo sarà pulito, privo cioè di contaminanti, maggiori processi di lavorazione avrà subito e di conseguenza, maggiore sarà il suo costo. Talvolta si arriva a prezzi così elevati da rendere antieconomico il loro utilizzo. È di natura puramente monetaria infatti il motivo che ha spinto, per non dire obbligato, il mercato navale alla produzione di motori in grado di funzionare correttamente con combustibili molto economici, derivati dei processi di separazione delle parti pulite dal greggio. In poche parole gli scarti di lavorazione. All interno di questi derivati, comunemente chiamati Residual Oil troviamo diverse concentrazioni di: asfalteni, zolfo, sodio, vanadio, ceneri, alluminio, silicio, acqua, gomme e sedimenti di vario genere. Leggendo questa lunga lista di contaminanti risulta evidente che i prodotti della combustione non saranno mai solo anidride carbonica ed acqua, come invece potrebbe sembrare osservando la reazione chimica sopra citata, ma ad esse si saranno aggiunte altre sostanze. in realtà le tre sostanze normate (che poi nei fatti sono soltanto gli ossidi perché il particolato non è incluso nelle condizioni cogenti della MARPOL) sono quelle che per mare vengono ritenute più nocive (e, forse, relativamente limitabili a differenza di altre) nonché tra le poche che vengono emesse in quantità rilevanti: 7

8 SOx: prodotti a partire dallo zolfo che, legandosi con l ossigeno presente in camera di combustione forma dapprima anidride solforosa (SO 2 ) ed anidride solforica (SO 3 ) in un secondo momento. Le concentrazioni finali di SO 2 ed SO 3 sono all incirca del 95% e 5% rispettivamente. Quando queste due molecole giungono a contatto con molecole d acqua, si legano con esse formando acido solforoso (H 2 SO 3 ) ed acido solforico (H 2 SO 4 ), quest ultimo altamente corrosivo è il principale responsabile delle piogge acide. Una peculiarità dello zolfo è quella di non partecipare in alcun modo alla combustione, ed è questo il motivo per cui l unico modo per diminuire la sua concentrazione nei gas di scarico è eliminarlo alla fonte, cioè dal combustibile. NOx: prodotti a partire da azoto ed ossigeno. Composti prevalentemente da ossido di azoto NO (gas incolore e non tossico) e da biossido di azoto NO 2 (gas tossico). Normalmente l azoto lo si trova sottoforma di molecola biatomica inerte (N 2 ). Quando però si raggiungono temperature elevate le molecole acquistano energia tale da dissociarsi in azoto atomico (N), altamente reattivo. A contatto con l ossigeno, dissociatosi anch esso in ossigeno atomico in seguito alle elevate temperature, si formano ossidi di azoto, comunemente indicati con la sigla NOx. La loro concentrazione non dipende, come per lo zolfo dal tipo di combustibile usato, bensì dal tipo di motore installato a bordo e dal numero di giri effettivo dell albero motore 3 al quale viene fatto lavorare. Particolato o PMx 4 : l insieme di tutte quelle sostanze solide e liquide disperse in atmosfera sottoforma di particelle piccolissime, dell ordine di grandezza di pochi micron. Il pedice x accanto a PM sta ad indicare il diametro delle particelle alle quali ci si sta riferendo, espresso anch esso in micron. Le più comuni sono due: le PM 10 cioè tutte quelle particelle il cui diametro è inferiore a 10 micron e le PM 2.5 particelle ancora più fini di diametro inferiore a 2.5 micron. In genere il particolato è costituito per circa il 20% da fuliggine anche detta soot che è composta da molecole simili alla graffite e per il restante 80% essenzialmente da solfati e da solfati legati con acqua. Da 3 Espressi in rpm = rate per minute 4 PM è l acronimo di Particulate Matter 8

9 questo ne discende che diminuendo la presenza di zolfo nel combustibile diminuirà inevitabilmente anche la produzione di particolato. I.IV Effetti sulla salute umana L Organizzazione Mondiale della Sanità 5 ha studiato i possibili effetti sulla salute umana di esposizioni a concentrazioni di ossidi di sodio e di zolfo, che riportiamo nelle seguenti tabelle: Tabella 1 - Danni degli ossidi di zolfo in funzione delle concentrazioni Concentrazione SOx Effetti sulla salute 0.06 mg/m 3 Possibili bronchiti ed infiammazioni al torace 0.3 mg/m 3 Possibili danni all apparato respiratorio (Specialmente per bambini ed anziani) mg/m 3 Percezione olfattiva della sostanza (cercare una maschera antigas ed un rifugio) 3 mg/m 3 Aumento del ritmo respiratorio e delle pulsazioni del cuore 25 mg/m 3 Irritazione ad occhi, naso e torace, aumento della frequenza cardiaca 5 g/m 3 Asfissia, collasso cardiovascolare Tabella 2 - Danni degli ossidi di azoto in funzione delle concentrazioni Concentrazione NOx Effetti sulla salute mg/m 3 Possibili danni ai polmoni 100 mg/m 3 Seri danni all apparato circolatorio mg/m 3 Morte I dati illustrati in tabella si riferiscono a periodi di esposizione relativamente brevi. La tollerabilità dell organismo ad esposizioni prolungate è stata invece 5 L'obiettivo dell'oms è il raggiungimento da parte di tutte le popolazioni del livello più alto possibile di salute, definita nella medesima costituzione come condizione di completo benessere fisico, mentale e sociale, e non soltanto come assenza di malattia o di infermità. 9

10 studiata dall Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) la quale ha rivolto la propria attenzione a coloro che per motivi lavorativi si trovano quotidianamente a contatto con tali sostanze. Il periodo di esposizione considerato è di otto ore lavorative per cinque giorni lavorativi e le massime concentrazioni ritenute innocue sono di: 0.06 mg/m 3 per l SO 2 e 9.5 µg/m 3 per quanto riguarda gli NOx. In relazione al particolato (PMx) è stato invece provato che è in grado di provocare danni all apparato respiratorio, in quanto le particelle, di dimensioni ridottissime, non riescono ad essere filtrate dagli organi predisposti e arrivano direttamente agli alveoli polmonari. Inoltre la pericolosità di questo agente è inversamente proporzionale alle sue dimensioni: più piccola è la particella, più in profondità riuscirà a penetrare nell organismo e più facilmente potrà essere assorbita dallo stesso. La Commissione Europea ha stabilito le concentrazioni limite, in funzione della durata dell esposizione per il particolato: 50 µg/m 3 per un esposizione di un giorno, 40 µg/m 3 se invece l esposizione è di un anno. I.V Regolamentazione delle emissioni Come già accennato in precedenza l accordo internazionale che mira alla riduzione dell inquinamento prodotto dalle navi prende il nome di MARPOL 73/78. I numeri 73 e 78 si riferiscono alle date dei due congressi, cui hanno partecipato i paesi membri dell IMO, finalizzati all individuazione di norme e provvedimenti anti-inquinamento. La Convenzione MARPOL originale è stata firmata il 17 febbraio 1973, ma non è mai entrata in vigore. L'attuale è una combinazione della Convenzione del 1973 e del protocollo del Essa è entrata in vigore il 2 ottobre Al 31 dicembre 2001, 161 paesi, che rappresentano il 98% del tonnellaggio mondiale, vi hanno aderito. Il documento Marpol contiene 6 allegati, ognuno specifico per la prevenzione delle diverse forme di inquinamento marino provocato dalle navi. Li riportiamo di seguito: Allegato I - Norme per la prevenzione dell'inquinamento da oli minerali; 10

11 Allegato II - Norme per la prevenzione dell'inquinamento da sostanze liquide nocive trasportate alla rinfusa; Allegato III - Norme per la prevenzione dell'inquinamento da sostanze inquinanti trasportate per mare in imballaggi; Allegato IV - Norme per la prevenzione dell'inquinamento da liquami scaricati dalle navi; Allegato V - Norme per la prevenzione dell'inquinamento da rifiuti solidi scaricati dalle navi; Allegato VI - Norme per la prevenzione dell'inquinamento atmosferico da SOx e da NOx provenienti dagli scarichi dei motori marini. Essendo quello di maggior interesse per questo elaborato, esaminiamo meglio le direttive e le limitazioni imposte dall allegato VI, quello riguardante l inquinamento atmosferico. La massima percentuale di zolfo ammissibile nel combustibile destinato all utilizzo navale, è stata imposta pari a 4.5% fino al 01/01/2012, da questa data in poi il limite massimo consentito è diminuito al 3.5% e dal 01/01/2020 sarà ulteriormente ridotto allo 0.5%. Sono state poi emanate specifiche restrizioni, più severe, per le navi in transito nelle zone di mare SECAs 6 all interno delle quali, dal 2010, è obbligatorio usare combustibili con zolfo in percentuale pari all 1%. Dal 2015 invece questo limite sarà abbassato allo 0.1%. Quantità veramente esigua se paragonata al 4.5% iniziale. In più, la commissione dell Unione Europea ha introdotto una nuova direttiva (2005/33/EC) recepita recepita in Italia con il Decreto legislativo n. 152/2006 (art. dal 291 al 298). In questo Decreto legislativo si prevede, tra le altre cose: 1. Dal 1/1/2010, il divieto di utilizzo di combustibili per uso marittimo con tenore di zolfo superiore allo 0.1% in massa su navi all ormeggio. 2. Per le navi passeggeri battenti bandiera italiana, le quali effettuano un servizio di linea proveniente o diretto ad un porto di un paese dell unione europea, è vietato, nelle acque territoriali, nelle zone economiche esclusive e nelle zone 6 Solfur Emission Controlled Areas: ne fanno parte il Mar Baltico, il Mare del Nord, il Mare dell America settentrionale ed il Mar dei Caraibi 11

12 di protezione ecologica, appartenenti all Italia, l utilizzo di combustibili per uso marittimo con un tenore di zolfo superiore all 1,5% in massa. La violazione del divieto è fatta valere anche nei confronti delle navi non battenti bandiera italiana e che si trovano in un porto italiano. Per quanto riguarda invece le emissioni di NOx, i massimi valori ammissibili (espressi in g/kwh) dipendono dal numero di giri del motore e sono stati suddivisi in tre livelli (Tier), sintetizzati nella seguente tabella. Tabella 3 - Massime emissioni di NOx ammissibili Engine speed TIER II TIER III (<1/1/2016) (>1/1/2016) Low speed: rpm< Medium speed: 130<rpm< /rpm /rpm 0.2 High speed: 2000<rpm

13 CAPITOLO II Il PORTO DI NAPOLI II.I Perché un capitolo sul porto di Napoli Questa tesi rientra in un progetto di ricerca svolto dal Dipartimento di Ingegneria Navale (divenuto a partire dal 1/1/2013 Dipartimento di Ingegneria Industriale) della Federico II, che mira a valutare l impatto sull inquinamento delle navi da crociera nel porto di Napoli. Nonostante l argomento centrale sia la produzione di energia elettrica, come punto di partenza per una stima dell inquinamento ci è sembrato opportuno dedicare un capitolo al porto della nostra città ed ad alcune sue caratteristiche. Così che sia più chiaro il ruolo che occupano le navi in questione per quanto riguarda traffico, tipo e numero di passeggeri, in una realtà complessa come quella del porto di Napoli. II.II Caratteristiche generali Situato a Nord-Est dell omonimo golfo, il porto di Napoli è crocevia di una fetta importante del traffico marittimo del Mar Mediterraneo. Trovandosi in una zona molto riparata del golfo permette l attracco ad ogni tipo di nave, in completa sicurezza. Immediatamente alle sue spalle si estende la città partenopea, che ad oggi, secondo stime CENSI, conta quasi cinque milioni di persone, classificandosi al secondo posto nella classifica delle città italiane più popolose, seconda solo al capoluogo lombardo. Porto di una città così densamente abitata, quello di Napoli, ospita ogni giorno centinaia di navi e traghetti, che si muovo numerosi da e verso le isole del golfo e non. Così come la città, anche il porto si trova in cima alle classifiche. Secondo stime relative all anno 2012, effettuate dall associazione assoporti, si trova al primo posto tra le città italiane per la movimentazione passeggeri, con un traffico di 7 milioni di passeggeri ed in settima posizione per la movimentazione di merci. 13

14 Fondato molto probabilmente nel VI secolo a.c. ha subito, ovviamente, continue modifiche ed ampliamenti, vivendo periodi di splendore alternati a periodi di crisi e calo di importanza. Oggi lo troviamo suddiviso in due settori principali, distinguibili per fini e posizione geografica. Ad ovest abbiamo una zona destinata al traffico passeggeri, più vicina al centro città, dove troviamo: il molo Beverello, destinato all attracco degli aliscafi provenienti e diretti alle tre isole del golfo. Ogni giorno centinaia di persone, tra turisti e pendolari si imbarcano da questo molo; il molo Angioino, punto di riferimento per le navi da crociera. Recentemente è stato costruito su di esso un grande terminal per l accoglienza e l ospitalità dei turisti imbarcati sulle crociere; infine ci sono calata porta di massa e calata Pilifero dove attraccano i traghetti. Ad est invece abbiamo un settore, molto più esteso del precedente, per l approdo delle navi commerciali, dotato di numerosi bacini e strutture necessarie per la movimentazione e lo stoccaggio di merci sia liquide che asciutte che di container provenienti e diretti in tutto il mondo. A questa zona sono annessi alcuni cantieri navali e grandi spazi per lo stoccaggio delle merci in arrivo ed in partenza: ci sono ben 7 depositi per prodotti liquidi - 2 terminal per i legnami e la cellulosa occupanti una superficie complessiva di circa mq 2 terminal per prodotti cerealicoli e 3 terminal contenitori, per una superficie complessiva di circa mq. 14

15 II.III Traffici Per completezza riportiamo qualche dato riguardo il numero di navi transitanti e le merci trasportate, in un anno solare, dal mese di Gennaio a quello di Dicembre. Nel sito troviamo le statistiche degli anni che vanno dal 1999 al Non essendo ancora completi i dati relativi al 2013, prenderemo in esame quelli del I numeri riportati in tabella, riguardanti le merci sono espressi in tonnellate, mentre quelli riguardanti i traghetti e le crociere in numero di passeggeri. TOTALE IN OUT NUMERO DI NAVI Crociere 492 TOTALE TONNELLATE RINFUSE LIQUIDE Prodotti raffinati Gas liquefatti Altre rinfuse liquide RINFUSE SOLIDE Cereali Derrate alimentari Prodotti metallurgici Altre rinfuse solide MERCI VARIE IN COLLI MOVIMENTO PASSEGGERI Passeggeri traghetti Passeggeri crociere Movimento contenitori/teu Altri dati riguardanti il numero di traghetti, aliscafi e navi da carico, relativi al 2012 non sono presenti in rete, dove i dati si fermano al In questo anno, leggiamo, gli aliscafi hanno rappresentato circa il 60% del traffico annuale, i traghetti il 24%, le navi da carico il 15% mentre le navi da crociera soltanto l 1%. È lecito ipotizzare che in 5 anni la situazione non è cambiata drasticamente, non avendo il porto di Napoli subito profondi mutamenti ne riforme radicali, e che di conseguenza le percentuali relative ai traffici siano sulla linea di quelle del Quindi per quanto riguarda il numero di navi transitanti in un anno nel porto di Napoli possiamo dire che quelle da crociera rappresentano una percentuale davvero esigua. Però questo non è rilevante ai fini del nostro studio e non 15

16 sminuisce l incidenza sull ambiente delle navi da crociera in quanto esse, al contrario di aliscafi, traghetti e navi da carico, durante la sosta rimangono molto attive. Infatti, fatta eccezione per i soli propulsori che sono ovviamente fermi durante la sosta, al loro interno continuano le numerose attività di bordo le quali assorbono una cospicua quantità di energia. Può altresì risultare interessante un approfondimento sul numero di navi da crociera, che fanno tappa nello scalo napoletano ed il numero dei passeggeri in Numero di approdi Numero di passeggeri Gennaio Febbraio 0 0 Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Totale transito, riportati questa volta per ogni mese dell anno. Com è facilmente intuibile e riscontrabile nella tabella di fianco il periodo in cui il traffico crocieristico è più intenso è quello compreso tra Maggio ed Ottobre. In questo periodo si riscontra una costante ed intensa presenza di queste navi in banchina. Volendo infatti ipotizzare un periodo di sosta di due giorni per ogni nave, considerato il numero degli approdi superiore a sessanta in alta stagione, risultano in media tre/quattro navi da crociera contemporaneamente presenti in banchina ogni giorno. 16

17 CAPITOLO III EMISSIONI ED IMMISSIONI III.I Emissioni dei motori navali presenti in porto I motori installati a bordo delle navi vengono regolati volta per volta, attraverso l impostazione del numero di giri, in maniera tale da soddisfare la richiesta di potenza dettata dalle esigenze del momento. Possiamo distinguere tre momenti principali della nave, in relazione all utilizzo del motore: Nave in trasferimento; Nave in manovra; Nave ferma in banchina. Nel primo caso i giri del motore sono mantenuti costanti ed impostati ad una valore che assicura, attraverso il trasferimento della potenza ad un propulsore, la velocità desiderata. Il carico al quale è soggetto il motore, influisce sui consumi, ma dipende da due fattori: quanto si trasporta e le condizioni meteo-marine dell ambiente circostante. Essendo però, il trasferimento, il compito primo di una nave, oltre che la situazione in cui si troverà a lavorare per gran parte della propria vita, vi si dedicano attenzioni particolari tali da portare alla finalizzazione dell intero apparato motore per questo regime di funzionamento. Durante le fasi di manovra, la situazione è invece ben diversa, in quanto gli spazi interni al porto in cui deve destreggiarsi la nave sono esigui, in relazione soprattutto alle dimensioni della nave e le traiettorie tutt altro che semplici. Durante tali operazioni sono infatti richiesti repentini cambi di direzione, aggiustamenti di rotta con le relative accelerazioni e decelerazioni. Ad eccezione delle grandi navi commerciali, le quali per entrare ed uscire dal porto chiedono assistenza ai rimorchiatori, in tutte le altre navi le operazioni di manovra gravano sui motori principali, con l inevitabile aumento dei consumi specifici e quindi delle emissioni. Però, data l importanza di queste manovre e la loro breve durata 17

18 tale innalzamento delle emissioni è tollerato e non è soggetto a particolari limitazioni. Infine abbiamo il caso di nave ferma in porto. In questa situazione, dovendo stare lo scafo immobile, i propulsori sono generalmente fermi. Si potrebbe allora essere indotti a pensare che i motori siano spenti, ma questa sarebbe una considerazione errata. A bordo delle navi c è sempre bisogno di energia elettrica, che viene fornita o da alternatori collegati direttamente al motore principale o da generatori ausiliari propriamente destinati. I momenti in cui si arrestano tutti i motori sono rarissimi e generalmente sono dettati da guasti tecnici o da interventi di manutenzione. III.II Perché le cruise preoccupano di più Ogni tipologia di nave ha un differente bisogno di energia elettrica quando è attraccata in banchina. Partiamo da un fabbisogno medio di un centinaio di kw per le portacontenitori di modeste dimensioni, le quali possono arrivare a richiedere fino ad un MW, poi troviamo le Roll on-roll off e le navi cisterna le quali richiedono 1-1,5 MW, infine le più esigenti dal punto di vista energetico sono le navi da crociera che arrivano a ben 11 MW con una media che si aggira intorno ai 7,5 MW. A bordo di queste ultime infatti troviamo tutti i servizi per assicurare il massimo comfort ai passeggeri (e forse anche qualcosa in più!). Come già detto in precedenza, il fatto che una tale produzione di energia avvenga in un porto, a ridosso di una città densamente abitata, desta non poche preoccupazioni. È proprio questa la motivazione che ci ha spinto ad indirizzare la ricerca su questo aspetto. L obiettivo è capire cosa succede realmente all interno di questi giganteschi alberghi galleggianti che ogni giorno attraccano e salpano numerosi dai nostri porti. Il valore della potenza massima installata a bordo è un dato facilmente ottenibile. Ma tale valore ci permette soltanto di ipotizzare quale possa essere l effettiva richiesta di energia elettrica, direttamente collegata ai consumi. Invece la conoscenza dettagliata di questo dato, e le sue variazioni durante tutto l arco della giornata, permetterebbe di individuare con maggiore precisione, l impatto che 18

19 queste navi in sosta hanno sull ambiente portuale. Sarebbe inoltre un primo importante passo per il dimensionamento e la progettazione di un eventuale impianto di alimentazione da terra 7, finalizzato a fornire l energia elettrica cui necessitano le navi in banchina, consentendo così di spegnere i motori di bordo ed azzerare le emissioni. Questa tecnologia è stata ideata negli anni 80, ma fino ad oggi ha trovato impiego solo in alcuni porti del Nord America e Nord Europa, in quanto affinché esso riesca a soddisfare tutte le richieste, garantendo la continuità del servizio, deve tener conto di molti aspetti riguardanti le attività portuali a medio e lungo termine. Cosa abbastanza difficile da fare. Però dati gli immensi benefici ottenibili con questo sistema, in argomento di emissioni e consumi di combustibile, in questi anni molti porti, anche italiani, stanno pensando di dotarsi di questa tecnologia. Purtroppo abbiamo riscontrato non poche difficoltà nel recupero di tali informazioni, disponibili quasi esclusivamente alle compagnie di navi da crociera, che si sono rivelate alquanto restie alla loro diffusione, in special modo dopo alcuni eventi che hanno lasciato ombre sulla marineria da crociera. III.III Il problema della misurazione delle sostanze inquinanti La tecnologia di cui disponiamo oggi ci fornisce strumenti in grado di misurare le concentrazioni delle sostanze inquinanti presenti in una determinata zona. Apparecchiature più o meno complesse (e costose) ci permettono di fare ciò con un accuratezza variabile, in funzione del sistema adottato. Tutte le regioni italiane hanno sparso sul proprio territorio alcune centraline per il monitoraggio della qualità dell aria. Nel momento in cui però nasce la curiosità di misurare la quantità delle sostanze nocive provenienti, ad esempio da una nave ferma in porto, la situazione si complica. Proprio questo tipo di curiosità ha spinto alcuni professori del Dipartimento di Ingegneria Industriale della Federico II di Napoli a domandarsi quale fosse il 7 Cold Ironing 19

20 contributo all inquinamento atmosferico delle navi da crociera, ferme nel porto di Napoli e quali potessero essere alcune soluzioni al problema. In un primo momento, dopo aver inquadrato la situazione generale del porto hanno cercato di fare una stima delle sostanze inquinanti emesse dalle cruise. Per prima cosa hanno ipotizzato una situazione realistica in cui si può trovare il porto di Napoli. Per rendere tale ipotesi la più gravosa dal punto di vista atmosferico hanno basato il loro studio su tre ipotesi: 1. contemporanea presenza di cinque navi da crociera, di diversa lunghezza, nel porto di Napoli; 2. produzione di potenza elettrica per ogni nave in banchina, pari a metà della massima potenza erogabile dai generatori di bordo; 3. emissioni pari a quelle massime consentite dalla MARPOL: 6 g/kwh di SOx e 11.5 g/kwh di NOx, emessi da un motore che lavora a 900 rpm. L ultima considerazione potrebbe destare qualche incertezza in quanto la si potrebbe contestare dicendo magari che le emissioni di una singola nave sono inferiori a quelle limite. Però non è stata una scelta casuale. A nostro avviso trova il suo fondamento in due semplici osservazioni. La prima è che le regole MARPOL sono, se paragonate all età ed alla tecnologia dei motori navali, molto recenti. Il fine di queste regole è quello di abbassare le emissioni, quindi si suppone che in precedenza i livelli medi erano superiori a quelli imposti dal decreto. In secondo luogo basta osservare che le emissioni dei tanto nocivi NOx aumentano, come il rendimento del ciclo termodinamico, con l aumentare della temperatura, la quale, per motivi economici sarà la più alta possibile. Quindi diminuire le emissioni di NOx significa diminuire il rendimento del ciclo termodinamico e conseguentemente aumentare le spese. Assunte ora vere queste ipotesi, a conclusione della ricerca si è calcolato che verrebbero rilasciate in atmosfera: 1.33 t/h di NOx; t/h di SOx. I risultati di questa tesi sono inquietanti. Soprattutto se estesi all arco della giornata, se non dell anno. Però l attendibilità del risultato è limitata, se non altro va comprovata con misurazioni reali. 20