POLLUTION MONITORING OF SHIP EMISSIONS: AN INTEGRATED APPROACH FOR HARBOURS OF THE ADRIATIC BASIN (POSEIDON)

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1 POLLUTION MONITORING OF SHIP EMISSIONS: AN INTEGRATED APPROACH FOR HARBOURS OF THE ADRIATIC BASIN (POSEIDON) Implementazione: 1/6/214-31/5/215

2 INQUINANTI ATMOSFERICI DA NAVI I principali inquinanti emessi sono (Healy et al., Atmospheric Environment 43, 29, pp ): Ossidi di azoto globalmente circa 5-7 Tg/anno. Ossidi di zolfo globalmente circa Tg/anno. Particolato atmosferico globalmente circa Tg/anno. E quindi possibile un effetto sia sulla salute sia sul clima considerando che molte emissioni avvengono in prossimità delle aree costiere (entro circa 4 km) e nelle aree portuali che sono spesso localizzate vicino ad aree industriali e centri abitati. Le emissioni di particolato da trasporto marittimo necessitano di attenzione specifica perché è stato evidenziato che hanno importanti effetti sulla salute (Corbett et al., Environmental Science and Technology 41, 27, pp ).

3 SIMULAZIONI DEL CONTRIBUTO DEL TRAFFICO NAVALE INTERNAZIONALE AL PM 1 Simulazioni numeriche tratte da The impact of international shipping on European air quality and climate forcing, EEA Technical report N. 4/213. Nel Mediterraneo sono evidenti tre rotte principali: da Ovest ad Est; Lungo le coste di Spagna, Francia e Italia nord-occidentale; da Nord-Ovest a Sud_Est lungo I mari Adriatico e Ionio.

4 CONTRIBUTI AL PARTICOLATO ATMOSFERICO CONTESTO EUROPEO La letteratura scientifica e la recente review (Viana et al., Atmospheric Environment 9, 214) mostrano: Impatto confrontabile con quello del traffico veicolare (città medie dimensioni). Mancanza di dati nell area Adriatico/Ionica. E difficile confrontare risultati ottenuti con approcci diversi. Il contributo è prevalentemente sulle particelle di piccole dimensioni, ma non sono ancora disponibili dati sufficienti per caratterizzare l impatto sulla concentrazione di particelle ultrafini/nanoparticelle.

5 PARTNERSHIP DI POSEIDON POSEIDON include un Advisory Committee a cui partecipano sei autorità portuali/ambientali delle aree in studio che interagiranno con il Consorzio durante l implementazione del progetto.

6 OBIETTIVI E METODOLOGIA OBIETTIVI SPECIFICI DI POSEIDON Quantificare l impatto del traffico navale e delle attività portuali all inquinamento atmosferico in quattro città portuali dell area Adriatico/Ionica utilizzando metodologie scientifiche omogenee e confrontabili allo stato dell arte. Interconfrontare le diverse aree in studio, identificare eventuali gaps nella legislazione e supportare le proposte di strategie comuni integrate e di future azioni per la gestione ambientale dei porti e lo sviluppo sostenibile delle aree costiere della zona Adriatico/Ionica. METODOLOGIA UTILIZZATA Si utilizza una metodologia avanzata allo stato dell arte che integra informazioni provenienti dagli inventari delle emissioni, dalla modellistica numerica a diverse scale e dai dati sperimentali per investigare l impatto del traffico navale e delle attività portuali all inquinamento atmosferico. POSEIDON è stato sviluppato per la capitalizzazione e l integrazione di esperienze e risultati ottenuti in precedenti progetti (CESAPO-Interreg Greece-Italy e progetti locali a Venezia e Rijeka) con nuove analisi ed approfondimenti.

7 ATTIVITA DI POSEIDON Comprendere il livello dell inquinamento atmosferico in quattro importanti città portuali dell area Adriatico/Ionica dando maggiore enfasi all inquinamento da particolato. Individuare il contributo relativo delle diverse sorgenti all inquinamento atmosferico nelle aree studiate evidenziando il ruolo del trasporto marittimo e delle attività portuali per comprendere similitudini e differenze nelle quattro aree in studio. Condividere competenze, esperienze e metodologie tra i partners del progetto ed i membri dell Advisory Committee per identificare eventuali gaps nelle normative e per supportare proposte di strategie comuni ed azioni future in progetti transnazionali volti allo sviluppo sostenibile ed alla gestione ambientale delle aree costiere del Mediterraneo. Consolidare una rete di comunicazione tra le autorità locali e ambientali, gli istituti di ricerca ed il pubblico promuovendo eventuali collegamenti con altri progetti/azioni simili svolti in diverse aree del Mediterraneo.

8 Relative emissions (%) EMISSIONI NAVALI Fonti Università di Patrasso (Patras) ARPA Puglia e ISAC-CNR (Brindisi) ARPA Veneto (APICE per Venezia) School of Medicine di Rijeka (Rijeka) Confronto del peso relativo del traffico marittimo (azzurro) rispetto al traffico veicolare (rosso) nelle quattro aree in studio a livello comunale Municipality level - PM 2.5 Vaporetti Commerciale Veicoli Passeggeri Patras Brindisi Rijeka Venice Ships Road traffic

9 EMISSIONI A LARGA SCALA L Università di Patrasso sta analizzando le emissioni a larga scala nella zona sudorientale del Mediterraneo da utilizzarsi come input per I modelli numerici a dispersione. PM2.5 - January 29 emissions PM2.5 July 29 emissions TNO emissioni (1/8 o x 1/16 o ) (anno 29) (EU FP7 progetto MACC). Allocazione spaziale, analisi temporale e speciazione chimica utilizzando il modello MOSESS per le emissioni antropiche (Markakis et al. 213, Environ. Model. Assess.).

10 SIMULAZIONI NUMERICHE Verrà utilizzato il metodo zero-out per determinare il contributo del trasporto marittimo sulle concentrazioni di inquinanti atmosferici nell estate e nell inverno del 212 con il modello CAMx su tutta l area Adriatico/Ionica (le simulazioni sono in corso). Adriatic Sea Ionian Sea Simulazioni modellistiche a scala locale sono in corso nell area di Rijeka (modello ISC3) e nell area di Brindisi (modello BOLCHEM).

11 SOURCE APPORTIONMENT E stato utilizzato il modello a recettore Positive Matrix Factorization (EPA, PMF 3.) che permette di caratterizzare le principali sorgenti di particolato in un sito di misura a partire dalla composizione chimica evidenziando i traccianti di specifiche sorgenti. L analisi è stata svolta a Brindisi, Venezia e Rijeka ed in tutte e tre le aree è stata trovata una sorgente caratterizzata da V e Ni tipicamente associabile al contributo di combustione di oli pesanti Oil Combustion inclusi quelli utilizzati in ambito marittimo. In tutte e tre le aree di studio questa sorgente non è associabile al solo traffico marittimo ma include contributi industriali. La stima del contributo primario delle emissioni navali è stata fatta a partire dalle concentrazioni di V secondo la metodologia descritta in Agrawal (29, Environmental Science & Technology 43) considerando un valore tipico del contenuto di V nel carburante pari a 65 ± 25 ppm.

12 CONTRIBUTO DEL TRAFFICO NAVALE CONTRIBUTO Sito di misura PM 1 PM 2.5 Brindisi ASI urbano 2.1% (±.8%) 2.8% (± 1.1%) Venezia Punta Sabbioni 1.8% (±.7%) 2.4% (±.9%) Malamocco 2.3% (±.9%) 3.1% (±1.2%) Rijeka Urbano.9% (±.3%) 1.2% (±.4%) In nero i risultati sperimentali ed in blu le stime ottenute considerando che il contributo assoluto delle emissioni navali al PM 2.5 ed al PM 1 è analogo ed un rapporto tipico PM 2.5 /PM 1 =.75.

13 SOURCE APPORTIONMENT - BRINDISI A Brindisi la disponibilità di specie chimiche analizzate ha permesso di identificare 9 diverse sorgenti che spiegano il 97.8% del PM 2.5 e di valutare il contributo della combustione di oli pesanti al solfato di origine secondaria. Contributo primario delle emissioni navali 2.8 % ± 1.1% del PM 2.5. Contributo combustione oli pesanti al solfato secondario circa 11% del PM Contributo al PM2.5 (%) Marino Crostale - carbonato Crostale Biomasse Industriale Ind.- Oil comb. Traffico Navi Solfato Non spiegato

14 PNC (# / cm 3 ) NOx, NO, NO 2 (mg/m 3 ) PM 2.5 (mg / m 3 ) ALTA RISOLUZIONE TEMPORALE O 3 (mg / m 3 ) 12 Departure 27/6/214 Arrival Hotelling Departure : 17: 18: 19: 2: 21: 22: 23: : O3 SO /6/214 4 Arrival 35 Departure Hotelling Departure : 17: 18: 19: 2: 21: 22: 23: : NOx NO NO2 27/6/ Departure 2 Arrival 1 Hotelling 16 Departure : 17: 18: 19: 2: 21: 22: 23: : PNC PM2.5 SO 2 (mg / m 3 ) PM 2.5 e concentrazione numerica di particelle (PNC) risoluzione 1 minuto, gas risoluzione 5 minuti. Il contributo del traffico navale è composto da brevi picchi di concentrazione all arrivo ed alla partenza delle navi molto definiti su SO 2. I picchi sono chiaramente visibili anche sugli ossidi di azoto e sulle concentrazioni di particelle sia in numero sia in massa. In alcuni periodi si osserva un contributo dello stazionamento che risulta minimo su SO 2. Il traffico navale causa una diminuzione dell ozono. Un comportamento analogo è stato osservato a Brindisi, Venezia e Patrasso.

15 VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DEL TRAFFICO NAVALE Le misure ad alta risoluzione temporale hanno permesso di evidenziare i picchi nelle concentrazioni di inquinanti atmosferici. E stata sviluppata una metodologia per analizzare tali dati e valutare statisticamente il contributo primario del traffico navale tenendo conto sia della direzione del vento sia dell effettivo passaggio di navi (Contini et al. 211, J. Environmental Management, 92, ). CONTRIBUTO PM 1 PM 2.5 Numero di particelle Brindisi Venezia Patrasso 5.5% (±.4%) 2.6% (±.8%) 3.3% (±1.3%) 7.4% (±.5%) 3.5% (± 1%) 3.8% (± 1.4%) 26% (± 1%) 6% (± 1%) 11.2% (± 3.8%) In nero i risultati sperimentali ed in blu le stime ottenute considerando che il contributo assoluto delle emissioni navali al PM 2.5 ed al PM 1 è analogo ed un rapporto tipico PM 2.5 /PM 1 =.75. I risultati a Patrasso sono riferiti ad un periodo limitato e saranno estesi nel corso del progetto previa disponibilità dei dati di traffico navale.

16 Ship primary contribution (%) Average ship traffic (ktons/day) TREND A VENEZIA La disponibilità di dati ad alta risoluzione temporale a Venezia nelle estati 27, 29 e 212 ha permesso di analizzare il trend dell impatto primario alle concentrazioni di PM 2.5 (Contini et al., 215, Atmospheric Environment 12) PM2.5 PNC ship traffic Riduzione del contributo al PM Incremento del traffico navale passeggeri (in tonnellaggio) Secondo lo studio, l effetto positivo è associabile all utilizzo di combustibile a basso tenore di zolfo (normative Europee ed accordi volontari Venice-Blue-Flag) che risulta quindi avere un effetto di riduzione anche sulle emissioni primarie.

17 CONCENTRAZIONI DI IPA ng/m 3 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 PAHs summer 212 Brindisi Venice Rijeka Gas Aerosol 1,5 Misure IPA disponibili a Venezia, Brindisi e Rijeka (quest ultima solo aerosol). Concentrazioni maggiori nella fase gas. In tutte e tre le aree i rapporti diagnostici ed i profili dei congeneri mostrano una influenza di sorgenti di combustione di prodotti petroliferi compatibili con emissioni navali. PAHs aerosol - trends Il confronto estate 29 ed estate 212 mostra una riduzione delle concentrazioni sia a Venezia sia a Rijeka. ng/m 3 1,5 Venice Rijeka

18 IPA - CAMPIONAMENTO WIND-SELECT ΣPAHs dal campionamento 36 (Q 36 per h 36 ore) Valutazione dell effetto complessivo dell area portuale sulle concentrazioni di IPA. (%) Q h P P Q h Q h P P Q h P P 1 ΣPAHs dal campionamento direzione porto/industriale (Q P per h p ore)

19 % EFFETTO DEL PORTO SUGLI IPA Summer harbour effect on PAHs Brindisi e Venezia effetto del porto confrontabile su IPA aerosol e maggiore su IPA gas a Venezia. Gas Aerosol Brindisi Venice Il confronto del contributo del porto a Venezia tra l estate 29 e l estate 212 non mostra significative variazioni anche in corrispondenza dell aumento del traffico navale passeggeri in tonnellaggio. Harbour effect on PHAs Venice

20 CONCLUSIONI Il contributo primario del traffico navale alle concentrazioni di particolato atmosferico è di alcuni punti percentuali (tra.9% e 7.4%) in tutte e quattro le città portuali investigate con una buona confrontabilità dei diversi metodi di calcolo utilizzati. Il contributo è maggiore (in termini relativi) per le particelle di piccole dimensioni. Il contributo associato alle concentrazioni numeriche di particelle (ultrafini e nanoparticelle) è 2-3 volte maggiore rispetto a quello sulle concentrazioni in massa (PM 1, PM 2.5 e PM 1 ). Le concentrazioni di particelle ultrafini potrebbero essere un parametro migliore per analizzare questa sorgente rispetto, ad esempio, al PM 1. E stata osservata una riduzione del contributo primario al PM 2.5 del traffico navale passeggeri a Venezia dal 27 al 212 e, nello stesso periodo, il traffico navale è aumentato (come tonnellaggio). Questo effetto è risultato associabile all utilizzo di combustibile a basso tenore di zolfo introdotto sia dalla normativa Europea sia dagli accordi locali a Venezia (Venice Blue Flag). L effetto delle emissioni portuali alle concentrazioni di IPA totali (gas+aerosol) variano dal 56% al 82%. Non sono stati osservati trend relativi all influenza delle emissioni portuali di Venezia sugli IPA tra il 29 ed il 212.

21 GRAZIE DELL ATTENZIONE!!! Institute of Atmospheric Sciences and Climate, ISAC-CNR (Lead partner) Daniele Contini University Ca Foscari, Department of Environmental Sciences, Informatics and Statistics (Partner 2). Andrea Gambaro University of Patras, Department of Physics (Partner 3) Athanassios Argiriou - athanarg@upatras.gr University of Rijeka, School of Medicine, Environmental Health Department (Partner 4). Ana Alebić-Juretić - ana.alebic.juretic@medri.uniri.hr