strategie di riduzione degli inquinanti atmosferici e dei gas serra. Scenari e valutazione degli impatti e dei costi Ilaria D Elia ENEA

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1 Il modello GAINS Italy per l analisi dell efficacia efficacia delle strategie di riduzione degli inquinanti atmosferici e dei gas serra. Scenari e valutazione degli impatti e dei costi Ilaria D Elia ENEA

2 Il progetto MINNI MINNI Modello Integrato Nazionale a supporto della Negoziazione Internazionale sui temi dell Inquinamento Atmosferico Responsabile del progetto: Dott. Gabriele Zanini Progetto ENEA finanziato dal Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare Sviluppato da ENEA in collaborazione con ARIANET e IIASA (Institute for Applied Systems Analysis)

3 Il progetto MINNI GLI OBIETTIVI Obiettivo del progettoè fornire ai decisori uno strumento scientifico integrato di supporto per elaborare e valutare l efficacia di politiche di Qualità dell Aria a livello internazionale, nazionale e regionale Studio e analisi dei fenomeni chimico fisici che avvengono in atmosfera (come si traduce una variazione delle emissioni in termini di concentrazione in aria? Quale sorgente è massimamente responsabile dei livelli di inquinamento registrati in un sito? Che relazioni vi sono tra precursori ed inquinanti secondari? ecc..) Elaborazione e valutazione di scenari emissivi alternativi e/o futuri (predisposizione di piani di QA; valutazione dei costi e dei benefici delle misure di abbattimento delle emissioni; ecc..) Scenari di impatto ambientale e sulla salute umana Creazione di un database meteorologico e chimico (studi di Qualità dell Aria a livello nazionale o locale, confronti con attività modellistiche svolte con strumenti autonomi a livello Regionale, condizioni iniziali e al contorno per discese di scala, ecc..)

4 Il progetto MINNI Il concetto di Valutazione Integrata applicato all Inquinamento Atmosferico Perché un modello di valutazione integrata? Un modello di valutazione integrata offre un approccio INTERDISCIPLINARE combinando modelli che rappresentano sistemi diversi, riunendo informazioni relative al sistema energetico, alle caratteristiche tecniche ed economiche dei sistemi di abbattimento, alla dispersione degli inquinanti in atmosfera, all impatto sull ambiente e sulla salute, offrendo valutazioni economiche; è un modello MULTI POLLUTANT/MULTI EFFECT SISTEMA MOLTO COMPLESSO che richiede importante lavoro di validazione (armonizzazione con inventari di emissione locali e nazionale, controllo e verifica delle matrici di trasferimento, validazione concentrazione con dati centraline di monitoraggio ); ma che OFFRE un RISULTATO SOLIDO E CONDIVISO; CONSENTE una VALUTAZIONE delle MISURE CERTIFICATA, INTEGRATA, RIPETIBILE e TRASPARENTE;

5 Il sistema modellistico atmosferico ENEA RAIL

6 IL MODELLO GAINS ITALIA Modelli energetici (Markal, TIMES, PRIMES ) 0 D D D D Modelli Qualità Aria (attraverso ATM) Scenari emissivi ) ( 3, E O E E E E D E t D x E D D E D t E D t I k i k i k i I i i i i i i S i i Matrici di trasferimento

7 Il modello GAINS Italia utilizza un database ORACLE; accessibile on line in modalità remota da più utenti contemporaneamente it.bologna.enea.it/gains/it/index.login scala spaziale: nazionale + 20 Regioni scala temporale: dati annuali prodotti per intervalli temporali quinquennali nel periodo modello su BASE TECNOLOGICA: E i,p = Σ k Σ m Act i,k * Ef i,k,m,p * x i,k,m,p i, k, m, p = Regione, attività, tecnologia abbattimento, inquinante Act i,k = Livello di Attività del settore k per la regione i Ef i,k,m,p = Fattore di Emissione dell inquinante p per l attività k nella regione i dopo l applicazione della misura m, dove Ef i,k,m,p = UEf U_Ef i,k,p (1 n m ) x i,k,m,p = percentuale della quantità di attività k soggetta alla misura m relativa all inquinante p nella Regione i i d i l i d li i di i SCENARIENERGETICI i scenari prodotti al variare degli scenari di input: SCENARI ENERGETICI, scenari attività non energetiche (allevamenti, solventi, popolazione, etc), STRATEGIA DI CONTROLLO

8 LO SCENARIO ENERGETICO Gli scenari di input Lo scenario energetico utile al modello GAINS ITALIA viene elaborato dal modello TIMES/MARKAL I modelli, TIMES e GAINS, adottano sistemi di classificazione diversi, ma settori comuni. Necessaria la creazione di un soft link tra TIMES e GAINS (via Excel) per determinare una corrispondenza tra i vari settori (tecnologie, combustibili ) di generazione elettrica e consumi finali (trasporti, domestico civile e terziario, industria, agricoltura) e di corrispondenza settori GAINS/inventario per la verifica delle emissioni ad un anno base Passaggio fondamentale: calibrazione dei modelli con statistiche energetiche ufficiali ed inventario delle emissioni ad uno stesso anno base Il processo di armonizzazione è quindi un passaggio fondamentale per garantire la validazione del modello e la robustezza delle proiezioni Lo scenario energetico che alimenta il modello GAINS ITALIA come strumento di supporto al ministero ambiente nelle attività di negoziazione internazionale, di pianificazione e valutazione dei piani di qualità dell aria regionale, etc., è fornito dal modello MARKAL/TIMES di ISPRA Anche ENEA ha appena messo a punto una integrazione TIMES ITALIA (ENEA) e GAINS ITALIA Anche ENEA ha appena messo a punto una integrazione TIMES ITALIA (ENEA) e GAINS ITALIA attualmente utilizzato in un progetto per Federchimica

9 Esempio file di input scenario energetico Gli scenari di input

10 Gli scenari di input Generazione elettrica: struttura dei settori in GAINS Italia Power Plants BC1 BC2 HC1 3 BC1 BC2 HC1 3 Other fuels Existing Small Plants (< 50 MWe) Large Plants ( >50 MWe) Other boiler types New NEW_L Large Plants (BC,( HC fuel) NEW (other fuels) NEW_CCS (other fuels) ) MOD MOD CCS IGCC Integrated Gasification Combined Cycle Integrated Gasification Combined Cycle (CCS) ENG Plants with internal combustion engines (HF, MD,GAS) GAS POWER PLANT: PP_EX_OTH = BOILERS PP_NEW = TURBINES PP_MOD = CCGT Total (energy balance) Renewables Hydro Nuclear ELE Heat

11 Gli scenari di input Reference Energy System del settore elettrico nel TIMES Italia

12 Gli scenari di input Generazione elettrica: Esempio gas naturale in GAINS Italia e TIMES Italia TECNOLOGIE in TIMES Italia Tecnologia Turbina a gas < 80 MW con vapore Turbina a gas < 300 MW Ciclo combinato (turbogas 2006) < 3000 MW Turbina a gas cogenerativa Centrale a ciclo combinato cogenerativo spill Ciclo con turbina a vapore in contropressione cogenerativo Ciclo con turbina a vapore con spillam. e cond. cogenerativo Motori a combustione interna industria Turbina a gas ciclo semplice Industria Turbine a vapore Industria Motori a comb. interna Res Motori a comb. Interna Terziario Microturbine Cog Residenziale Microturbine Cog Terziario Ciclo combinato Cogenerazione Residenziale Ciclo combinato Cog Terziario Motore Stirling Res TECNOLOGIE in GAINS Italia Boiler (PP_EX_OTH) Turbine (PP_NEW) Ciclo combinato (PP_MOD) Determinare una corrispondenza tra le tecnologie dei due modelli attraverso una comparazione delle statistiche energetiche ufficiali (Bilancio Energetico Nazionale, EUROSTAT, Terna) e consumi utilizzati nell inventario delle emissioni

13 Gli scenari di input La STRATEGIA di CONTROLLO rappresenta la modalità con cui si tiene conto nel modello della legislazione nazionale e regionale; È un elenco di misure con valori non nulli per le misure applicate; I valori associati alle misure riflettono la percentuale di applicazione per ogni combinazione di settore/attività/tecnologia (come percentuale del totale dell attività per quel settore) Alcune direttive considerate nella definizione della strategia di controllo: Direttiva IED (Industrial Emissions for large combustion plants); Direttiva solventi; Trasporto su strada: tutti glistandard EURO (692/2008/CE; 595/2009/CE..ecc ) Legislazione nazionale e regionale.

14 Esempio file di input strategia di controllo La Strategia di Controllo

15 Il modello GAINS Il modello GAINS Italia NON È UN INVENTARIO DELLE EMISSIONI; Calcolo delle emissioni in GAINS Italia E = Σ j Σ k At* Act j Ef j * (1 ŋ jk ) * Af jk Act j = Livello di Attività settore J Ef j = Fattore di Emissione NONabbattuto nel settore J (1 ŋ jk ) * Af jk = Abbattimento per effetto della tecnologia K nel settore J Calcolo delle emissioni nell Inventario E j = Act j * EF j EF j = Fattore di Emissione Totale (incluso abbattimento) nel settore J

16 Il modello GAINS Italia Il modello GAINS utilizza un proprio sistema di classificazione delle sorgenti, per cui è stata costruita una prima associazione tra sorgenti emissive del modello GAINS e quelle contenute nell inventario (che utilizza nomenclatura SNAP, NFR); a settori GAINS differenti può corrispondere lo stesso codice SNAP GAINS code SNAP code Inquinante SNAP 01 GAINS code SNAP code PP_EX, PP_NEW 0101, 0102 All PR_CEM , PR_GLASS , DRY DRY_NEW PR_ALPRIM PR_ALSEC PR_ALSEC CON_COMB, PR_REF, WASTE_FLR 0103, 0104, 0401, All SNAP 02 DOM tutto il gruppo 02 All SNAP 03 e 04 IN_BO, IN_OC tranne IN_CHEM_OC, IND_OTH tutto il gruppo 03 e 04 tranne 0401, 0404, 0405, IN_BO, IN_OTHER_OC 0301 SO 2, NO x, PM 10, CO 2 PR_COKE , SO 2, PM 10 PR_PIGI, PR_PIGI_F , PM 10 PR_BAOX PM 10 COV a differenti codici SNAP può corrispondere lo stesso codice GAINS Una dettagliata associazione tra classificazione GAINS e codici SNAP disponibile in Appendice al MANUALE del GAINS Italy on line scaricabile dal sito it.bologna.enea.it/gains/it/index.login Diventa fondamentale processo di ARMONIZZAZIONE ad un anno base tra inventario delle emissioni e stima GAINS

17 Il Processo di Armonizzazione Processo di armonizzazione i per macrosettore SNAP rispetto all inventario nazionale per elaborazione scenari nazionali e regionali; Anno base GAINS EU per negoziazione internazionale (revisione protocollo di Goteborg, direttiva NEC )

18 Gli Scenari Emissivi P ii di i NEC f i i i li d i l ITALIA Per revisione direttiva NEC confrontati scenari nazionali ed europei per l ITALIA. L esito del confronto ha dato avvio ad incontri bilateralistati Membri/IIASA/Commissione. Nuovi Scenari sono stati elaborati

19 Applicazioni: la valutazione dei piani di qualità dell aria

20 Applicazioni: LA VALUTAZIONE DEI PIANI DI QA Concentrazione di PM10 (μg/m3) al 2010: scenario CLE e variazione assoluta scenari QA/CLE

21 Applicazioni: LA VALUTAZIONE DEI PIANI DI QA QA and CLE concentration scenario comparison at 2010 QA/CLE (%) QA/CLE (μg/m 3 )

22 Applicazioni: LA VALUTAZIONE DEI PIANI DI QA Variazione dell aspettativa di vita (in mesi) al 2010 per effetto delle concentrazioni di PM2.5 scenario CLE variazione assoluta scenari QA/CLE

23 Il tool di ottimizzazione Ottimizzazione di tipo lineare Software GAMS (General Algebric Modeling System). Scelto per la enorme capacità di personalizzazione del codice di ottimizzazione che il linguaggio di programmazione consente OBIETTIVO: sulla base di uno o più target ambientali/salute definire un qualunque scenario di policy ed ottenere a livello regionale costi, misure e riduzione delle emissioni necessari a raggiungere il target Scenari di ottimizzazione con approccio tecnologico Et Estrema flessibilità (scelta dominio, i target, t vincoli..) Definito scenario e anno da ottimizzare, il tool produce: lo scenario BASELINE; lo scenario POLICY relativo al vincolo/i di ottimizzazione scelto/i; lo scenario MTFR (Maximum Technically Feasible Reduction). Sono stati ipotizzati due differenti scenari di policy con Obiettivo comune: raggiungimento al 2030 della concentrazione limite di 20 g/m 3 di PM2.5 su tutto il territorio italiano

24 RISULTATI DEGLI SCENARI DI POLICY: COSTI Approccio Gap Closure Ogni Regione deve ridurre il gap tra scenario BASELINE e MTFR. Approccio Valore Assoluto Coinvolte solo le Regioni con superamenti Scenario MTFR In quanto scenario di minima emissione raggiungibile e di massimi costi, fornisce un indicazione delle potenzialità di applicazione delle tecnologie per Regione

25 Risultati degli scenari di POLICY: LE EMISSIONI di SO 2

26 Risultati degli scenari di POLICY: LE MAPPE DI CONCENTRAZIONE DI PM2.5 AL 2030 Differenza in termini percentuali tra lo scenario Policy 50 gap closure elo scenario Policy valore assoluto (lim 20 µg/m 3 ). Con il segno negativo si indicano valori minori dello scenario gc50 rispetto al lim 20 µg/m 3

27 Risultati degli scenari di POLICY: LE MAPPE DI CONCENTRAZIONE DI PM2.5 AL 2030 Le mappe calcolate dal tool di ottimizzazione possono poi essere caricate nel modello GAINS Italia da cui è possibile calcolare mappe, scenari di emissione e conoscere per ogni Regione i dati di input. Esempio di calcolo delle concentrazioni di PM2.5 per lo scenario di POLICY 20_ABS_VALUE calcolate con il modello GAINS Italia che offre anche la possibilità di valutare la variazione i dll dello scenario di policy legata ad un differente anno meteorologico Concentrazione PM2.5 anno 2030 Scenario otttimizzato, vincolo conc PM2.5 = 20 g/m3 Scenario 2030_OPT_ABS_VALUE_PM Meteo = average year Concentrazione PM2.5 anno 2030 Scenario otttimizzato, vincolo conc PM2.5 = 20 g/m3 Scenario 2030_OPT_ABS_VALUE_PM Meteo = year 2005 Con anno meteo 2005, il valore limite di 20 g/m 3 non è più rispettato su tutta Italia. Nell area di Milano e Napoli ancora superamenti del valore limite.

28 CONCLUSIONI Strumenti come il GAINS Italia si rivelano validi strumenti per la verifica degli obiettivi di riduzione delle emissioni, per esempio nell ambito di processi negoziali a livello internazionale (revisione direttiva NEC, etc.) per la pianificazione e valutazione di opportune misure di riduzione delle emissioni e concentrazioni della qualità dell aria a livello nazionale/regionale per la valutazione di misure aggiuntive nel raggiungimento di un obiettivo di tipo ambientale/salute attraverso il tool di ottimizzazione dei costi È uno strumento trasparente in continuo aggiornamento e soggetto a numerose fasi di calibrazione Tutti gli scenari elaborati sono disponibili online sul GAINS Italia al link it.bologna.enea.it/gains/it/index.login