ANALISI COMPLESSIVA DELLA QUALITÀ DELL ARIA NEL SITO DI MONFALCONE CON VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE DIVERSE SORGENTI EMISSIVE

Transcript

1 CENTRALE TERMOELETTRICA DI MONFALCONE ANALISI COMPLESSIVA DELLA QUALITÀ DELL ARIA NEL SITO DI MONFALCONE CON VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE DIVERSE SORGENTI EMISSIVE Autori G. Brusasca, G. Tinarelli, M. P. Costa, C. Pozzi, R. Prandi, P. Radice Riferimento ARIANET R Settembre 2014

2 CENTRALE TERMOELETTRICA DI MONFALCONE ANALISI COMPLESSIVA DELLA QUALITÀ DELL ARIA NEL SITO DI MONFALCONE CON VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE DIVERSE SORGENTI EMISSIVE Pag. 2 di 116 Relazione ARIANET R Autori G. Brusasca, G. Tinarelli, M. P. Costa, C. Pozzi, R. Prandi, P. Radice Settembre 2014 Committente: a2a ENERGIA SpA

3 CENTRALE TERMOELETTRICA DI MONFALCONE ANALISI COMPLESSIVA DELLA QUALITÀ DELL ARIA NEL SITO DI MONFALCONE CON VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DELLE DIVERSE SORGENTI EMISSIVE Pag. 3 di 116 INDICE 1 Premessa Inquadramento geografico Caratterizzazione meteorologica del sito Quadro emissivo Inventario regionale del Friuli Venezia Giulia Approfondimenti su alcuni comparti emissivi Centrale a2a di Monfalcone Altri processi produttivi Riscaldamento Trasporto su strada Trasporto navale ed aereo Emissioni in territorio sloveno Emissioni complessive nel dominio di calcolo Inquinanti atmosferici e quadro di riferimento normativo Configurazione del sistema modellistico Risultati delle simulazioni Ossidi di azoto totali Biossido di zolfo Particolato Arsenico Piombo Nichel Cadmio Mercurio Diossine/Furani Verifica delle simulazioni con dati misurati Ossidi di azoto Biossido di zolfo Conclusioni Appendice applicazioni dei codici e riferimenti biblografici 113 Bibliografia

4 1 PREMESSA La relazione si pone come obiettivo la valutazione quantitativa delle attribuzioni dei livelli di inquinamento atmosferico dovuto alle sorgenti emittenti presenti sul sito di Monfalcone e afferenti a diversi comparti (industria, traffico stradale, riscaldamento domestico, attività portuale, ecc. oltre che la centrale) ottenendo, relativamente ad ognuna delle specie inquinanti considerate, il cosiddetto source apportionment. La valutazione quantitativa degli apporti è effettuata attraverso l uso di un modello dispersivo di tipo lagrangiano a particelle, che consente di separare gli effetti delle sorgenti in modo rapido e naturale. Per lo studio è stato utilizzato il pacchetto ARIA Industry, sistema di modellistica tridimensionale per il calcolo della dispersione degli inquinanti in atmosfera. Questo pacchetto modellistico, validato in numerosi studi a livello internazionale, è accreditato presso la libreria europea di modelli atmosferici EU-EEA- MDS (Modeling Documentation System) ed è in uso in Italia presso Istituti scientifici, Enti Pubblici e numerose ARPA, tra cui ARPA FVG. La valutazione dell impatto, in termini di ricadute al suolo delle diverse specie inquinanti, è stata condotta su un periodo annuale per avere un panorama di analisi largamente esteso, tenendo conto delle variabilità stagionali e meteo-climatiche, riferita sia ai macroinquinanti sia ai microinquinanti e per avere un set di risultati confrontabili con i rispettivi parametri di legge. Le simulazioni sono state effettuate su un dominio di calcolo centrato sulla ciminiera dell impianto di produzione termoelettrica di Monfalcone, con un area di dimensioni di 32 x 32 km 2 adeguata a rappresentare l impatto di tutte le sorgenti presenti nel sito. Sono state simulate: la Centrale a2a; le altre sorgenti Industriali (puntuali + diffuse); il traffico veicolare (autostrade, strade principali e centri urbani); il riscaldamento degli edifici; il porto di Monfalcone; l aeroporto di Ronchi dei Legionari. Le informazioni di base sono dedotte dall inventario regionale INEMAR 2010 (INventario EMissioni ARia, ( di ARPA FVG, dall inventario Nazionale ISPRA2010 ( dall inventario nazionale della Slovenia, da EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme, ( e da ricerche ad hoc per le sorgenti industriali. In accordo con le Linee Guida per la Scelta dei Modelli di Dispersione Atmosferica e della Valutazione di Dispersione di Inquinanti ai fini degli Studi di Impatto Ambientale, si è reso necessario l uso del codice Lagrangiano a particelle per la modellizzazione tridimensionale della dispersione in atmosfera dei diversi inquinanti. 4

5 Essendo l area di studio posizionata in sito costiero, caratterizzata sia dalla presenza di interfaccia terra-mare sia dalla presenza di un profilo topografico relativamente complesso, è necessario l utilizzo di modellistica tridimensionale in grado di tenere conto di aspetti quali: simulazione della dispersione in situazioni di calma di vento con riproduzione dei fenomeni di stagnazione ed accumulo; riproduzione dell impatto orografico con l evoluzione spaziale e temporale dei fenomeni di brezza locale; possibilità di considerare i cambiamenti di direzione e di intensità del vento sia con la quota che in zone diverse. Per la realizzazione dello studio sono stati eseguiti in successione i modelli tridimensionali presenti in ARIA/Industry: 1. codice Swift per la ricostruzione tridimensionale del campo di vento diagnostico a divergenza nulla; 2. processore per la definizione dei parametri di turbolenza SurfPro; 3. codice lagrangiano a particelle SPRAY per la dispersione degli inquinanti su terreno complesso. Nei paragrafi successivi sono illustrati in maggiore dettaglio: il quadro emissivo considerato, il data-base meteorologico, le caratteristiche del sistema modellistico utilizzato. Le simulazioni sono state condotte su base oraria per un intero anno di riferimento scelto sulla base della disponibilità di dati tridimensionali necessari ad un sistema modellistico di questo tipo, relativamente ai macro-inquinanti ossidi di azoto, biossido di zolfo, monossido di carbonio e particolato (PM10 e PM2.5) e benzene. Sono state inoltre calcolate le concentrazioni in aria dei micro-inquinanti Mercurio (Hg), Arsenico (As), Cadmio (Cd), Nichel (Ni), Piombo (Pb), IPA e Diossine. 2 INQUADRAMENTO GEOGRAFICO La centrale termoelettrica a2a di Monfalcone (GO) si trova lungo la sponda orientale del Canale Valentinis in prossimità del centro abitato. In Fig. 1 è mostrata la localizzazione della centrale, il punto rosso in figura è collocato in corrispondenza del camino emittente. In Fig. 2 è evidenziato in rosso il domino di calcolo, che copre una superficie di 32 x 32 km 2 - considerato nella simulazione presentata in questo studio. La risoluzione orizzontale utilizzata per descrivere sia i dati meteorologici in input sia le concentrazioni in output è di 400 m, compatibile con la durata delle simulazioni su scala annuale da eseguire e in grado di fornire un sufficiente dettaglio alla scala complessiva considerata. 5

6 Fig. 1: Foto aerea di dettaglio dell area della Centrale termoelettrica di Monfalcone. In rosso è rappresentato il camino della centrale. Fig. 2: Rappresentazione cartografica della zona di simulazione. L area bordata di rosso rappresenta il dominio di calcolo 32x32 km 2 considerato per la simulazione. Il punto rosso centrale è ubicato in corrispondenza del camino della centrale. 6

7 La griglia di calcolo utilizzata per la simulazione meteorologica e di dispersione ha le seguenti caratteristiche: 81 celle nella direzione x; 81 celle nella direzione y; 400 m di risoluzione orizzontale; Coordinate UTM fuso 33 (WGS84) del vertice Sud Ovest del dominio pari a m Est, m Nord. L estensione verticale del dominio di simulazione per la ricostruzione meteorologica è di 5000 m, con i seguenti 15 livelli di calcolo (espressi in metri) sopra l orografia: 0, 20, 50, 94, 156, 243, 364, 530, 755, 1061, 1471, 2020, 2751, 3720, In Fig. 3 è illustrato il modello digitale della situazione orografica del terreno all interno del dominio di calcolo considerato. Il dominio esteso è, come detto, un quadrato di lato 32 km delimitato a Sud dal mare Adriatico con il litorale di Grado, a Nord Est dal territorio Sloveno, a Nord dalla valle dell Isonzo e la città di Gorizia e ad Ovest da territorio pianeggiante interno alla regione Friuli Venezia Giulia nei comuni di Aquileia, Cervignano del Friuli e Palmanova. La città di Monfalcone è posizionata nella zona centrale del dominio ed il camino della centrale termoelettrica a2a è nel centro geometrico del quadrato. Immediatamente a Nord del punto di emissione della centrale, a circa 2.5 km da essa, sono presenti i primi rilievi aventi altezza di circa m che si estendono verso il lago di Doberdò. A Nord Est di quest ultimo, già in territorio Sloveno, sono presenti i rilievi più marcati fino a poco oltre 350 metri di altezza. Nella zona a Sud e ad Ovest, la costa risulta essere invece sostanzialmente piatta. 7

8 Fig. 3: Dominio di studio: in alto modello 3D digitale del terreno (ruotato di 45, quote sul livello del mare secondo la scala colorata in metri a destra) e, in basso, isolinee di altimetria con indicazione della localizzazione dell impianto. L estensione del dominio, le caratteristiche di complessità topografica (presenza di rilievi e di una linea di costa) e la necessità di ottenere una separazione diretta delle concentrazioni simulate dei contributi di differenti comparti emissivi, motivano il ricorso ad un modello di dispersione tridimensionale Lagrangiano a particelle. In Fig. 4 è riportata la mappa dell uso suolo relativa al dominio descritto in precedenza, con risoluzione orizzontale di 400 m. I codici d uso del suolo sono definiti secondo una classificazione a 21 classi - ricavata da quella standard internazionale CORINE a 44 classi - (EEA Data Service, mediante accorpamento 8

9 di alcune categorie e secondo la didascalia riportata accanto alla figura. Sono evidenti la presenza di zone urbanizzate (la zona industriale e urbana di Monfalcone) al centro del dominio, la zona prevalentemente agricola ad Ovest e la zona più boschiva a Nord e Nord-est verso la Slovenia. 1 = Urban fabric 2 = Industrial, commercial and transport units 3 = Airports 4 = Other artificial surfaces 5 = Arable land (non-irrigated) 6 = Rice fields 7 = Permanent crops 8 = Pastures 9 = Heterogeneous agricultural areas 10 = Broad-leaved forest 11 = Coniferous forest 12 = Mixed forest 13 = Natural grassland 14 = Shrubs and heathland 15 = Beaches, dunes, and sand plains 16 = Bare rock 17 = Sparsely vegetated areas 18 = Glaciers and perpetual snow 19 = Inland wetlands 20 = Coastal wetlands 21 = Water bodies Fig. 4: Mappa di uso suolo (secondo le 21 classi elencate nella didascalia) e orografia. 3 CARATTERIZZAZIONE METEOROLOGICA DEL SITO Per la realizzazione delle simulazioni di dispersione a scala locale con il modello Lagrangiano a particelle SPRAY alla risoluzione di 400 m, è necessario disporre di un set di dati meteorologici tridimensionali, che riproduca realisticamente le caratteristiche del dominio sotto investigazione. A questo scopo sono stati estratti i dati meteorologici prodotti dal sistema modellistico utilizzato all interno del progetto MINNI (Zanini et al, 2010, Vitali et al., 2010). Il progetto MINNI ( Modello Integrato Nazionale a supporto della Negoziazione internazionale sui temi dell Inquinamento atmosferico ; che comprende, al primo livello, la produzione di campi meteorologici alla risoluzione di 20 km sul dominio di riferimento nazionale e, successivamente, di campi meteorologici ad alta risoluzione (4 km) su 5 sottodomini illustrati in figura 5, dove le aree coperte da simulazioni meteorologiche sono rappresentate dai rettangoli blu, tra i quali il dominio Nord Italia. Le simulazioni MINNI coprono diversi periodi annuali, in particolare gli anni ; per le simulazioni oggetto del presente lavoro è stato scelto l anno 2007, che rappresenta una situazione media da un punto di vista climatologico, non caratterizzata da condizioni particolarmente estreme. In aggiunta a questo, il periodo garantisce anche una copertura dei dati di qualità dell aria provenienti dalla rete di monitoraggio intorno 9

10 all impianto - attualmente gestita da ARPA FVG - e da utilizzare per una verifica dei livelli locali di inquinamento osservati nel periodo di riferimento. Fig. 5: Domini di calcolo per le simulazioni MINNI 2007 L area MINNI Nord Italia copre interamente la zona di simulazione, come indicato nelle figure 6 e 7, che rappresentano rispettivamente il dettaglio totale del grigliato MINNI e la copertura sul dominio di simulazione. 10

11 Fig. 6: Area complessiva di copertura dei punti meteorologici MINNI Nord Italia Fig. 7: Dettaglio di copertura dei grigliato punti MINNI Nord Italia sul dominio target di calcolo, rappresentato dal quadrato rosso 11

12 Il dataset MINNI contiene i campi meteorologici tridimensionali (matrici di vento, temperatura e umidità) e bidimensionali (precipitazione e copertura nuvolosa) a risoluzione temporale oraria. Il dataset è stato ottenuto mediante l applicazione di un modello meteorologico prognostico alle equazioni primitive, opportunamente guidato al contorno da campi di analisi a grande scala e, localmente, mediante l utilizzo di dati misurati. Per effettuare un analisi di rappresentatività locale dei dati MINNI, è stato effettuato un confronto con i dati anemometrici locali disponibili nella zona, in particolare è stato effettuato il confronto sia con i dati misurati da a2a a quota camino sia con i dati climatologici di Ronchi dei Legionari misurati dal Servizio Meteorologico dell Aeronautica militare e presenti nel sito SCIA ( Le figure 8, 9 e 10 riportano rispettivamente: le rose dei venti misurate totali a Ronchi dei Legionari (statistica su lungo periodo), sul camino della centrale a2a (anni dal 2008 al 2012) e la rosa dei venti estratta a quota camino dal dataset MINNI I confronti mostrano, per tutte le rappresentazioni, un sostanziale e buono accordo, conservando le caratteristiche generali del flusso e mostrando alcune differenze legate ai diversi sistemi di misura e di modellazione. In particolare è evidente in tutte le rose dei venti la predominanza delle direzioni da NordEst e Est NordEst che mostrano anche le velocità più elevate (vento di bora). Fig. 8: Rosa dei venti totale misurata a Ronchi dei Legionari climatologica su lungo periodo (dati SCIA) 12

13 Fig. 9: Rosa dei venti totale misurata presso l anemometro a quota camino a2a, anni Fig. 10: Rosa dei venti MINNI per l anno 2007 quota camino nella posizione della ciminiera a2a A titolo di esempio, viene presentata in figura 11 la rosa dei venti MINNI in prossimità del suolo per l anno 2005, considerato periodo di riferimento per ARPA FVG, che mostra caratteristiche simili (con velocità del vento meno elevate) rispetto alla rosa dei venti a quota camino MINNI del

14 Fig. 11: Rosa dei venti MINNI per l anno 2005 in prossimità del suolo, nella posizione della ciminiera a2a Complessivamente, il confronto con i dati sperimentali disponibili mostra una buona affidabilità del dato MINNI 2007 che è stato quindi utilizzato per la realizzazione della parte meteorologica delle simulazioni. Utilizzando i dati di topografia e uso suolo a risoluzione più fine, è stata quindi effettuata una discesa di scala dei campi meteorologici orari al suolo e in quota provenienti dal dataset MINNI 2007, passando dalla risoluzione iniziale a 4 km alla risoluzione finale di 400m, applicando il modello diagnostico a divergenza nulla Swift/Minerve, descritto nel seguito. Il modello Swift/Minerve sviluppato da EDF e ARIA Technologies S.A. (Aria Technologies, 2001, Finardi et al. 1998) è un codice mass-consistent di tipo diagnostico in grado di ricostruire i campi tridimensionali di vento e temperatura. Per la ricostruzione del campo di vento, il modello opera essenzialmente in due fasi: nella prima effettua l interpolazione sul dominio di calcolo tridimensionale dei dati di vento forniti in input; nella seconda - detta di analisi oggettiva - applica il principio fluidodinamico di conservazione della massa ad ogni cella del dominio e produce un campo di vento definito aggiustato. La fase di aggiustamento consiste nella soppressione della divergenza presente nel campo interpolato, attraverso la minimizzazione del seguente funzionale: I = λ ( u, v, w, λ) ( u u ) + ( v v ) + α( w w ) + u dv V

15 con: u 0, v 0, w 0 componenti cartesiane del campo interpolato; u, v, w componenti cartesiane del campo aggiustato; λ è il moltiplicatore di Lagrange; u è la divergenza del vettore vento u = (u, v, w). Il parametro α consente di pesare diversamente l aggiustamento delle componenti orizzontali e verticali della velocità del vento: con α=1 non c'è differenza nel grado di aggiustamento, mentre valori più piccoli/grandi di α fanno sì che l'aggiustamento sia operante principalmente sulla componente orizzontale/verticale del campo di vento. Inoltre, poiché da α dipende la parte di flusso che aggira l'ostacolo orografico in rapporto a quella che lo oltrepassa verticalmente, il suo valore è usato spesso per tenere conto della stabilità atmosferica sul flusso. La componente verticale del campo di vento (w) normalmente non viene considerata durante la fase di interpolazione, in quanto non si dispone di una rete tridimensionale di misura per tale parametro, quindi si considera w 0 =0 per ogni cella del dominio e, di fatto, w viene generata dal modello durante la fase di aggiustamento. Per costruzione, i modelli di tipo mass-consistent hanno la caratteristica di produrre il migliore campo di vento a divergenza nulla che minimizza lo scostamento complessivo dall iniziale interpolazione grezza delle misure. Per questo motivo, la prima fase di interpolazione delle misure di vento riveste grande importanza nel processo di ricostruzione del campo di vento finale. Inoltre il campo interpolato che si ottiene dipende spesso dalla configurazione spaziale delle postazioni di misura, oltre che dalle quote di misura dei profili verticali. Swift/Minerve consente di scegliere tra diversi metodi di interpolazione: l'interpolazione di Cressman pesata sull'inverso del quadrato della distanza, che può essere effettuata separatamente per i diversi strati verticali (Cressman 2D) o in maniera tridimensionale (Cressman 3D) e il metodo non isotropo di triangolazione delle misure al suolo associato ad un'interpolazione tridimensionale delle misure in quota (profili verticali). L'interpolazione dei dati di vento viene eseguita indipendentemente per ognuna delle componenti cartesiane del vettore vento. Più esplicitamente, il metodo Cressman 2D consiste, dapprima, nell'interpolare linearmente sugli strati verticali del reticolo i profili di vento, quindi nel calcolare, per ogni strato, le componenti del vento nei punti di coordinate (x,y) della maglia, secondo le equazioni: con: U i ( x, y, k) = NMSUR n= 1 [ U ( x, y ) P ( x, y) ] i NMSUR n= 1 n P n n ( x, y) i = 1,2 U 1 = u 0 e U 2 =v 0, componenti orizzontali del campo interpolato; NMSUR, numero di stazioni dello strato: n 15

16 per il primo strato sopra il suolo (k=2), NMSUR è il numero delle misure al suolo utilizzate; per gli strati sovrastanti, NMSUR è pari al numero delle misure interpolate a partire dai profili considerati; P n (x, y) il peso associato alla postazione di misura ed espresso dalla funzione del tipo: dove: ( ) P x, n y = 1 r 2 r ; n = R P n h R = x x + y y, distanza del punto maglia (x,y) dalla stazione di coordinate (x n, y n ); n ( ) ( ) 2 2 n n n P h il parametro di portata orizzontale, calcolato automaticamente da Swift/Minerve, in funzione della distanza tra le stazioni e del passo della maglia orizzontale. Al termine di questa inizializzazione del campo tridimensionale, mediante una funzione esponenziale, può essere eseguito un raccordo tra il campo alla superficie U i (x,y,2), relativo al primo strato della maglia, e quello in quota U i (x,y,k), riguardante i restanti strati del reticolo. Tutto ciò in modo da attenuare le discontinuità che possono insorgere per il fatto che, per il livello superficiale vengono utilizzate solo le misure delle postazioni al suolo, mentre per i livelli sovrastanti vengono usate solo le misure dei profili di vento. Nella interpolazione di tipo Cressman 3D, il peso P n (x, y, z) è funzione della distanza tridimensionale e le componenti orizzontali di ogni cella del grigliato, U i (x, y, k), sono calcolate tenendo conto non solo della distanza in senso orizzontale ma anche della quota a cui è stata effettuata la misura. In questo modo si ha una ricostruzione più continua dei profili di ogni cella. Il modello ha prodotto 8761 campi meteorologici orari a partire dalle ore 00:00 del giorno 1/1/2007, fino alle ore 00:00 del giorno 1/1/2008. Questi campi sono stati direttamente utilizzati dal modello Lagrangiano a particelle SPRAY per ricostruire la dispersione degli agenti inquinanti. A titolo esemplificativo, nelle figure 12 e 13 sono riportati rispettivamente i campi meteorologici di vento medio in prossimità del suolo sul dominio esteso per una situazione invernale, il giorno 15/1/2007, e per una situazione estiva, giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (caso notturno) e alle ore 13:00 (caso diurno) 16

17 Fig. 12: Campi di vento in prossimità del suolo calcolati il giorno 15/1/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Per maggiore chiarezza, i campi sono mostrati con risoluzione orizzontale di 800 m. Nel caso specifico, durante la notte del 15/1/2007 i venti provengono da Nord-est con intensità sulla terra di circa 2 m/s in rafforzamento verso Sud-ovest sul mare fino a raggiungere intensità di circa 4.6 m/s. Durante le ore diurne dello stesso giorno invernale, il vento ha intensità decisamente ridotta, mantenendo una direzione prevalentemente da Nord e rimanendo lungo la costa nella parte a Sud-est del dominio. Fig. 13: Campi di vento in prossimità del suolo calcolati il giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Per maggiore chiarezza, i campi sono mostrati con risoluzione orizzontale di 800m. Nello specifico caso estivo, durante la notte, il vento è in situazione di calma con direzioni variabili. 17

18 Durante il giorno, la velocità del vento è decisamente maggiore arrivando a oltre 5.9 m/s e la direzione di provenienza Sud-ovest uniforme su tutto il dominio, a rappresentare un tipico caso di brezza diurna ben sviluppata. Allo scopo di illustrare le caratteristiche statistiche del flusso simulato, sono state estratte le serie temporali dei dati prodotti mediante il codice Swift/Minerve in corrispondenza dell impianto a2a, e sono state calcolate le rose dei venti in corrispondenza sia del primo livello della ricostruzione meteorologica, alla quota di 20 m, che a quota camino. Le figure 14 e 15 mostrano rispettivamente le rose dei venti alle due quote, considerando il totale dei dati, il caso diurno e il caso notturno. Nelle rose dei venti al suolo si nota la presenza di un flusso meno intenso, con una minore polarizzazione sulle direzioni da Est e da Est Nord-est che è invece presente nelle rose dei venti a 150 metri. Nei grafici giorno-notte è evidente il contributo del fenomeno di brezza costiera, che determina un maggior contributo delle direzioni di provenienza dal mare durante le ore diurne e di vento da terra durante le ore notturne. Permangono comunque in percentuale elevata i venti forti provenienti da Est e Est Nord-est. Le rose dei venti a 150 metri subiscono solo piccole differenze rispetto a quelle alla medesima quota ottenuta dai dati MINNI 2007 in input al codice Minerve/Swift, che quindi non modifica in maniera sostanziale il flusso ai livelli più elevati proveniente da informazioni a scala più grande. 18

19 Fig. 14: Rose dei venti totale (in alto), diurna (in basso a sinistra) e notturna (in basso a destra) in prossimità del suolo, posizione camini centrale a2a, simulata dal codice Swift/Minerve. Scale di velocità del vento in m/s 19

20 Fig. 15: Rose dei venti totale (in alto), diurna (in basso a sinistra) e notturna (in basso a destra) a 150m di quota, in posizione camini centrale a2a, simulata dal codice Swift/Minerve. Scale di velocità del vento in m/s Il modello Lagrangiano a particelle SPRAY, per determinare il trasporto degli inquinanti emessi in atmosfera, oltre alle caratteristiche del vento che domina il trasporto in direzione orizzontale, richiede che siano definite le caratteristiche della turbolenza atmosferica, cioè dei moti disordinati che hanno origine sia meccanica sia termica e che favoriscono, in condizioni di instabilità, la dispersione anche nella direzione verticale. Nei modelli utilizzati per il presente lavoro, la turbolenza viene descritta attraverso opportune variabili fisiche dette di scala, che hanno il compito di riassumerne le principali caratteristiche. Tali variabili sono: 20

21 u* o velocità di frizione, che descrive gli effetti legati alla turbolenza di tipo meccanico, dovuti alla presenza di ostacoli superficiali o variazioni con la quota della velocità del vento (shear); Hmix o altezza dello strato limite, che rappresenta lo strato adiacente al suolo variabile nel tempo e nello spazio all interno del quale avvengono i principali fenomeni turbolenti generati dall interazione del flusso atmosferico con la superficie, e dove vengono in genere immesse le sostanze inquinanti; L o lunghezza di Monin-Obukhov che rappresenta un indicatore della stabilità atmosferica. Un atmosfera stabile tende ad un minore rimescolamento e dispersione delle sostanze emesse, al contrario un atmosfera instabile è caratterizzata da una maggiore efficienza dispersiva. Valori negativi vicini allo zero sono rappresentativi di un atmosfera instabile in condizioni convettive diurne, valori positivi piccoli sono invece caratteristici di un atmosfera stabile tipicamente notturna; w* o velocità convettiva di scala che rappresenta una misura dell intensità della turbolenza nelle ore più calde in presenza di forte irraggiamento solare. I campi di queste variabili vengono ricostruiti ora per ora su tutto il dominio mediante l utilizzo del preprocessore SurfPro descritto nel seguito, tenendo conto delle disomogeneità orizzontali indotte dalla presenza di differenti caratteristiche di uso del suolo. Il codice SurfPro sviluppato da ARIANET S.r.l. (Silibello, 2006), è un pre-processore meteorologico in grado di ricostruire le principali variabili che descrivono la turbolenza atmosferica su terreno complesso, necessarie in input a modelli di dispersione. Il codice riceve in input i campi tridimensionali di vento e temperatura generati dal codice Swift/Minerve, eventuali variabili meteorologiche disponibili sul territorio in esame (quali ad esempio la nuvolosità o la radiazione solare globale disponibile ora per ora dai campi provenienti da un modello prognostico) e la matrice di dati di uso del suolo, su un grigliato orizzontale corrispondente a quello dei dati di vento, in grado di descrivere la non omogeneità orizzontale del terreno nella risposta alla forzante radiativa solare e la conseguente disomogeneità nei campi di turbolenza che si vengono a determinare. Utilizzando diversi schemi di parametrizzazione della turbolenza consolidati in letteratura, il codice ricostruisce campi bidimensionali delle variabili di scala descritte in precedenza. Il programma tiene inoltre conto sia dell inclinazione dei pendii rispetto a quella dei raggi solari che degli effetti d ombra presenti a causa dell eventuale mascheramento provocato dall orografia. Nelle figure seguenti sono riportati rispettivamente i campi (bidimensionali) di u*, Hmix, L e w* alle ore 01:00 e 13:00 del giorno 15/1/2007, calcolati dal codice SurfPro. Durante le ore notturne, i campi mostrano lo sviluppo di uno strato limite stabile di spessore molto limitato, caratterizzato da valori di u* ovunque piuttosto piccoli, più elevati 21

22 nelle zone urbanizzate e boschive caratterizzate da maggiore rugosità superficiale. L atmosfera rimane instabile sulla superficie del mare. Durante le ore diurne, sulla terraferma si sviluppa uno strato limite instabile con spessore compreso tra 300 e 700 m, con velocità convettiva non trascurabile, ma estremamente ridotta sulla superficie del mare. Fig. 16: Campi bidimensionali della velocità di frizione u* calcolati il giorno 15/1/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m/s, secondo la scala colorata. Fig. 17: Campi bidimensionali dell altezza di rimescolamento Hmix calcolati il giorno 15/1/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m, secondo la scala colorata. 22

23 Fig. 18: Campi bidimensionali della lunghezza di Monin-Obukhov calcolati il giorno 15/1/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m, secondo la scala colorata. Fig. 19: Campi bidimensionali della velocità di scala convettiva w* calcolati il giorno 15/1/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m/s, secondo la scala colorata. Nelle figure seguenti sono riportate le medesime figure dei campi (bidimensionali) di u*, Hmix, L e w* alle ore 01:00 e 13:00 del giorno 15/7/2007, calcolati dal codice SurfPro. Durante le ore notturne, i campi mostrano lo sviluppo di uno strato limite estremamente limitato, caratterizzato da valori di u* ovunque molto piccoli. Durante le ore diurne, sulla terraferma si sviluppa uno strato limite altamente instabile con spessore compreso tra i 1000 e 1500 m. La velocità convettiva di scala sulla terra raggiunge valori di circa 2 m/s, in questo caso specifico, valore tipico di situazioni convettive. 23

24 Fig. 20: Campi bidimensionali della velocità di frizione u* calcolati il giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m/s, secondo la scala colorata. Fig. 21: Campi bidimensionali dell altezza di rimescolamento Hmix calcolati il giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m, secondo la scala colorata. 24

25 Fig. 22: Campi bidimensionali della lunghezza di Monin-Obukhov calcolati il giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m, secondo la scala colorata. Fig. 23: Campi bidimensionali della velocità di scala convettiva w* calcolati il giorno 15/7/2007 alle ore 01:00 (a sinistra) e alle ore 13:00 (a destra). Valori in m/s, secondo la scala colorata. Questi esempi sono riportati per mostrare come un modello tridimensionale può considerare in maniera realistica tutte le caratteristiche delle variabili meteorologiche e dispersive che si verificano nel dominio considerato, con le loro variazioni spaziali (indotte dalla presenza di orografia complessa, da discontinuità terra/mare, ecc.) e temporali (alternarsi di situazioni instabili diurne e stabili notturne, regimi turbolenti diversi per le stagioni fredde e calde, ecc.). La disponibilità di dati meteorologici al suolo e in quota, ora x ora per un intero anno, consente di simulare in modo naturale e continuo il trasporto e la dispersione degli inquinanti emessi in ogni punto del dominio di calcolo con le loro caratteristiche modulazioni temporali, definendo le mappe di concentrazioni al suolo per ogni ora dell anno e per i diversi inquinanti. 25

26 4 QUADRO EMISSIVO Per la valutazione dei contributi di impatto sulla qualità dell aria delle varie attività presenti nell area di studio, è stato necessario caratterizzare le principali sorgenti emissive sia in termini assoluti (quantità di inquinanti emessi nell anno di riferimento) sia per caratteristiche fisiche e geometriche del rilascio in atmosfera degli inquinanti (localizzazione nel dominio, altezza del punto di emissione, modulazione nel tempo, ecc.). Come base di partenza si è fatto riferimento all inventario regionale delle emissioni in atmosfera realizzato da Arpa Friuli Venezia Giulia, su base comunale, nell ambito delle attività di monitoraggio, pianificazione e risanamento della qualità dell aria previste dalla normativa di settore (D.Lgs. 155/2010). Per la parte di territorio sloveno, incluso nel dominio di calcolo, si è invece fatto riferimento agli inventari, sviluppati in ambito europeo, TNO (Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek) ed EMEP (Enviromental Monitoring European Program, Queste informazioni di base hanno potuto, per alcune delle attività presenti in inventario, essere integrate ed armonizzate con l inventario nazionale (elaborato da ISPRA) e con quelli europei (EMEP/TNO), nonché aggiornate, in modo da fornire una descrizione più realistica e dettagliata del contesto emissivo nell area di Monfalcone, più adatta cioè alla scala spaziale dello studio. Alle attività considerate è stato applicato un profilo di modulazione temporale opportuno, per meglio simulare il diverso carico emissivo che si può verificare nelle diverse ore, giorni, mesi dell anno. Nei paragrafi seguenti, dopo una breve sintesi sui contenuti dell inventario regionale del Friuli Venezia Giulia, saranno quindi descritti gli approfondimenti realizzati ad hoc per i principali settori emissivi (metodologia, fonti alternative di informazioni) e fornito il quadro completo delle emissioni simulate. 4.1 INVENTARIO REGIONALE DEL FRIULI VENEZIA GIULIA L inventario delle emissioni è uno strumento essenziale per la conoscenza delle cause che incidono sulla qualità dell aria e per la pianificazione di misure per il risanamento della stessa. Si basa sulla raccolta, aggiornabile, di informazioni e di dati di varia provenienza atti ad individuare le quantità e le tipologie degli inquinanti introdotti in atmosfera da attività antropiche e da sorgenti naturali nel territorio in esame. La compilazione di un inventario delle emissioni è inevitabilmente da intendersi in senso dinamico, poiché via via si rendono disponibili nuove e migliori metodologie di stima, in termini di fattori di emissione più attendibili, di completezza e consistenza dei dati statistici di base edi nuove categorie di attività non considerate in precedenza. Ai sensi dell art. 22, comma 3 del D.Lgs. 155/2010, lo Stato, tramite ISPRA, elabora un inventario nazionale scalato su base provinciale con frequenza quinquennale (ultimo aggiornamento al 2010), mentre le Regioni e le Provincie Autonome sono responsabili degli inventari locali, aggiornati con frequenza almeno triennale, sulla base dei quali impostare i propri piani e programmi di risanamento. La metodologia per l elaborazione degli inventari è disciplinata nell Allegato V dello stesso decreto 155/2010 e fa riferimento 26

27 al manuale EMEP/CORINAIR ( promosso e coordinato dalla DG XI della Commissione Europea nell ambito del programma sperimentale CORINE (COoRdinated Information on the Environment in the European Community), intrapreso nel Per l elaborazione del proprio inventario, la Regione Friuli Venezia Giulia ha aderito al progetto INEMAR (INventario EMissioni ARia) e dispone di un proprio database in grado di generare l'inventario delle emissioni in atmosfera, ovvero di stimare le emissioni dei diversi inquinanti, a livello comunale, per diversi tipo di attività (es.: riscaldamento, traffico, agricoltura e industria) e per tipo di combustibile, secondo la classificazione internazionale EMEP-Corinair. Inizialmente realizzato dalla Regione Lombardia, con una collaborazione della Regione Piemonte, dal 2003 INEMAR è sviluppato e aggiornato nell'ambito di una collaborazione interregionale che coinvolge le Regioni Lombardia, Piemonte, Veneto, Friuli Venezia Giulia, Emilia-Romagna, Puglia, Marche e le provincie autonome di Trento e di Bolzano. Grazie alla disponibilità dell inventario regionale INEMAR, fornito da Arpa FVG per l anno 2007 e per l anno 2010 (quest ultimo in forma preliminare, in quanto sottoposto al momento alla fase di revisione pubblica per seguire gli aggiornamenti si veda il sito ), lo studio qui presentato ha potuto basarsi su un inventario locale, e non, come spesso accade, sull inventario nazionale spazializzato a livello provinciale; questo ha permesso di descrivere con una maggior ricchezza di dati la situazione locale e di apportare più facilmente opportune modifiche ed integrazioni in presenza di informazioni più aggiornate. In accordo con la metodologia CORINAIR, le fonti emissive (antropiche e non) sono catalogabili in 11 macro-settori che seguono la nomenclatura SNAP (Selected Nomenclature for Air Pollution): 1. Produzione pubblica di elettricità, impianti di cogenerazione e di teleriscaldamento; 2. Impianti di combustione commerciali, istituzionali e residenziali e combustione nell agricoltura (es. caldaie per il riscaldamento degli edifici, stufe e camini, piccole caldaie per l acqua a uso sanitario); 3. Impianti di combustione industriali (es. produzione di energia e calore nell industria, forni siderurgici, cementifici, industria del vetro e della ceramica); 4. Processi produttivi (es. industria chimica, lavorazione dei metalli, industria del legno, della carta, alimentare, estrazione dei materiali da cava); 5. Estrazione e distribuzione dei combustibili fossili (es. reti di distribuzione dei combustibili, stazioni di rifornimento); 6. Uso dei solventi (es. verniciatura industriale e domestica, produzione di colle e vernici, industria tessile e conciaria, stampa); 7. Trasporto su strada (auto, moto, veicoli commerciali leggeri e pesanti su strade urbane, extraurbane ed autostrade; emissioni evaporative dai veicoli parcheggiati); 8. Altre sorgenti mobili (es. trasporto su ferro, marittimo ed aereo, veicoli agricoli); 9. Trattamento e smaltimento dei rifiuti; 10. Agricoltura; 27

28 11. Altro (es. vegetazione, combustione di tabacco, fuochi d artificio, incendi). Secondo questa classificazione, le emissioni della centrale a2a ricadono nel macro settore 1, il riscaldamento civile nel macro settore 2, le attività industriali e produttive sono distribuite tra i macro settori 3, 4 e 6, il traffico ricade nel macro settore 7, mentre le emissioni legate al traffico portuale e aeroportuale ricadono nel macro settore 8. Nelle seguenti tabelle sono riportati i valori emissivi stimati da INEMAR FVG Anno 2010 (dati provvisori a settembre 2014) complessivamente per il territorio regionale per gli inquinanti oggetto di questo studio: Tabella 1: Emissioni annuali in Friuli Venezia-Giulia, secondo le unità riportate (fonte INEMAR 2010 non definitivo). NOX CO SO2 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a 1- Energia Riscaldamento Energia industria Processi produttivi Combustibili 6 Uso di solventi Trasporto stradale Altri mezzi mobili Rifiuti Agricoltura Altro Totale Tabella 2: Emissioni annuali in Friuli Venezia-Giulia: ripartizione % (fonte INEMAR 2010 non definitivo). NOX CO SO2 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD % % % % % % % % % % % % 1- Energia 19% 1% 22% 2% 1% 0% 5% 7% 9% 31% 0% 0% 2- Riscaldamento 8% 63% 4% 66% 74% 89% 6% 4% 9% 2% 6% 6% 3 Energia industria 28% 8% 42% 3% 3% 1% 25% 52% 48% 18% 32% 4% 4 Processi produttivi 2% 3% 8% 7% 4% 8% 62% 26% 28% 7% 32% 34% 5 Combustibili 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 6 Uso di solventi 2% 0% 0% 2% 1% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 7 Trasporto stradale 33% 22% 0% 13% 11% 1% 0% 3% 5% 4% 29% 0% 8 Altri mezzi mobili 7% 0% 23% 3% 3% 0% 0% 6% 0% 36% 0% 56% 9 - Rifiuti 0% 0% 0% 0% 0% 0% 2% 1% 1% 0% 0% 0% 10 - Agricoltura 1% 0% 0% 2% 1% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 11 - Altro 0% 2% 0% 1% 1% 1% 0% 0% 0% 0% 0% 0% Totale 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% Sebbene il benzene sia presente tra gli inquinanti stimati nell inventario, INEMAR, per il momento, non include i fattori di emissione per tutte le attività. Le emissioni di benzene 28

29 nell area di studio sono state derivate a partire da quelle dei COV (Composti Organici Volatili) applicando dei profili di speciazione caratteristici per ogni attività, reperiti in letteratura. Il quadro complessivo che emerge dall analisi delle due tabelle suggerisce che, per gli inquinanti oggetto dello studio, l apporto dei macrosettori 5, 9, 10 e 11 sia trascurabile e le corrispondenti emissioni non sono state considerate nelle simulazioni modellistiche. Come si può constatare dalla tab. 2 di ripartizione percentuale delle emissioni annuali, nel contesto regionale, la produzione di energia costituisce una sorgente rilevante di emissioni in merito a :ossidi di azoto, ossidi di zolfo e metalli (limitatamente ad alcuni, es. il nichel). Come prevedibile, sia il traffico stradale sia il riscaldamento contribuiscono pesantemente alle emissioni complessive: in particolare si evidenzia il contributo elevato alle emissioni di polveri e IPA del riscaldamento a legna. Per quanto riguarda i metalli, l apporto principale è associato alle attività produttive dislocate sul territorio. Infine, l uso di combustibili ad alto contenuto di zolfo nell ambito delle attività portuali è causa di un contributo elevato alle emissioni di SO 2. Nei paragrafi seguenti, come già anticipato, sono descritti gli approfondimenti, le integrazioni e le modifiche apportate, per alcuni di questi settori alle informazioni fornite da INEMAR 2010, in modo da ottenere un quadro emissivo più dettagliato relativo all area di studio considerata, che include anche una parte di territorio sloveno. 4.2 APPROFONDIMENTI SU ALCUNI COMPARTI EMISSIVI Centrale a2a di Monfalcone La centrale a2a di Monfalcone ha quattro gruppi termoelettrici installati, con emissioni dei singoli gruppi convogliate in una canna differente di un unico camino. Le sezioni delle canne hanno i seguenti diametri: gruppi 1 e 2 = 3.5 m gruppi 3 e 4 = 4.7 m Il camino emittente, di altezza pari a 150 m, ingloba le quattro canne, a due a due gemelle, come si vede con chiarezza nella foto aerea riportata in figura

30 Fig. 24: Immagine aerea del camino della centrale a2a di Monfalcone Per le finalità di questo studio, sono stati considerati funzionanti i soli gruppi 1 e 2 della centrale, alimentati a carbone. Negli ultimi anni, infatti, le ore di utilizzo delle unità 3 e 4, alimentate a OCD, sono state molto ridotte, con una quasi totale inattività di questi gruppi; si consideri inoltre che gli stessi gruppi sono stati dichiarati, da a2a, fuori servizio per la produzione di energia elettrica in rete alla fine del 2012 e quindi neanche più potenzialmente utilizzabili. La stima dei rilasci in atmosfera dei Gruppi 1 e 2 è stata basata sulle misure effettuate a camino, con i sistemi automatici di monitoraggio delle emissioni in continuo (SME) per i macroinquinanti (CO, SO2, NOX, Polveri) e nell ambito delle campagne semestrali previste dal regime autorizzativo cui è sottoposta la centrale per i microinquinanti. I valori medi di concentrazione dei macroinquinanti, calcolati come media delle concentrazioni mensili registrate tra maggio 2009 e dicembre 2013, sono riportati nella Tab. 3. Le concentrazioni di PM10 e PM2.5 sono state considerate uguali alle concentrazioni di polveri totali sospese PTS misurate dallo SME. Gruppo Tabella 3: Caratteristiche emissive della centrale utilizzate nella simulazione: macroinquinanti. Fumi 2 rif (Nm 3 /h) Concentr. CO (mg/nm 3 ) Caratteristiche emissive dei Gruppi 1 e 2 Composizione dei fumi Macroinquinanti Concentr. SO 2 (mg/nm 3 ) Concentr. NOx (mg/nm 3 ) Concentr. PTS (mg/nm 3 ) Rilasci CO (kt/anno) Rilasci SO 2 (kt/anno) Rilasci NO x (kt/anno) Rilasci PTS (kt/anno) MF MF Totale

31 I rilasci annui in Tab. 3 sono stati calcolati ipotizzando cautelativamente il funzionamento continuativo delle due unità per tutte le ore simulate (8760 ore/anno) alla portata indicata. In una tale situazione, non è possibile considerare i pennacchi di fumo emessi dai due gruppi indipendenti tra di loro. La notevole vicinanza degli imbocchi delle canne è tale da poter considerare, con ottima approssimazione, i fumi emessi quasi immediatamente rimescolati. Dal punto di vista della risalita dei pennacchi sono state quindi ricalcolate le caratteristiche fisiche, ovvero diametro, velocità e temperatura di uscita, di un unico camino equivalente. Queste caratteristiche sono riassunte nella seguente Tab. 4. Tabella 4: Caratteristiche del camino equivalente camini equivalenti nelle due configurazioni configurazione Velocità uscita (m/s) Temperatura uscita ( C) Diametro equivalente (m) MF1/MF Per quanto riguarda i microinquinanti ed i rispettivi valori medi di concentrazione, sono stati calcolati sulla base di sette misure, corrispondenti ai prelievi semestrali effettuati dal 2010 al primo semestre del Gruppo Tabella 5: Caratteristiche emissive della centrale utilizzate nella simulazione: concentrazioni a camino di microinquinanti. Fumi 2 rif (Nm 3 /h) Concentr. Hg (mg/nm 3 ) Caratteristiche emissive dei Gruppi 1 e 2 Composizione dei fumi - Microinquinanti Concentr. As (mg/nm 3 ) Concentr. Cd (mg/nm 3 ) Concentr. Ni (mg/nm 3 ) Concentr. Pb (mg/nm 3 ) Concentr. IPA (mg/nm 3 ) Concentr. PCDD/DF (mg/nm 3 ) Concentr. TOC (mg/nm 3 ) MF E E E E E E E-10 1,023 MF E E E E E E E-10 6,15E-1 Anche per i microinquinanti i rilasci annui, riassunti in Tab. 6, sono stati calcolati, cautelativamente, ipotizzando il funzionamento delle due unità per 8760 ore all anno. Gruppo Tabella 6: Caratteristiche emissive della centrale utilizzate nella simulazione: emissioni annuali di microinquinanti. Rilasci Hg (kg/a) Rilasci As (kg/a) Caratteristiche emissive dei Gruppi 1 e 2 Emissioni annuali - Microinquinanti Rilasci Cd (kg/a) Rilasci Ni (kg/a) Rilasci Pb (kg/a) Rilasci IPA (kg/a) Rilasci PCDD/DF (mg/a) MF1 4.42E E E-1 4,53 MF2 4.58E E E-1 2,82 Rilasci TOC (t/a) Totale E ,34 31

32 4.2.2 Altri processi produttivi Oltre alla centrale a2a, la versione 2010 dell inventario regionale contiene due altre sorgenti di emissioni convogliate nel dominio di calcolo: Elettrogorizia e Cartiera Burgo. Il resto delle emissioni industriali è stimato, su base comunale, mediante variabili proxy, quali il numero di addetti in una certa categoria merceologica (macro settore 4 Processi produttivi) o il consumo di combustibili (macro settore 3 Combustione nell industria) o di solventi (macro settore 6 Uso di solventi). Con lo scopo di migliorare la descrizione dello stato della qualità dell aria ed il grado di realismo delle simulazioni, particolare attenzione è stata posta nell identificazione di ulteriori sorgenti industriali, attraverso la consultazione di database pubblici contenenti dichiarazioni ambientali (registri ETS ed EPRTR), dati autorizzativi (Autorizzazione Integrata Ambientale AIA) e comunicazioni degli enti di controllo sloveni. Fig. 25: Localizzazione delle sorgenti industriali con emissioni convogliate. Ad ogni industria identificata e geo riferita è stata associata una categoria di attività secondo la classificazione SNAP e stimata un emissione sulla base dei dati disponibili, eventualmente sottratta alle emissioni diffuse nello stesso comune associate alla stessa attività, in modo da evitare il doppio conteggio delle emissioni. Complessivamente hanno potuto così essere trattate, come sorgenti puntuali, trenta stabilimenti nel territorio italiano e sette in quello sloveno (vedi Fig. 25). Nella tabella seguente sono riassunti i flussi di massa degli inquinanti associati ad attività di tipo industriale (o energetico) simulati nel dominio. Le emissioni industriali areali slovene sono state ricavate dai dati TNO/EMEP: 32

33 Tabella 7: Emissioni industriali, aggregate per tipologia e nazionalità, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Friuli Slovenia diffuso puntuale diffuso puntuale Le emissioni industriali diffuse sono state spazializzate sulle celle di calcolo mediante il layer tematico edificato derivato da database di uso del suolo (CORINE Land Cover 2006 a 100 m di risoluzione). La Figura 26 mostra un esempio delle emissioni orarie di NO X, allocate sulle celle del grigliato di calcolo, pronte per costituire dati di input per il modello di dispersione. Fig. 26: Emissioni di NO X industriali diffuse, su celle, alle ore 12 giorno feriale 1328 sorgenti Riscaldamento Le emissioni da combustione non industriale (riscaldamento civile e terziario) sono state anch'esse desunte dalle fonti già citate in precedenza. La Figura 27 mostra la localizzazione spaziale di partenza delle emissioni e la Tabella 8 raccoglie le masse totali emesse per ogni inquinante, suddivise fra emissioni nazionali ed estere (Slovenia). 33

34 Fig. 27: Entità geografiche su cui sono fornite le emissioni da riscaldamento: in arancione i comuni (emissioni regionali), in verde le celle dell'inventario TNO (emissioni slovene). In nero la griglia di calcolo. Tabella 8: Emissioni totali da riscaldamento nel dominio di calcolo, suddivise per nazionalità, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Friuli Slovenia Per una migliore allocazione spaziale delle emissioni, esse sono state distribuite sulle celle di calcolo mediante l'uso di tematismi spaziali di uso del suolo (CORINE Land Cover 2006 a 100 m di risoluzione). Per le emissioni da edifici residenziali è stato considerato l'uso del suolo urbanizzato, mentre per le altre emissioni (commerciale e industriale) si è usato il generico edificato. 34

35 Fig. 28: Tematismi di uso del suolo, espresso come frazione della superficie di ciascuna cella, utilizzati per spazializzare le emissioni. In nero la griglia di calcolo. A sinistra: urbanizzato, a destra: edificato totale. Riguardo alla modulazione temporale dei totali annuali, per ottenere emissioni orarie, si sono applicati, in sequenza, i profili annuale e settimanale mostrati in Fig. 29 ed i profili giornalieri mostrati in Fig. 30. Per il riscaldamento residenziale il profilo settimanale usato è costante. Fig. 29: Profili di modulazione temporale annuale (1=gennaio, 2=febbraio, ecc.) e settimanale (1=lunedì, 2=martedì, ecc.) delle emissioni da riscaldamento. Per le residenziali il profilo settimanale è costante. Fig. 30: Profili di modulazione temporale giornaliera (ora per ora) delle emissioni da riscaldamento. A sinistra il profilo usato per il riscaldamento residenziale, a destra quello per il commerciale/industriale. 35

36 La Fig. 31 mostra un esempio delle emissioni orarie di NO X da riscaldamento globale, allocate sulle celle del grigliato di calcolo. Fig. 31: Emissioni di NO X da riscaldamento, su celle, alle ore 12 giorno feriale 1081 sorgenti. 36

37 4.2.4 Trasporto su strada Le emissioni da traffico stradale, contenute nel macro settore 07 della classificazione SNAP, sono state dedotte: per l Italia, dal valore contenuto nell inventario regionale delle emissioni in atmosfera INEMAR, redatto da ARPA FVG a dettaglio comunale; per la Slovenia dal dato fornito da TNO su scala europea per i macroinquinanti ed EMEP per i microinquinanti, entrambi riferiti all anno L inventario regionale del Friuli Venezia-Giulia contiene una stima delle emissioni da traffico suddivisa in due categorie: traffico lineare e traffico diffuso. La componente di traffico lineare viene calcolata in INEMAR a partire dai flussi di traffico rilevati e stimati sulle autostrade e sulle principali strade extraurbane, senza includere le strade urbane. L inventario è quindi associato a un grafo stradale che permette di geo riferire una parte delle emissioni e di trattarle come sorgenti lineari nella simulazione. Le emissioni diffuse del macro settore 07 sono invece stimate sulla base di una quantità proxy, cioè della quota di combustibile che manca al totale del consumo di combustibili per autotrazione riportato nel Bollettino Petrolifero redatto dal Ministero dello Sviluppo Economico ( al netto dei consumi stimati per traffico autostradale ed extraurbano. Nella simulazione di dispersione, a livello spaziale, è stata pertanto mantenuta la distinzione tra il traffico diffuso, che insiste sulle aree urbane e quello lineare riferito alle strade extraurbane e alle autostrade, considerando, come sorgenti, rispettivamente: il layer dell edificato e il grafo della viabilità principale fornito per l Italia da ARPA FVG e per la Slovenia dal servizio web OpenStreetMap (( Nella Tabella 9 si riportano i valori emissivi aggregati riferiti al dominio, distinti per tipologia di traffico e nazionalità: Tabella 9: Emissioni da traffico veicolare, aggregate per tipologia e nazionalità, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Friuli Venezia Giulia Slovenia diffuso lineare diffuso lineare Per la parte italiana, per distribuire a livello spaziale l emissione comunale lineare complessiva, si sono utilizzate come variabile proxy le percorrenze veicolari ottenute come prodotto tra la lunghezza geometrica dell elemento della rete e il dato di flusso veicolare medio presente tra gli attributi del grafo. 37

38 L emissione comunale diffusa è stata invece distribuita omogeneamente sull area edificata compresa entro i confini amministrativi considerando il layer dell uso del suolo corrispondente secondo la classificazione Corine Land Cover Per la Slovenia, in assenza di informazioni riguardanti il carico veicolare sulla rete, l emissione associata alla viabilità extraurbana è stata distribuita sul grafo stradale proporzionalmente alla sola lunghezza geometrica degli archi, mentre il contributo diffuso totale è stato omogeneamente distribuito sulle aree edificate, sempre basandosi sulla classificazione di uso del suolo Corine. La mappa (Figura 32) riporta la rappresentazione complessiva delle sorgenti del traffico veicolare sul dominio, con la distinzione per tipologia stradale (autostrade in verde, extraurbane in marrone, urbane incluse nelle aree grigie). Fig. 32: Rappresentazione delle sorgenti diffuse e lineari per il traffico veicolare sul dominio di calcolo. Per quanto riguarda la modulazione temporale, sono stati elaborati profili differenziati a seconda della tipologia di strada e della macro categoria veicolare (leggeri e pesanti) e sulla base di conteggi dettagliati raccolti in occasione di altri studi in contesti analoghi; si sono quindi ottenuti profili medi pesati sulla base del contributo emissivo delle diverse categorie veicolari e stradali, che vengono applicati a tutti gli archi della rete. Si è considerata la variabilità del traffico mensile, giornaliera e oraria considerando, in questo caso, un diverso andamento per i giorni feriali, il sabato e i festivi. 38

39 Fig. 33: Profilo temporale mensile delle emissioni da traffico stradale. Fig. 34: Profilo temporale settimanale delle emissioni da traffico stradale. Fig. 35: Profilo temporale giornaliero delle emissioni da traffico stradale. Le figure 37 e 36 mostrano esempi delle emissioni orarie di NO X, allocate sui tratti di strada del grafo (per le emissioni lineari) o sulle celle del grigliato di calcolo (per le emissioni diffuse), pronte per costituire dati di input al modello di dispersione. 39

40 Fig. 36: Emissioni di NO X da traffico lineare, alle ore 12 giorno feriale 1917 sorgenti. Lo spessore dei tratti è proporzionale alle emissioni per km. Fig. 37: Emissioni di NO X da traffico diffuso, su celle, alle ore 12 giorno feriale 1081 sorgenti. 40

41 4.2.5 Trasporto navale ed aereo Particolare attenzione è stata posta nel determinare le emissioni provenienti dalle due maggiori infrastrutture di trasporto non stradale presenti nelle vicinanze della centrale: il porto di Monfalcone e l'aeroporto internazionale del Friuli Venezia Giulia a Ronchi dei Legionari. Per il porto la fonte dei dati emissivi è ancora una volta l'inventario regionale 2010 del FVG, fornito da ARPA, ai cui dati sono state aggiunte alcune informazioni necessarie per una migliore caratterizzazione delle emissioni. I valori totali annuali, presentati nella tabella seguente, sono stati ripartiti nelle due fasi di stazionamento e manovra secondo il rapporto 95%-5% rispettivamente, e spazializzate nelle due aree indicate in Fig. 38, cioè il porto (area rossa) e un corridoio largo circa 3 km (area blu) centrato sulla rotta più frequente di avvicinamento delle navi, individuata grazie al sito Tabella 10: Emissioni totali del porto di Monfalcone, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Porto Fig. 38: Aree di stazionamento (rossa) e manovra (blu) pertinenti al porto di Monfalcone. Per la modulazione temporale delle emissioni, si sono considerati i dati mensili relativi alle merci imbarcate e sbarcate nel periodo gennaio 2010 maggio 2014, in tonnellate, reperibili sul sito dell Azienda Speciale per il Porto di Monfalcone. I valori medi per ciascun mese sono stati poi normalizzati per ottenere il profilo in Fig. 39. L'andamento settimanale e giornaliero è stato supposto costante. 41

42 Fig. 39: Profili di modulazione temporale annuale (1=gennaio, 2=febbraio, ecc.) delle emissioni del porto di Monfalcone. La Fig. 40 mostra un esempio delle emissioni orarie di NO X, allocate sulle celle del grigliato di calcolo, pronte per costituire dati di input per il modello di dispersione. Fig. 40: Emissioni di NO X da attività portuali, su celle, alle ore 12 giorno feriale 407 sorgenti. Per quanto riguarda l'aeroporto di Ronchi, la fonte del dato è l'inventario nazionale ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale) relativo all'anno Le emissioni totali relative agli aeromobili (traffico nazionale e internazionale) sono state suddivise in base alle seguenti fasi: Atterraggio (sotto i 1000 piedi di altezza); Decollo (sotto i 1000 piedi di altezza, circa 300 m); Salita (oltre i 300 e fino ai 1000 metri di altezza); 42

43 Attesa e movimento a terra ( taxiing ). nelle proporzioni indicate in Tabella 12. Tabella 11: Emissioni totali dell aeroporto Friuli Venezia-Giulia, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Aeroporto E Tabella 12: Ripartizione percentuale delle emissioni nelle varie fasi. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD % % % % % % % % % % % % % Atterraggio Decollo Salita Attesa A seconda della fase di volo a cui si riferiscono, le emissioni sono allocate nello spazio seguendo le direzioni e alle quote prescritte dai regolamenti aeroportuali locali, come illustrato in figura 41. Per i movimenti a terra si individuano le aree della pista e dei piazzali su cui circolano gli aerei. Fig. 41: Aeroporto di Ronchi: traiettorie di decollo e salita (linee blu e viola); traiettoria di atterraggio (linea verde); aree di stazionamento e movimento a terra (area rossa). 43

44 Per la modulazione temporale delle emissioni aeroportuali sono stati utilizzati profili di letteratura, illustrati in figura 42, con un andamento annuale costante per i 12 mesi, e con andamenti settimanale e giornaliero. Fig. 42: Profili di modulazione temporale settimanale (1=lunedì, 2=martedì, ecc.) e giornaliera (ora per ora) delle emissioni aeroportuali. La Fig. 43 mostra un esempio delle emissioni orarie di NO X, allocate sulle celle del grigliato di calcolo, pronte per costituire dati di input per il modello di dispersione. Fig. 43: Emissioni di NO X da attività aeroportuali, su celle, alle ore 12 giorno feriale 19 sorgenti areali al suolo, 16 sorgenti lineari lungo le traiettorie in quota. 44

45 4.3 EMISSIONI IN TERRITORIO SLOVENO In sintesi, per quanto riguarda la Slovenia, non essendo disponibile un inventario locale, sono stati utilizzati i dati emissivi presenti negli inventari europei EMEP e TNO per le attività industriali (cfr. paragrafo 4.2.2), per il traffico (cfr. paragrafo 4.2.3) e per il riscaldamento civile (cfr ). Le emissioni industriali sono state integrate con le informazioni provenienti direttamente dagli Enti di controllo sloveni, che hanno permesso di identificare e geo riferire sette impianti all interno del dominio di calcolo (vedi figura 25), associando loro delle emissioni convogliate. Non essendo noti i parametri fisici e geometrici, sono stati utilizzati dei parametri di default assegnati in base alla categoria SNAP di appartenenza. In Tabella 13 sono riportati i totali emissivi, relativi esclusivamente alla porzione del territorio sloveno compresa nel dominio, che vanno confrontati con i totali complessivi riportati nella Tabella 14 nel paragrafo seguente. Tabella 13: Emissioni annuali prodotte nel territorio Sloveno incluso nel dominio, secondo le unità riportate. NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Industria diffusa Industria puntuale Traffico diffuso Traffico lineare Riscaldamento Totale Fig. 44: Contributo percentuale alle emissioni dei diversi inquinanti parte slovena. 45

46 4.4 EMISSIONI COMPLESSIVE NEL DOMINIO DI CALCOLO A valle degli approfondimenti fin qui esaminati e tenendo conto degli obiettivi prefissati in questo studio, sono state realizzate simulazioni annuali separate per i seguenti comparti emissivi: Centrale termoelettrica a2a; Industria diffusa; Industria puntuale; Traffico diffuso; Traffico lineare; Riscaldamento; Porto e aeroporto; Rispetto a queste attività, le emissioni degli inquinanti considerati nello studio, riferite all intero dominio di calcolo, sono così sintetizzabili: Tabella 14: Emissioni annuali prodotte nel dominio in esame, secondo le unità riportate. Specie NOX CO SO2 C6H6 PM10 PM25 PAH Hg As Cd Ni Pb TCDD Unità t/a t/a t/a t/a t/a t/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a kg/a mg/a Centrale Industria diffusa Industria puntuale Traffico diffuso Traffico lineare Riscaldamento Porto Aeroporto Totale In figura 45 è rappresentata, per ogni inquinante considerato, la ripartizione percentuale delle emissioni tra i diversi comparti. In termini emissivi, l apporto della centrale a2a appare evidente per gli ossidi di azoto, per il biossido di zolfo e per alcuni metalli, mentre il riscaldamento è la sorgente più rilevante di polveri e IPA. Il traffico contribuisce prevalentemente alle emissioni di monossido di carbonio, benzene e piombo. Occorre comunque ricordare che non esiste una linearità tra le emissione e le concentrazioni che si determinano al suolo: sono importanti anche le caratteristiche fisiche della sorgente, in particolare l altezza del rilascio e la temperatura dei fumi. Mentre per alcuni comparti gli inquinanti sono emessi in prossimità del suolo (come ad esempio per il traffico) o veicolati attraverso camini di altezza relativamente limitata (come per il riscaldamento o per il porto), i fumi della centrale a2a vengono veicolati attraverso un camino alto 150 m, entrando in atmosfera ad una temperatura intorno a 100 C. Tali caratteristiche permettono una notevole risalita dei pennacchi emessi, garantendo per le emissioni della centrale una maggiore dispersione degli inquinanti ed una minore ricaduta in prossimità 46

47 del suolo nella zona respirabile. Questo aspetto si manifesta in maniera evidente nelle mappe delle concentrazioni al suolo che vengono presentate nel capitolo 7, dove la centrale, pur essendo caratterizzata per alcune specie da emissioni superiori, determina un impatto al suolo decisamente minore. Fig. 45: Contributo percentuale alle emissioni dei diversi inquinanti All interno del dominio, le percentuali di massa che vengono emesse nella parte italiana ed in quella slovena per ogni specie considerata sono riassunte in figura 46. Fig. 46: Contributi percentuali alle emissioni di ogni specie considerata nella parte italiana e slovena del dominio di calcolo 47

48 5 INQUINANTI ATMOSFERICI E QUADRO DI RIFERIMENTO NORMATIVO Con l emanazione del D.Lgs. 13/08/2010 n. 155, il legislatore ha recepito la Direttiva Europea 2008/50/CE (Relativa alla qualità dell aria Ambiente e per un aria più pulita in Europa), operando a livello nazionale la stessa riorganizzazione e semplificazione delle norme esistenti a tutela della qualità dell aria, realizzate nella normativa europea di settore. Sono state quindi esplicitamente abrogate le precedenti norme di riferimento (DPR 203/88 - ad eccezione di quanto escluso dal D.Lgs. 152/2006, DM 20/5/1991, DM 15/4/1994, DM 25/11/1994, DM 16/5/1996, DL 4/8/99 n. 351 e DM 2/4/2002 n.60), inglobandone i contenuti in un atto unico, il Decreto Legislativo 155/2010. Per quanto attiene ai diversi valori limite per le sostanze inquinanti oggetto di questo studio, i valori in vigore confermano quanto già disposto dal D.M. 60/2002, e sono riassunti in Tab. 15 e in Tab. 16. Tabella 15: Valori Limite alle concentrazioni di inquinanti dell'aria indicati dal D. Lgs. 13/08/2010 n. 155 in recepimento della Dir 2008/50/CE. Inquinante Monossido di carbonio Limite 10 mg/m³ Tempo di mediazione dati Media massima giornaliera su 8 ore (*) Margine di tolleranza Data alla quale il valore limite deve essere rispettato - Già in vigore Benzene 5 µg/m³ Media annuale - Già in vigore Ossidi di azoto totali 30 µg/m³ Media annuale - Già in vigore Biossido di azoto 200 µg/m³ (da non superare più di 18 volte l anno) Media oraria - Già in vigore 40 µg/m³ Media annuale - Già in vigore Biossido di zolfo 350 µg/m³ (da non superare più di 24 volte l'anno) Media oraria - Già in vigore 125 µg/m³ (da non superare Media giornaliera - Già in vigore più di 3 volte l'anno) 20 µg/m 3 Media annua - Già in vigore 20 µg/m³ Media invernale (1 ottobre- - Già in vigore 31marzo) (*) La massima concentrazione media giornaliera su 8 ore si determina con riferimento alle medie consecutive su 8 ore, calcolate sulla base di dati orari ed aggiornate ogni ora. Ogni media su 8 ore in tal modo calcolata è riferita al giorno nel quale la serie di 8 ore si conclude: la prima fascia di calcolo per un giorno è quella compresa tra le ore 17:00 del giorno precedente e le ore 01:00 del giorno stesso; l ultima fascia di calcolo per un giorno è quella compresa tra le ore 16:00 e le ore 24:00 del giorno stesso. 48

49 Tabella 16: Valori Limite alle concentrazioni di PM 10 indicati dal D. Lgs. 13/08/2010 n. 155 in recepimento della Dir 2008/50/CE. Inquinante PM 10 Limite 50 µg/m³ (da non superare più di 35 volte l'anno) Tempo di mediazione dati Media giornaliera Margine di tolleranza Data alla quale il valore limite deve essere rispettato - Già in vigore 40 µg/m³ Media annuale - Già in vigore Per quanto riguarda le concentrazioni in aria di microinquinanti, è possibile fare riferimento ai valori indicati in tabella 17: Tabella 17: Valori limite per le concentrazioni medie annuali in aria per i metalli e BaP secondo la normativa di riferimento relativa al D.L. 155/2010 Specie (indicatore) Valore limite o di riferimento Pb (concentrazione media annuale) 500 ng/m 3 As (concentrazione media annuale) 6 ng/m 3 Cd (concentrazione media annuale) 5 ng/m 3 Ni (concentrazione media annuale) 20 ng/m 3 BaP (concentrazione media annuale) 1 ng/m 3 49

50 6 CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA MODELLISTICO La suite di codici Swift/Minerve-SurfPro-SPRAY è stata utilizzata in una configurazione tale da ottenere simulazioni su scala climatologica annuale per l intero anno Il modello SPRAY, utilizzato nella versione 3.1, è sviluppato da ARIANET S.r.l. e ARIA Technologies S.A. (Tinarelli et al., 1994, 1999, 2007) è un codice lagrangiano a particelle tridimensionale per la simulazione della dispersione di inquinanti in atmosfera in grado di tenere conto delle variazioni del flusso e della turbolenza atmosferica sia nello spazio (condizioni disomogenee) che nel tempo (condizioni non stazionarie). È in grado di ricostruire campi di concentrazione determinati da sorgenti puntiformi, lineari, areali o volumetriche. L'inquinante è simulato da "particelle virtuali" il cui movimento è definito sia dal vento medio locale che da velocità casuali che riproducono le caratteristiche statistiche della turbolenza atmosferica. In questo modo, differenti parti del pennacchio emesso possono "vedere" differenti condizioni atmosferiche, permettendo simulazioni più realistiche in condizioni difficili da riprodurre con modelli tradizionali (calma di vento, inversione di temperatura con la quota, impatto con orografia complessa, dispersione in siti con forti discontinuità spaziali tipo terra-mare o città-campagna). Il moto di ogni particella viene ricostruito utilizzando le equazioni: x( t + t) = x( t) + u y( t + t) = y( t) + u z( t + t) = z( t) + u x z ( t) t y ( t) t ( t) t ( t) + u dove x, y, z rappresentano le coordinate cartesiane di ogni singola particella nel dominio tridimensionale e u x, u y, u z le componenti delle velocità, suddivise in parte media e fluttuazione turbolenta. La parte media, responsabile del trasporto degli inquinanti, è ottenuta dal modello Swift/Minerve nel sistema di riferimento terrain-following x,y,s, in cui la coordinata verticale s è definita come: z - zg s = z z top dove z è la coordinata geometrica verticale, z top l'altezza del dominio di calcolo e z g (x,y) l'altezza dell'orografia. Le particelle interpolano linearmente il valore del vento nel punto x,y,z in cui si trovano utilizzando i valori di tali matrici. SPRAY 3.1 consente di simulare condizioni non stazionarie interpolando linearmente nel tempo il valore tra quelli di due matrici successive. Le fluttuazioni turbolente u' x, u' y e u' z, responsabili della diffusione, sono determinate risolvendo le equazioni differenziali stocastiche di Langevin: ; ; ; u u x ( t) = U ( t) = U u ( t) = U g z y x z ( t) + u y ' x ( t) + u ' z ( t) ' y ( t) ( t) ' ui ( t + t) = ai ( x, u( t), t) + bi ( x, u( t), t) ξ ; i = x, y, z 50

51 dove a e b sono funzioni della posizione e della velocità di ogni particella e dipendono dalle caratteristiche della turbolenza e dallo schema risolutivo utilizzato. SPRAY 3.1 implementa gli schemi indicati da Thomson (1984, 1987). SPRAY 3.1 è in grado di simulare i fenomeni di deposizione secca ed umida. La deposizione secca viene simulata mediante un metodo di rimozione probabilistico orientato alla particella, derivato dalla soluzione dell equazione di Fokker-Planck (Boughton et al., 1987) che impone una condizione al contorno al suolo tale da garantire, in ogni intervallo di tempo t, che il flusso di deposizione sia proporzionale alla concentrazione al suolo, secondo un coefficiente rappresentato dalla velocità di deposizione. La massa rimossa dalla particella viene accumulata nella cella sottostante consentendo il calcolo dei flussi di deposizione per ogni specie considerata. La deposizione umida viene calcolata in presenza di precipitazione ipotizzando che, in ogni intervallo di tempo t, vi sia un decadimento o rimozione della massa di una specie associata alla particella secondo la legge esponenziale m( t + t) = m( t) e S t dove S è definito come coefficiente di washout, proporzionale alla precipitazione S = S 1 R R rappresenta il rateo di precipitazione in mm/ora e S 1 è il coefficiente standardizzato di washout, dipendente dalla specie o dalla granulometria di particolato e riferito alla precipitazione standard di 1 mm/ora. Per pilotare una simulazione di dispersione che tenga anche conto dei fenomeni di deposizione secca e umida, il modello SPRAY 3.1 utilizza principalmente: campi tridimensionali di vento e temperatura, forniti dal codice Swift/Minerve; campi bidimensionali di turbolenza z 0, Hmix, u*, L, w* forniti dal codice SurfPro; campi bidimensionali di deposizione secca, disomogenei nello spazio e nel tempo e dipendenti dalla specie gassosa o dalla granulometria del particolato, forniti dal codice SurfPro; dati di emissione, costituiti da una sequenza di informazioni sulla loro geometria e localizzazione spaziale, sulle quantità in massa emesse per ciascuna delle specie inquinanti prese in considerazione nella simulazione e sul numero di particelle da utilizzare. Ad ogni particella viene attribuita una massa per ogni specie, dipendente dalle caratteristiche della sorgente nel momento in cui viene emessa, simulando in questo modo condizioni non stazionarie. Il modello tiene inoltre conto dell eventuale risalita di pennacchi caldi emessi da ciminiere di impianti industriali, qualora presenti 51

52 Per completare la simulazione su base annua, i modelli vengono richiamati in cascata con frequenza oraria. Per rappresentare le emissioni delle diverse sorgenti vengono utilizzate e seguite, nel dominio di calcolo, un numero di particelle sufficienti a risolvere concentrazioni inferiori a 1 µg/m 3 per la specie NOx in ognuna delle celle del grigliato utilizzato. Sono state realizzate separatamente simulazioni per i seguenti comparti emissivi: industriale (sorgenti puntuali e diffuse); traffico (esplicito su grafo stradale e diffuso nelle zone urbanizzate); riscaldamento; porto (comprensivo anche delle emissioni aeroportuali di Ronchi dei Legionari); centrale termoelettrica a2a. In ciascuna simulazione sono state calcolate matrici di concentrazione orarie per ogni specie considerata. Ciò consente una ricostruzione sia del totale sul territorio sia dei singoli contributi che afferiscono ad ogni comparto emissivo, in modo da realizzare il source apportionment. Ogni media di concentrazione oraria è costruita mediante 120 campionamenti dei pennacchi di particelle, effettuati alla frequenza fissa di 30 secondi. Lo stato finale di ogni ora (posizioni, velocità e masse associate ad ogni particella) viene utilizzato per inizializzare il run dell ora successiva. In questo modo la simulazione risulta essere continua durante tutto il periodo annuale descrivendo l evoluzione spaziotemporale di ogni pennacchio emesso. Complessivamente vengono quindi prodotti 8760 campi di concentrazione suddivisi secondo quanto descritto in precedenza, a partire dal 1/1/ :00 fino al 31/12/ :00. La sequenza temporale dei campi di concentrazione così ottenuta è stata utilizzata per calcolare i valori statistici di confronto con i limiti della normativa vigente sulla qualità dell aria, caratteristici di ogni specie. Per quanto riguarda i microinquinanti organici ed i metalli, sono state calcolate sia le concentrazioni in aria in prossimità del suolo sia le deposizioni totali al suolo (secche più umide) medie annuali, assumendo che queste sostanze siano adsorbite su particelle della classe granulometrica PM 10. Per tale classe granulometrica sono state preventivamente calcolate le velocità di deposizione secca, ora per ora, variabili nello spazio, mediante il codice SurfPro. Per il calcolo della deposizione umida, sono stati considerati i campi di precipitazione oraria dedotti dal database MINNI ed interpolati sul dominio di riferimento. 52

53 7 RISULTATI DELLE SIMULAZIONI I risultati presenti nei successivi paragrafi hanno il principale scopo di mettere in evidenza, sulla porzione di territorio considerata nelle simulazioni, i contributi all inquinamento primario dei diversi comparti emissivi considerati (cioè direttamente emessi dagli stessi), ponendo una particolare attenzione a quello della centrale termoelettrica a2a rispetto al totale. Per questo motivo vengono quindi presentate le medie annuali dei singoli contributi per i seguenti macro e microinquinanti: Ossidi di azoto totali (NOx); Biossido di zolfo (SO 2 ); Polveri sottili (PM 10 ); Arsenico (As); Piombo (Pb); Nichel (Ni); Cadmio (Cd); Mercurio (Hg); Diossine/Furani (TCDD/F). Per quasi tutte le specie vige una normativa di riferimento sulle immissioni in atmosfera, come illustrato nel paragrafo 5, ad esclusione di Mercurio e Diossine/Furani, che sono comunque di interesse per la salute pubblica. Dalle medie annuali dei singoli contributi vengono ricavati e presentati sia i campi di concentrazione totale sia le percentuali del contributo di ciascun comparto emissivo considerato. Dall analisi delle mappe è possibile ricavare considerazioni riguardo sia la distribuzione spaziale dell inquinamento sul territorio sia relative al source apportionment. Per alcuni inquinanti è stato possibile confrontare i risultati delle simulazioni con i dati di concentrazione misurata disponibili sul territorio, cercando di tener conto del contributo delle sorgenti esterne al dominio di calcolo e delle componenti secondarie che si formano mediante trasformazioni chimiche non direttamente considerate nel modello lagrangiano a particelle. La stima di questi ulteriori contributi all inquinamento viene effettuata attraverso i risultati di simulazioni condotte a scala nazionale all interno del progetto MINNI, precedentemente citato nel capitolo 3. 53

54 7.1 OSSIDI DI AZOTO TOTALI La figura 47 mostra le mappe della concentrazione media annuale di NOx simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 48 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Le concentrazioni totali risultano essere ovunque al di sotto dei limiti normativi, ovvero al di sotto di 40 µg/m 3 per NO 2. Il confronto tra il limite normativo per NO 2 con le concentrazioni simulate relative ad NOx viene effettuato nell ipotesi, estremamente cautelativa, che gli ossidi di azoto totali siano costituiti interamente da biossido di azoto. L impatto principale sull area, risulta dovuto alle sorgenti da traffico veicolare, che contribuiscono con un valore massimo sull area di 26.1 µg/m 3. I valori più elevati per questo comparto emissivo si manifestano in prossimità delle arterie stradali principali, anche se risulta evidente come l impatto sia preponderante su tutta l area considerata. Le emissioni portuali ed industriali contribuiscono primariamente in prossimità della zona urbana di Monfalcone, con valori massimi delle medie annuali rispettivamente di 4.1 e 3.4 µg/m 3, mentre il riscaldamento mostra valori massimi di circa 1.8 µg/m 3 che si distribuiscono principalmente sui centri abitati (in particolare nell area di Gorizia e Nova Gorica a seguito dell uso ancora esteso del gasolio in Slovenia). La centrale a2a contribuisce con un valore massimo di 1.6 µg/m 3. I valori di concentrazione più elevati sono in direzione Nord-Est sottovento alla centrale, a una distanza di 3-5 km, poi diminuiscono sotto 0.5 µg/m 3 ovunque ai bordi del dominio di calcolo. Grazie alla buona dispersione verticale per effetto delle emissioni calde provenienti dal camino elevato, si riscontrano valori di concentrazione al suolo molto contenuti, distribuendosi su parte del territorio considerato sull asse NE-SW, ma in misura molto inferiore alle concentrazioni attribuibili al traffico. 54

55 Fig. 47: Concentrazioni al suolo medie annuali di NOx, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in µg/m 3 55

56 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 48: Concentrazioni al suolo medie annuali di NOx, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in µg/m 3 56

57 La figura 49 mostra i contributi dei valori massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti, posizionati su una scala in ordine crescente in µg/m 3 e rispetto al limite normativo di 40 µg/m 3 per la specie NO Limite normativo Valore limite La centrale a2a incide con un valore massimo di 1.6 µg/m 3, che corrisponde al 4% del valore limite di legge. 15 Traffico Porto-Aeroporto Industriale Riscaldamento Centrale A2A Fig. 49: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di NOx sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo. Valori in µg/m 3 Il grafico conferma in maniera immediata le considerazioni precedenti sui contributi dei diversi comparti emissivi. La diversa distribuzione spaziale dell impatto generato al suolo da ognuno dei comparti emissivi determina una variabilità del contributo alle concentrazioni in ogni zona del dominio. Per meglio descrivere questo effetto, in figura 50 vengono mostrate (su una scala di grigi) le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione totale simulata in ogni punto del dominio. Anche queste figure confermano le considerazioni fatte in precedenza, mostrando come il traffico agisca in maniera preponderante. Gli impatti percentuali più elevati della centrale a2a si manifestano verso Est e Sud rispetto alla sorgente, emergendo principalmente in zone dove i valori di concentrazione totali tendono ad essere meno significativi. 57

58 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 50: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di NOx 58

59 7.2 BIOSSIDO DI ZOLFO La figura 51 mostra le mappe della concentrazione media annuale di SO 2 simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 52 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. I massimi delle medie annuali di concentrazione simulate si posizionano in prossimità del porto, con valori intorno a 3.7 µg/m 3 e in prossimità dell abitato di Gorizia e Nova Gorica a Nord del dominio con valori intorno a 2.3 µg/m 3. I contributi principali sono dovuti infatti alle attività portuali ed al riscaldamento; si nota inoltra un effetto evidente, nella zona a Nord del dominio, del contributo del comparto industriale. La centrale a2a mantiene un contributo massimo di un ordine di grandezza sotto a questi valori, attentandosi intorno a 0.28 µg/m 3 nella zona a Nord-est della sorgente emissiva. Più trascurabile, come lecito attendersi viste le emissioni modeste, è il contributo per questa specie da parte del traffico veicolare, con un massimo di 0.35 µg/m 3 nella zona urbanizzata di Gorizia, ma con una estensione spaziale complessivamente meno marcata rispetto a quella generata dalle emissioni degli altri comparti. La figura 53 mostra i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti, confrontati tra loro e rispetto al limite normativo di 20 µg/m 3, che rappresenta il livello critico per la protezione degli ecosistemi. Le concentrazioni totali risultano essere ovunque al di sotto dei limiti normativi. 59

60 Fig. 51: Concentrazioni al suolo medie annuali di SO 2, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in µg/m 3 60

61 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 52: Concentrazioni al suolo medie annuali di SO 2, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in µg/m 3 61

62 20 limite normativo La centrale a2a incide con un valore massimo di 0.28 µg/m 3, che corrisponde al 1.4% del valore limite di legge Porto-Aeroporto Riscaldamento Industriale Traffico Centrale A2A Fig. 53: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di SO 2 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo. Valori in µg/m 3 Il grafico mostra come l impatto principale sia dovuto alle attività portuali con una presenza di contributi simili per gli altri comparti con una maggiore incidenza per riscaldamento ed industria. Complessivamente, tutti i valori si mantengono comunque sempre molto al di sotto del limite normativo usato come riferimento. In figura 54 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione simulata totale in ogni punto del dominio. Si nota come la centrale abbia un impatto maggiormente distribuito nel dominio, anche se le percentuali più elevate, localizzate a Nord-Est dell emissione, si riferiscono a zone nelle quali i valori di concentrazione totale risultano piuttosto limitati. E implicita la considerazione per cui, indipendentemente dal valore assoluto che può anche essere molto limitato, l incidenza percentuale di una fonte di emissione (quindi incidenza relativa) è tanto maggiore quanto più è basso il valore totale, di quella specie nell ambiente originario. Questo effetto è molto evidente nelle zone boschive (es. Doberdò) dove l effetto antropogenico è minimo. 62

63 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 54: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di SO 2 63

64 7.3 PARTICOLATO La figura 59 mostra le mappe della concentrazione media annuale di PM 10 considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 60 mostra la situazione di insieme del totale e la compara con i contributi dei singoli comparti emissivi. I valori massimi delle medie annuali di concentrazione totali mostrano valori di poco inferiori a 4 µg/m 3. Tali valori risultano decisamente inferiori rispetto ai valori tipici misurati nella zona che, su tutte le capannine della rete di Rilevamento della Qualità dell Aria, riportano concentrazioni non inferiori a 16 µg/m 3, come indicato in tabella 18. Si consideri comunque che i valori limite normativi sono: 50 µg/m³ (come media giornaliera) da non superare più di 35 volte l'anno e 40 µg/m³ (come media annuale). Tabella 18: concentrazioni medie annue al suolo di PM 10 espresse in µg/m 3 misurate dalla Rete di Rilevamento della Qualità dell Aria locale negli anni dal 2007 al 2012 Tale differenza è da attribuire alla concomitanza di due cause: 1. Assenza, nelle simulazioni, di particolato secondario che si forma per reazione chimica a partire dai precursori gassosi (es. solfati, nitrati, ammonio secondario organico, a partire da ossidi di zolfo, ossidi di azoto, ammoniaca ed idrocarburi); 2. Assenza, nelle simulazioni, di particolato di background emesso all esterno e importato all interno del dominio di calcolo; Per ottenere una stima completa delle concentrazioni di particolato, da potersi confrontare con i valori effettivamente misurati, è quindi necessario il ricorso ad un modello Euleriano reattivo, integrante un codice di calcolo che tenga conto degli effetti delle reazioni chimiche, in grado di simulare la formazione delle componenti secondarie del particolato a 64

65 partire dalle emissioni di composti primari, tenendo altresì conto, attraverso le "condizioni al contorno", dell'apporto al background da parte delle sorgenti situate al di fuori del dominio di calcolo. In tal modo è dunque possibile sia separare il contributo delle diverse componenti alle concentrazioni complessive di PM, sia ottenere una stima del ruolo delle diverse sorgenti, locali e remote, al particolato primario e secondario. Nell ambito del progetto nazionale MINNI, precedentemente citato nel capitolo 3, sono state condotte simulazioni con un modello Euleriano fotochimico sull intero territorio italiano su base annuale. Dai risultati di tale modello è possibile estrarre informazioni sulla diversa composizione e provenienza delle tipologie di particolato che contribuiscono a determinare la concentrazione media totale annua. Le simulazioni, condotte sull anno meteorologico 2007, sono state effettuate a 4 km di risoluzione orizzontale, innestate su un dominio europeo a risoluzione minore, considerando in questo modo sia l apporto delle emissioni nazionali, sia quello di emissioni estere. Il modello considera inoltre la composizione chimica del particolato, tenendo conto delle trasformazioni che le diverse specie subiscono in atmosfera a partire dall'emissione e per effetto del mescolamento con l'aria di background. Come risultato delle simulazioni, è dunque possibile fornire (come mostrato in figura 55 per il Nord Italia), una stima delle diverse percentuali di contribuzione alla concentrazione totale in ogni punto del dominio; in particolare si evidenzia il contributo del particolato primario (incluso il carbonio elementare), cioè direttamente emesso dalle sorgenti, ed il contributo delle altre componenti, suddivise in: secondario inorganico (aerosol solfati, nitrati ed ammonio che si ottengono per reazione chimica in fase secca ed umida), aerosol organico, e contributo naturale (aerosol marino, erosione eolica dei suoli). Primario Secondario inorganico Organico Naturale 65

66 Fig. 55: Mappe dei diversi contributi percentuali alla concentrazione media annuale di PM10 delle diverse tipologie di particolato ottenute dal progetto MINNI Da questi risultati si osserva immediatamente come il contributo di aerosol secondario inorganico rappresenti quello principale, arrivando sul territorio friulano e nella zona di Monfalcone a livelli superiori al 60%. Di questo contributo, la parte preponderante è costituita dai nitrati, come evidenziato in figura 56 che ha come precursori gli ossidi di azoto, le cui concentrazioni al suolo sono determinate, in maniera preponderante, dal traffico veicolare. Solfati Nitrati Ammonio Fig. 56: Mappe dei contributi percentuali alla componente secondaria inorganica della concentrazione media annuale di PM 10 ottenute dal progetto MINNI Scendendo in ulteriore dettaglio spaziale e andando ad osservare i valori simulati in prossimità di Monfalcone, nelle celle del grigliato del modello prossime alla zona urbana e rappresentate in figura 57, i contributi delle diverse componenti (illustrate in figura 58) mostrano che, mediamente, l apporto del particolato primario alle concentrazioni, rappresentato in arancione e azzurro nei grafici, risulta essere intorno od inferiore al 20%, su valori assoluti compresi tra 4 e 5 µg/m 3, compatibili con i valori simulati mediante il modello lagrangiano (si tenga presente che la quantità di primario ottenuta dal MINNI contiene anche una parte di primario proveniente da fuori dominio di calcolo). 66

67 Fig. 57: Identificazione delle 4 celle del grigliato delle simulazioni MINNI a 4km utilizzate per la stima quantitativa intorno a Monfalcone dei contributi al particolato totale SW SE NE NW sulphates nitrates ammonium organic elemental carbon primary anthropic natural (coarse) SW SE NE NW 0% 20% 40% 60% 80% 100% [ug/m3] Fig. 58: Percentuali di contributo nei 4 punti griglia al particolato totale (sinistra) e valori assoluti di concentrazione (destra) simulati dal progetto MINNI nei 4 punti griglia considerati intorno a Monfalcone Le informazioni fornite dal sistema nazionale MINNI consentono dunque di confermare come le simulazioni effettuate a scala locale, tramite il modello lagrangiano, siano quindi in grado di descrivere con precisione l impatto del particolato primario emesso dalle sorgenti interne al dominio di calcolo. Rispetto a tali quantità, il contributo principale è dovuto alle emissioni da traffico veicolare e riscaldamento, che costituiscono la parte preponderante, con valori massimi rispettivamente di 2 µg/m 3 e 1.3 µg/m 3. Il comparto industriale e il porto determinano contributi inferiori, con massimi rispettivamente di circa 0.7 µg/m 3 e 0.4 µg/m 3, mentre la centrale a2a contribuisce con un massimo di un ordine di grandezza inferiore, intorno a 0.04 µg/m 3. 67

68 Fig. 59: Concentrazioni al suolo medie annuali di PM 10, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in µg/m 3 68

69 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 60: Concentrazioni al suolo medie annuali di PM 10, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in µg/m 3 La figura 61 mostra i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti, confrontati tra loro e posizionati rispetto al limite normativo per la media annua di 40 µg/m 3. Per una migliore visualizzazione, l istogramma viene presentato sulla destra della figura amplificando la scala verticale delle concentrazioni. 69

70 40 35 Valore limite Traffico 25 1 Riscaldamento Traffico Riscaldamento Industriale Porto-Aeroporto Centrale A2A Industriale Porto-Aeroporto Centrale A2A La centrale a2a incide con un valore massimo di µg/m 3, che corrisponde allo 0.09% del valore limite di legge. Fig. 61: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di PM 10 in µg/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). Le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione simulata in ogni punto del dominio, illustrate in figura 62, confermano come l impatto principale sia dovuto ai comparti traffico e riscaldamento. La centrale a2a contribuisce al massimo per il 15% sulle concentrazioni medie annuali, con i livelli più elevati posizionati ad Est della sorgente, in una zona caratterizzata dalle concentrazioni totali più basse. 70

71 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 62: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di PM 10 71

72 7.4 ARSENICO La figura 63 mostra le mappe della concentrazione media annuale di As simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 64 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Tutti i valori sono molto al di sotto del limite di legge fissato a 6 ng/m 3, per la media annua di concentrazione, mostrando un massimo sul totale dei comparti simulati di circa 0.04 ng/m 3, due ordini di grandezza al di sotto del riferimento normativo. I maggiori contributi provengono dal settore industriale (escludendo la centrale a2a) e portuale, il primo che si estende verso Nord del dominio, con valori massimi leggermente inferiori a 0.03 ng/m 3 ed il secondo che si estende principalmente verso Sud, con valori massimi di circa 0.04 ng/m 3. Riscaldamento e traffico veicolare contribuiscono per valori leggermente più contenuti, anche se dello stesso ordine di grandezza, mentre la centrale a2a mostra il pattern di impatto in direzione Sud-ovest - Nord-est, ma con valori ancora più contenuti ed un massimo intorno a ng/m 3. La figura 65 riassume i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti. Risulta evidente come l impatto, rispetto al limite normativo risulti estremamente basso; nel pannello di destra della stessa figura, l istogramma viene ripetuto come zoom amplificando la scala delle concentrazioni per un fattore 100 e per consentirne la visualizzazione. In figura 66 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione simulata totale in ogni punto del dominio. Nella costruzione di queste mappe sono stati esclusi i valori di concentrazione inferiori di oltre tre ordini di grandezza rispetto al limite normativo, in modo da non includere percentuali di contributo potenzialmente elevate riferite a zone di impatto poco significativo. Le immagini mostrano visivamente contributi simili per i comparti industriale, porto, riscaldamento e traffico, con una maggiore incidenza per le emissioni portuali ed un minore impatto per la centrale a2a, che non supera mai il 30% rispetto al totale. 72

73 Fig. 63: Concentrazioni al suolo medie annuali di As, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in ng/m 3 73

74 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 64: Concentrazioni al suolo medie annuali di As, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in ng/m 3 74

75 6 Limite normativo Porto-Aeroporto Industriale 3 Valore limite Traffico Riscaldamento Centrale A2A Porto-Aeroporto Industriale Traffico Riscaldamento Centrale A2A La centrale a2a incide con un valore massimo di ng/m 3, che corrisponde allo 0.04% del valore limite di legge. Fig. 65: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di As in ng/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 75

76 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 66: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di As 76

77 7.5 PIOMBO La figura 65 mostra le mappe della concentrazione media annuale di Pb simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 66 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Sia i contributi dei diversi comparti emissivi sia il totale, si posizionano molto al di sotto del limite di legge fissato a 500 ng/m 3 per la media annua di concentrazione. In particolare il massimo del totale è di circa 2.9 ng/m 3. Il contributo principale deriva dal traffico, con un massimo di 2.6 ng/m 3. Il comparto industriale determina il maggior contributo oltre al traffico con un massimo di circa 1.0 ng/m 3, mentre il porto, il riscaldamento e la centrale a2a hanno contributi decisamente più bassi. Questi risultati sono confermati in figura 69, che riassume i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti. L impatto, rispetto al limite normativo, risulta molto limitato e nel pannello di destra della stessa figura l istogramma, viene ripetuto come zoom amplificando la scala delle concentrazioni per consentirne la visualizzazione. In figura 70 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione simulata totale in ogni punto del dominio, ottenute escludendo i valori di concentrazione inferiori di oltre tre ordini di grandezza rispetto al limite normativo. Le immagini mostrano come il contributo principale sia rappresentato dal traffico veicolare, seguito dalle emissioni industriali. La centrale a2a non supera il contributo del 10% rispetto al totale. 77

78 Fig. 67: Concentrazioni al suolo medie annuali di Pb, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in ng/m 3 78

79 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 68: Concentrazioni al suolo medie annuali di Pb, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in ng/m 3 79

80 Limite normativo Traffico Valore limite 0.5 Industriale Riscaldamento Porto-Aeroporto Centrale A2A Traffico Industriale Riscaldamento Porto-Aeroporto Centrale A2A La centrale a2a incide con un valore massimo di ng/m 3, che corrisponde allo 0.01% del valore limite di legge. Fig. 69: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di Pb in ng/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 80

81 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 70: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di Pb 81

82 7.6 NICHEL La figura 71 mostra le mappe della concentrazione media annuale di Ni simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 72 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Per questo microinquinante, i valori di concentrazione media annua simulata si avvicinano maggiormente al limite legislativo (pari a 20 ng/m 3 ), se comparato con quanto accade con gli altri metalli considerati nelle simulazioni. Nonostante ciò, il valore massimo delle concentrazioni generate dal totale delle emissioni risulta essere di poco superiore a 2 ng/m 3, ovvero circa un ordine di grandezza inferiore al riferimento normativo. I principali contributi provengono dai comparti porto e riscaldamento, che complessivamente si posizionano lungo la direttrice principale del vento Nord-est - Sud-ovest, con valori massimi rispettivamente di 1.9 e 0.9 ng/m 3. La centrale a2a mostra un impatto distribuito nel dominio, principalmente lungo la stessa direttrice, ma con valori inferiori e con massimi delle medie annuali intorno a 0.1 ng/m 3. Il resto del comparto industriale mostra alcuni contributi isolati, mentre il traffico determina un pattern lungo strade principali e centri abitati con massimi dell ordine di 0.16 ng/m 3. I contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti, riassunti in figura 73, mostrano come l impatto rispetto al limite normativo risulti relativamente più significativo, ma comunque ampiamente al di sotto del limite; anche per questa specie, nel pannello di destra della stessa figura, viene amplificata la scala delle concentrazioni con un fattore 100 per migliorare la visualizzazione. In figura 74 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione simulata totale in ogni punto del dominio. Nella costruzione di queste mappe, sono stati esclusi i valori di concentrazione inferiori di oltre tre ordini di grandezza rispetto al limite normativo, in modo da non includere percentuali di contributo potenzialmente elevate e riferite a zone di impatto poco significativo. Le immagini mostrano come i contributi principali siano dovuti al porto e al riscaldamento. Il traffico incide con un contributo minore, mentre la centrale a2a, essendo caratterizzata da una distribuzione spaziale più estesa, determina contributi relativamente distribuiti ed omogenei nel dominio, più marcati nella zona ad Est della sorgente dove i valori di concentrazione sono meno significativi. 82

83 Fig. 71: Concentrazioni al suolo medie annuali di Ni, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in ng/m 3 83

84 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 72: Concentrazioni al suolo medie annuali di Ni, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in ng/m 3 84

85 20 limite normativo Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Centrale A2A Industriale Porto-Aeroporto Riscaldamento La centrale a2a incide con un valore massimo di ng/m 3, che corrisponde allo 0.54% del valore limite di legge. Fig. 73: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di Ni in ng/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 85

86 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 74: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di Ni 86

87 7.7 CADMIO La figura 75 mostra le mappe della concentrazione media annuale di Cd simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 76 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. I valori di concentrazione media annua totali risultano molto inferiori rispetto al limite legislativo, raggiungendo un massimo nel dominio di 0.03 ng/m 3 contro i 20 ng/m 3 del limite. I principali contributi, su livelli sostanzialmente simili, riguardano il comparto industriale, il riscaldamento e il traffico, con massimi delle concentrazioni medie annuali rispettivamente di ng/m 3, ng/m 3 e 0.19 ng/m 3, mentre un apporto decisamente minore deriva dalla centrale a2a con un massimo di ng/m 3 e dalle attività portuali che presentano un massimo simile, ma una estensione spaziale dell impatto più trascurabile. I contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti vengono riassunti in figura 77. Essendo indistinguibili su una scala tarata sul limite legislativo, sulla destra del grafico l istogramma viene amplificato per consentire una migliore visualizzazione. In figura 78 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione totale simulata. Nella costruzione di queste mappe, sono stati esclusi i valori di concentrazione inferiori di oltre tre ordini di grandezza rispetto al limite normativo. Le immagini confermano che i contributi principali sono dovuti ai comparti industria, riscaldamento e traffico, mentre sia la centrale a2a sia il porto, determinano percentuali più contenute. 87

88 Fig. 75: Concentrazioni al suolo medie annuali di Cd, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in ng/m 3 88

89 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 76: Concentrazioni al suolo medie annuali di Cd, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in ng/m 3 89

90 5 Valore limite Traffico Industriale Riscaldamento Centrale A2A Porto-Aeroporto Traffico Industriale Riscaldamento Centrale A2A Porto-Aeroporto La centrale a2a incide con un valore massimo di ng/m 3, che corrisponde allo 0.03% del valore limite di legge. Fig. 77: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di Cd in ng/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento normativo (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 90

91 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 78: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di Cd 91

92 7.8 MERCURIO La figura 79 mostra le mappe della concentrazione media annuale di Hg simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 80 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Per il Mercurio non esiste un limite normativo per la protezione della popolazione; ci si può comunque riferire, come valori guida, alle normative per i lavoratori, come ad esempio quella definita da Occupational Safety & Health Administration americano ( che riporta come limite della media su 8 ore il valore di 100 µg/m 3, assimilabile ad una media annua per la popolazione di circa 100 ng/m 3. I valori di concentrazione media annua totali simulati risultano dell ordine di 0.02 ng/m 3. I principali contributi provengono dai comparti industriale e riscaldamento, mentre la centrale a2a ed il porto hanno un incidenza di circa un ordine di grandezza inferiore. Il contributo del traffico risulta invece sostanzialmente assente. La figura 81 riassume i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti. In figura 82 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione totale simulata; le immagini confermano l impatto principale proveniente dal comparto industriale e dal riscaldamento. 92

93 Fig. 79: Concentrazioni al suolo medie annuali di Hg, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in ng/m 3 93

94 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Fig. 80: Concentrazioni al suolo medie annuali di Hg, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in ng/m 3 94

95 Industriale Riscaldamento 20 0 Industriale Riscaldamento Porto-Aeroporto Centrale A2A 0 Porto-Aeroporto Centrale A2A La centrale a2a incide con un valore massimo di ng/m 3, che corrisponde allo % del valore di riferimento suggerito Fig. 81: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di Hg in ng/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento utilizzato (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 95

96 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 82: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di Hg 96

97 7.9 DIOSSINE/FURANI La figura 83 mostra le mappe della concentrazione media annuale di TCDD/F simulata, considerando il contributo di tutte le sorgenti e, distintamente, il contributo della sola centrale a2a, mentre la figura 84 mostra la situazione di insieme del totale e la raffronta con i contributi dei singoli comparti emissivi. Anche per le diossine non esiste un limite normativo per le concentrazioni in aria, L Organizzazione Mondiale per la Sanità suggerisce che una concentrazione in aria di 300 fg(teq)m 3 come media annuale è indicatore della presenza di sorgenti locali di emissione che devono essere identificate e controllate. Tale limite viene preso come riferimento. I valori di concentrazione media annua totali simulati risultano di 28.4 fg/m 3, circa un ordine di grandezza al di sotto del valore di riferimento. I principali contributi provengono dai comparti porto e riscaldamento, mentre gli altri comparti determinano impatti inferiori di due ordini di grandezza ed oltre. La centrale a2a determina un apporto massimo di circa fg/m 3. La figura 85 riassume i contributi dei massimi sul dominio delle medie annuali di concentrazione per i vari comparti. In figura 86 vengono mostrate le mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo rispetto alla concentrazione totale simulata; le immagini confermano l impatto principale proveniente dai comparti porto e riscaldamento. 97

98 Fig. 83: Concentrazioni al suolo medie annuali di TCDD/F, totale (sopra) delle emissioni considerate e contributo separato della sola centrale a2a (sotto). Valori in fg(teq)/m 3 98

99 Totale Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 84: Concentrazioni al suolo medie annuali di TCDD/F, totale e contributi separati di tutti i comparti emissivi considerati. Valori in fg(teq)/m 3 99

100 Porto-Aeroporto Traffico Riscaldamento 50 0 Porto-Aeroporto Traffico Riscaldamento Industriale Centrale A2A 0 Industriale Centrale A2A Fig. 85: Confronto tra i valori massimi delle concentrazioni medie annuali di TCDD/F in fg(teq)/m 3 sul dominio simulate per ogni comparto emissivo, rispetto al riferimento (sinistra) e dettaglio dei valori (destra). 100

101 Centrale a2a Industria Porto-Aeroporto Riscaldamento Traffico Fig. 86: Mappe dei contributi percentuali di ogni comparto emissivo alla concentrazione media annuale di TCDD/F 101

102 8 VERIFICA DELLE SIMULAZIONI CON DATI MISURATI 8.1 OSSIDI DI AZOTO Per meglio comprendere il confronto tra i dati misurati e quelli simulati di concentrazione di ossidi di azoto sulla porzione di territorio considerata, è utile preliminarmente derivare una stima del contributo sull area dovuto alle sorgenti locali rispetto a quello determinato da sorgenti esterne. Quest ultimo risulta determinato sia dall apporto di tutte le altre regioni italiane sia da quello estero che, nelle simulazioni effettuate, è relativo solo ad una limitata parte della Slovenia. Il riferimento, utilizzato per effettuare tale stima, sono le elaborazioni effettuate con il sistema MINNI (citato nei capitoli precedenti) nell ambito del progetto di pianificazione in materia di qualità dell aria finalizzata al rispetto dei valori limite del biossido di azoto, che costituisce la documentazione italiana a corredo dell istanza di deroga ai sensi dell articolo 22, comma 1 della direttiva 2008/50/CE. ( Le simulazioni, realizzate su scala nazionale e transnazionale mediante il ricorso di un modello Euleriano fotochimico, consentono infatti su ogni punto griglia del modello a 4 km di risoluzione orizzontale, di calcolare sia il contributo percentuale separato di ogni regione italiana sia quello dovuto all apporto estero. In particolare, sono stati considerati i contributi sull area di 2x2 punti griglia, pari a 8x8 km 2 centrata sulla zona urbana di Monfalcone, illustrata in figura 57. Le stime percentuali dei diversi contributi rispetto alla concentrazione media annua su quest area per il biossido di azoto si riassumono come segue: apporto dalle sorgenti appartenenti alla regione Friuli FVG 71%; apporto dalle sorgenti presenti nelle altre regioni italiane 15%; apporto estero 14%. Tali stime possono essere estese al dominio di calcolo considerato nelle simulazioni del presente lavoro. E quindi lecito attendersi, nei risultati delle simulazioni, una sottostima delle concentrazioni del biossido di azoto di circa il 30%, dovute al contributo di sorgenti esterne al dominio, in territorio italiano ed estero. Lo stato della qualità dell aria nel dominio di interesse è descritto dai rilevamenti effettuati nelle stazioni facenti parte della Rete di Rilevamento della Qualità dell Aria (RRQA) di proprietà a2a e data in gestione ad ARPA FVG che rileva regolarmente i dati. La RRQA è costituita da 5 postazioni chimiche, la cui posizione è illustrata in figura

103 Fig. 87: Posizione delle 5 stazioni chimiche della Rete di Rilevamento della Qualità dell Aria di a2a ed in gestione ad ARPA FVG (in rosso) Utilizzando le serie temporali all interno dell intervallo , sono state calcolate le medie annuali delle concentrazioni di NO 2 misurate dalle diverse stazioni e riassunte in tabella 19. Non avendo tenuto conto di meccanismi chimici di trasformazione, le concentrazioni simulate di ossidi di azoto NOx vengono precauzionalmente considerate come costituite integralmente da biossido di azoto NO 2 e confrontate direttamente con le misure di quest ultimo. In figura 88 è riportato il confronto tra misure e stima modellistica nei diversi punti della RRQA. I risultati del modello sono stati corretti per tenere conto del contributo alle concentrazioni dovuto alle sorgenti esterne al dominio, stimato al 30% del valore totale. Il confronto mostra come il modello riproduce correttamente l ordine di grandezza delle concentrazioni, con un unica tendenza alla sottostima nella stazione di Fossalon di Grado, che si posiziona verso il limite sud Ovest del dominio di calcolo e che presenta peraltro, dal punto di vista sperimentale, la maggiore variabilità tra i diversi anni. Anche la variabilità spaziale delle concentrazioni, fatta eccezione per la già citata stazione di Fossalon di Grado, risulta essere correttamente riprodotta dal modello. 103

104 Tabella 19: concentrazioni medie annue al suolo di NO 2 espresse in µg/m 3 misurate dalla Rete di Rilevamento della Qualità dell Aria locale negli anni dal 2007 al Media SPRAY Monfalcone Fossalon Papariano Ronchi Doberdò Fig. 88: Concentrazioni medie annuali di NO 2 espresse in µg/m 3 misurate nelle stazioni della Rete di Rilevamento Qualità Aria negli anni dal 2007 al 2012 e simulate dal modello di dispersione, queste ultime tengono conto anche dell apporto delle sorgenti esterne stimato al 30% del totale. 8.2 BIOSSIDO DI ZOLFO La tabella 20 mostra le medie annuali dei valori misurati dalla RRQA per la specie SO 2 negli anni dal 2007 al I valori sono decisamente bassi e sostanzialmente senza una variabilità spaziale significativa. Osservando gli andamenti orari di queste concentrazioni si nota che sono caratterizzati da valori che difficilmente scendono al di sotto di fondo scala strumentali compresi tra 1.5 e 2 ppb, che corrispondono a valori compresi tra 4 e 5.3 µg/m 3. Le concentrazioni medie annuali vengono quindi costruite attraverso un relativamente basso numero di valori significativi intervallati da un grande numero di valori di fondo scala, che ne determinano il quantitativo in maniera preponderante. Valori delle 104

105 medie annuali più realistici possono essere ottenuti togliendo dalle misure un valore di background medio stimabile intorno a 4-5 µg/m 3 che portano i valori medi annuali reali intorno od inferiori a 1 µg/m 3. La figura 89 mostra le medie annuali di concentrazione simulate dal modello nei punti corrispondenti alle stazioni della rete, che evidenzia valori inferiori a 1 µg/m 3. Il modello ricostruisce quindi valori confrontabili con le misure, nelle condizioni precedentemente descritte. Tabella 20: concentrazioni medie annue al suolo di SO 2 espresse in µg/m 3 misurate dalla Rete di Rilevamento della Qualità dell Aria locale negli anni dal 2008 al Monfalcone Fossalon Papariano Ronchi Doberdò Fig. 89: Concentrazioni medie annuali di SO 2 espresse in µg/m 3 simulate dal modello di dispersione, nei punti corrispondenti alle stazioni della Rete di Rilevamento Qualità Aria. 105