ovvero Quello che pensiamo di sapere su cosa succede quando cerchiamo di fare qualcosa per diminuire valori elevatissimi di PM10 nell aria nelle città

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1 ovvero Effetto sulla riduzione del particolato atmosferico delle azioni di limitazione del traffico durante gli episodi critici di qualità dell'aria in regione Lombardia Quello che pensiamo di sapere su cosa succede quando cerchiamo di fare qualcosa per diminuire valori elevatissimi di PM1 nell aria nelle città ing. Stefano Caserini Elisabetta Angelino, Giuseppe Fossati, Angelo Giudici, Guido Lanzani ARPA Lombardia, Milano Indice Metodologia di stima delle emissioni da traffico Stima delle riduzioni durante i periodi critici Effetti stimati sulla riduzione del particolato atmosferico Incertezze e necessità di approfondimenti Expert Panel emissioni da traffico, Roma,23 giugno 24 Criticità della qualità dell aria Superamenti generalizzati dei valori limite per il PM1 PROTEZIONE ECOSISTEMI Agglomerato/Zona Zona risanamento B Zona mantenimento SO2 limite annuale limite inverno NOx limite annuale < val. limite > val. limite, < val. limite + MDT > val. limite + MDT media annua (ug/m3) MN 49 MI 46 BG 45 CR 44 LO 44 PV 42 SO 41 BS 4 CO 36 VA 36 LC 35 Distanza % dall'obiettivo di qualità annuale (4 ug/m3) nei capoluoghi lombardi: anno MN MI BG CR LO PV SO BS CO VA LC Roma, marzo 24 % 1

2 Superamenti generalizzati dei valori limite per il PM1 Da cosa dipendono gli alti livelli di concentrazioni di polveri fini in atmosfera? n. giorni con concentrazioni > 5 ug/m3 MN 16 MI 113 BG 112 BS 11 CR 11 SO 99 LO 95 PV 89 CO 64 LC 62 VA 62 MN MI BG BS CR SO LO PV CO LC VA Roma, marzo 24 3 n. giorni > 5 ug/m (23) 1 METEOROLOGIA Le condizioni diffusive dell atmosfera sono nettamente il fattore più importante nel determinare episodi di criticità 2 EMISSIONI Inventario emissioni SORGENTI PUNTUALI SERBATOI AEROPORTI INEMAR - INventario EM issioni ARia Dati di emissioni disponibili per gli anni 1997 e 21 per 12 inquinanti: SO 2, NO x, NH 3, CO, COV, CO 2, CH 4, N 2 O, PTS, PM1, PM2.5, PCDD/Fs 1546 comuni di 11 province della Lombardia 11 macrosettori, 48 settori, 227 attività 25 combustibili SORGENTI DIFFUSE INEMAR INVENTARIO EMISSIONI ARIA DISCARICHE DI RIFIUTI FORESTE TRAFFICO URBANO TRAFFICO EXTRA -URBANO 8 algoritmi di stima delle emissioni Risultati scaricabili da internet inemar/inemarhome.htm Emissioni totali in Regione Lombardia - anno 21 dati per public review (disponibili su (ton/anno eccetto CO 2 in kton/anno) SO 2 NOx COV CH 4 CO CO 2 N 2 O NH 3 PM1 Produzione energia e trasform. combustibili 51,456 26, ,64 16, ,99 Combustione non industriale 6,244 16,977 13,946 7,72 163,79 16,931 1, ,662 Combustione nell'industria 1,34 44,554 5,64 1,121 59,114 13, ,6 Processi produttivi 3,524 1,594 3, ,25 3, ,563 Estrazione e distribuzione combustibili 8,919 92,143 Uso di solventi , Trasporto su strada 2, ,151 72,74 3,79 434,646 18,794 1,74 2,54 8,48 Altre sorgenti mobili e macchinari 1,22 11,32 1, , ,43 Trattamento e smaltimento rifiuti 271 1, , Agricoltura 1,568 1,31 216,52 23,314 1,656 94,823 1,684 Altre sorgenti e assorbimenti ,787 5,688 1, Totale 75, ,61 31, ,69 722,935 71,49 15,672 97,728 21,565 2

3 Emissioni totali in Regione Lombardia Trasporti su strada Fonti di dati per PM1 e PM2.5 EEA (1999) COPERT III. Methodology and Emission Factors, Technical Report. Version 2.1. PM1 NH3 N2O CO2 CO CH4 COV NOx SO2 % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1% Produzione energia e trasform. combustibili Combustione non industriale Combustione nell'industria Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Uso di solventi Trasporto su strada Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti TNO-MEP (21) Data collected within the CEPMEIP project (Co-ordinated European Programme on Particulate Matter Emission Inventories Projections and Guidance) IIASA (21) International Institute for Applied Systems Analysis: "A framework to estimate the potential costs for the control of fi ne particulate emissions in Europe". Anke Lukewille, Imrich Bertok, Markus Amman, Janusz Cofala, Frantisek Gyarfas, Chris Heyes, Niko Karvosenoja, Zbigniew Klimont and Wolfang Schopp. Interim Report 21 US-EPA (21) AIR CHIEF Versione 9 Emission Factor and Inventory Group, CD-ROM del ClearingHouse for Inventories and Emission Factor, Aprile 24 Dicembre 2, sito Internet (vers aprile 24) Approfondimento emissioni PM2.5, PM1, PTS (dati non ancora disponibili su web) 3. Approfondimento emissioni PM2.5, PM1, PTS Produzione energia Combustione non industriale Combustione nell'industria Processi produttivi Uso di solventi t/anno 15. Trasporto su strada Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti - PTS PM1 PM t/anno PM2.5 PM1 PTS Produzione energia Combustione nell'industria Uso di solventi Altre sorgenti mobili e macchinari Agricoltura Combustione non industriale Processi produttivi Trasporto su strada Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti e assorbimenti 3

4 Metodologia di stima delle emissioni da traffico Emissioni da traffico TRAFFICO LINEARE RETE STRADALE principale LUNGHEZZA VELOCITA MAX CAPACITA CURVA DI DEFLUSSO Traffico lineare Traffico diffuso (urbano) CURVA DI DISTRIBUZIONE Tipologia strada - n archi - lunghezza Autostrada Strada statale km km Strada provinciale Strada comunale km 6 21 km km TRAFFICO LINEARE RETE STRADALE principale FLUSSI ORARI medi ora di punta mattutina (7 1 a.m.) Veicoli / ora Distinti per macroclassi Automobili Veicoli leggeri - merci Veicoli pesanti e bus Motoveicoli Stima delle emissioni da traffico lineare FATTORI EMISSIONE COPERT III (EEA 2) 15 classi veicolari 16 INQUINANTI: SO 2 - NO X - COV - CH 4 - CO CO 2 - NH 3 - N 2 PM - METALLI emissioni a freddo, evaporative, usura invecchiamento veicolo 4

5 coefficienti di distribuzione temporale Stima dei flussi veicolari in 4 fasce orarie ( ) 3 giorni tipo (feriale, prefestivo, festivo) 4 stagioni Scomposizione dei flussi per macroclassi in flussi per classi veicolari copert in funzione di : composizione in classi del parco veicolare immatricolato percorrenze medie annue Determinazione velocità per il calcolo del fattore di emissione: in funzione del grado di occupazione del tratto stradale con limiti diversificati per macroclasse frazione velocità max Frazione capacità Esempio di variazione flussi per stagione e tipo giorno Inverno Primavera Estate Autunno 1 Automobili per ora e tipo giorno Automobili Feriale Prefestivo Festivo Mezzi pesanti Inverno Primavera Estate Autunno Dati traffico lineare Copert III (Fattori di emissione) Emissioni traffico lineare Emissioni traffico diffuso Consumi traffico lineare Vendite di carburante registrate ai distributori Consumi traffico diffuso Copert III (Fattori di emissione) Traffico diffuso: consumo di carburante annuale regionale per tipo di carburante (benzina, diesel, GPL) Consumo annuale comunale per classe veicolare Consumo comunale per classe veicolare e tipologia ora, giorno e stagione numero veicoli per classe e comune percorrenza annuale urbana consumo specifico distribuzione flussi e velocita orarie in ambito urbano (provenienti dai P.U.T.) EMISSIONI DA TRAFFICO DIFFUSO 5

6 Emissioni da trasporto stradale Zonizzazione del territorio PM1 (t/anno) Zone e agglomerati Superficie Km2 Residenti Bergamo Brescia Como Milano Sempione Cremona Lecco Lodi Mantova Pavia Sondrio Varese Risanamento multi -inq Risanamento ozono Mantenimento Popolazione agglomerati = 49% (7% del territorio regionale) Roma, marzo 24 Emissioni nelle aree critiche della regione Lombardia Trasporti su strada La stima delle emissioni può servire per valutare l effetto sulla riduzione delle emissioni PM 1 di interventi di blocco del traffico nelle aree critiche PM1 NH3 N2O CO2 CO CH4 COV NOx SO2 % Produzione energia e trasform. 2% combustibili 4% Combustione 6% non industriale 8% 1% Combustione nell'industria Processi produttivi Estrazione e distribuzione combustibili Uso di solventi Trasporto su strada Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti Interventi previsti per l inverno 23/24 Limitazione feriale del traffico non catalizzato ( blocco parziale ) auto benzina < Euro 1 (imm. prima del 1993) auto diesel < Euro 1 (imm. prima del 1994) veicoli leggeri e pesanti < Euro 1 (convenzionali) Limitazione festiva di tutto il traffico motorizzato ( blocco totale ) tutti i veicoli ad esclusione di autobus e veicoli GPL e metano Solo ore diurne (8. 2.) 6

7 Nella valutazione sono stati considerati 5 scenari Classi veicolari (per tipo copert) bloccate nei diversi scenari Scenario Veicoli esclusi dalla circolazione Solo feriale Solo festivo auto pre euro 1 moto pre euro merci leggeri pre euro auto pre euro 2 moto pre euro merci leggeri pre euro merci pesanti pre euro auto pre euro moto pre euro merci leggeri pre euro 3 merci pesanti pre euro auto diesel euro I merci leggeri euro I auto pre euro moto pre euro merci leggeri pre euro 4 merci pesanti pre euro auto diesel euro I merci leggeri euro I merci pesanti euro 5 tutti i veicoli ad esclusione di autobus e veicoli GPL Le emissioni durante i periodi di limitazione della circolazione sono calcolate a partire dalle emissioni annue e sulla base delle distribuzioni temporali dei flussi di traffico in ambito urbano già utilizzate per la stima delle emissioni da traffico diffuso Esempio di risultato - Riduzione emissioni scenario 2 Emissioni giorno tipo invernale in tonnellate riduzione emissioni riduzione percentuale Area_critica Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Feriale Prefestivo Festivo Festivo Scarico Bergamo % 12% 8% Brescia % 12% 8% Como % 14% 1% Feriale Auto Leggeri Pesanti Auto Leggeri Pesanti Festivo usura totale Milano % 11% 8% Sempione % 12% 8% Area risanamento A % 12% 9% altri comuni Bergamo % 5% 4% Brescia % 6% 4% Como % 7% 5% Milano % 5% 4% Sempione % 6% 4% Area risanamento A % 6% 4% altri comuni Bergamo % 1% 7% Brescia % 11% 7% Como % 13% 8% Milano % 1% 7% Sempione % 1% 7% Area risanamento A % 11% 8% altri comuni totale regione % 8% 5% 7

8 Riduzioni emissioni riepilogo Emissioni area critica Unica (t/g) riduzione emissioni riduzione percentuale scenario Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo 2 1,15 6,44 4,87 1,15,66,33 11% 1% 7% 5 1,15 6,44 4,87 4,33 2,87 1,66 43% 45% 34% Emissioni aree critiche sovracomunali (t/g) riduzione emissioni riduzione percentuale scenario Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo 2 12,33 7,85 5,87 1,39,8,41 11% 1% 7% 5 12,33 7,85 5,87 5,26 3,52 2,1 43% 45% 34% Emissioni aree critiche sovrac + ris. A (t/g) riduzione emissioni riduzione percentuale scenario Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo 2 19,1 12,79 9,91 2,21 1,33,72 12% 1% 7% 5 19,1 12,79 9,91 8,22 5,74 3,46 43% 45% 35% Blocco parziale Riduzione delle emissioni da traffico con blocco parziale in un giorno feriale nell inverno 23/24 = circa 11 % In una giornata invernale feriale nelle aree critiche le emissioni da traffico sono il 5 % delle emissioni totali di PM1 Emissioni intera regione (t/g) riduzione percentuale scenario Feriale Prefestivo Festivo Feriale Prefestivo Festivo 2 25,22 17,56 13,65 9% 8% 5% 5 25,22 17,56 13,65 33% 33% 25% Riduzione delle emissioni complessive di PM1 in atmosfera = circa 5 % Blocco totale Riduzione delle emissioni da traffico con blocco totale in un giorno festivo nell inverno 23/24 = circa 34 % In una giornata invernale festiva nelle aree critiche le emissioni da traffico sono il 4 % delle emissioni totali di PM1 vantaggi meno penalizzante per chi non ha sistemi alternativi di trasporto permette una certa fluidificazione del traffico * Altre ipotesi di intervento Targhe alterne svantaggi scarsi risultati sulla limitazione dei flussi veicolari (blocco delle seconde auto *) possibilità di incentivazione all acquisto di una seconda auto Riduzione delle emissioni complessive di PM1 in atmosfera = circa 15 % * Il blocco targhe alterne nell inverno ha portato ad una riduzione dei flussi veicolari in Milano del % 8

9 ELEVATA INCERTEZZA NELLE STIME DELLE EMISSIONI DI PM1 DA TRAFFICO 1. incertezze nei fattori di emissione effettivi (in relazione all effettivo stato di manutenzione dei veicoli) 2. incertezze nei fattori di emissione non-exhaust (pneumatici, freni, abrasione asfalto) 3. carenze nei dati dei flussi di traffico (dati + modello assegnazione) e nelle effettive velocità di scorrimento 4. incertezza nelle curve di distribuzione temporale 5. incertezza nella quota di percorrenza urbana 6. incertezza nel parco effettivamente circolante (dati percorrenze) 7. risospensione 8. PM1 secondario Incertezze 1 - Fattori di emissione reali Quali sono i fattori di emissione reali per i nuovi veicoli (euro III e IV)? Qual è l effetto reale dello stato di manutenzione del veicolo? Qual è l effetto dei cicli urbani reali aggressivi? Qual è l effetto del decadimento nel tempo dell'efficacia dei sistemi di abbattimento? Eacaldo = FEacaldo* NV* L FE acaldo = a+ b* V+ c* V^2+ d* V^e+ f *ln( V) + g*exp(* h V) Fattore di emissione (g/km) Velocità media (km/h) Curva interpolante Coefficienti Coefficiente di determinazione Characterisation of Exhaust Particulate Emissions from Road Vehicles -Conclusions of the EU ParticulatesProject Samaras et al., EURO V Conference, Milano, 1-11 Decembre 23 Esempio 9

10 Incertezze 2 emissioni da usura o non-exhaust (pneumatici, freni, abrasione asfalto) Prestazioni degli ecodiesel alle alte velocità? Il contributo delle emissioni da usura è spesso sottovalutato quando si valuta l efficacia delle nuove tecnologie sulle emissioni complessive di PM1. Qual è la dipendenza dalle emissioni in relazione alla velocità e alle condizioni ambientali? Ai fini della qualità dell aria non interessano solo le emissioni allo scappamento ma le emissioni totali (scappamento + usura) Fattori di emissione Pm1 (mg/km) Aggiornamento metodologia stima emissioni di polveri non-exhaust ANNI DI TIPO LEGISLATIVOIMMATRICOLAZIONE COMB. Fattore di emissione totale Combustione (scappamento) - ciclo urbano (2) Freni + pneumatici + abrasione (3,4,5) Automobili Pre ECE fino al 31/3/1973 benzina Automobili ECE 15-/1 fino al 31/9/1978 benzina Automobili ECE 15-2 fino al 31/12/1981 benzina Automobili ECE 15-3 fino al 31/12/1984 benzina Automobili ECE 15-4 fino al 31/12/1992 benzina Automobili Euro 1 (91/441/EEC) benzina Automobili Euro 2 (94/12/EEC) benzina Automobili Euro benzina Automobili EURO benzina Automobili Conventional gasolio Automobili Euro 1 (91/441/EEC) gasolio Automobili Euro 2 (94/12/EEC) gasolio Automobili Euro gasolio Automobili EURO gasolio Veicoli leggeri < 3.5 tconventional gasolio Veicoli leggeri < 3.5 teuro 1 (93/59/EEC) gasolio Veicoli leggeri < 3.5 teuro 2 (96/69/EEC) gasolio Veicoli leggeri < 3.5 teuro gasolio Veicoli leggeri < 3.5 teuro gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t Conventional gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t Euro 1 (91/542/EEC) gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t Euro 2 (91/542/EEC) gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t EURO gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t EURO gasolio Veicoli pesanti > 3.5 t EURO gasolio Ciclomotori < 5cc (6) tutti benzina Motocicli (6) tutti benzina n.e. = non-exhaust Auto benz. euro 1,2,3: PM1 n.e. = 9 % Auto diesel: PM1 n.e. = 2-3 % Diesel leggeri: PM1 n.e. = 1-2 % Diesel pesanti: PM1 n.e. = 2-3 % Per le emissioni non-exhaust sono state utilizzati i dati CEPMEIP e e le distribuzioni granulometriche proposte da L. Ntziachristos nella versione agosto 23 del cap. 77 del Guidebook EEA. Per la stima delle emissioni di PM2.5 non è stata applicato l algoritmo di dettaglio ma sono stati applicati ai FE del PM1 (fonte CEPMEIP) le distribuzioni granulometriche proposte : PM2.5 PM1 PTS Freni 39% 98% 1 % Pneumatici 42% 6% 1 % Abrasione 27% 5% 1 % 1

11 Per il PM2.5 il peso delle emissioni da usura è minore PM2.5 PM1 PTS benzina super benzina verde diesel senza comb. Incertezze 3,4,5 carenze nei dati dei flussi di traffico (dati + modello assegnazione) e nelle effettive velocità di scorrimento incertezza nelle curve di distribuzione temporale incertezza nella quota di percorrenza urbana I modelli di traffico spesso descrivono in modo approssimativo i flussi dei veicoli leggeri e pesanti gli spostamenti erratici Nelle emissioni dalle combustioni si è assunto PM2.5 = PM1 = PTS per veicoli a benzina e PM2.5 = PM1 = 97% PTS per veicoli diesel. Incertezze 6 - Incertezza nel parco realmente circolante - Dati parco vecchi di un paio d anni - Percorrenze urbane variabili con l età del veicolo km/anno 4 BERGAMO km/anno BRESCIA 35 Percorrenza annua BRESCIA km/anno medie autovetture 3 SONDRIO SONDRIO km/anno catalizzate superiore del 25 MILANO 45% a quelle non MILANO km/anno 2 catalizzate 15 Nei primi 2-3anni le 1 autovetture percorrono, annualmente, fino al 5 4% in piu degli anni successivi anni anzianità La percorrenza delle vetture diesel è superiore dell 82% a quella delle vetture a benzina Le autovetture utilitarie (fino a 12cc.) hanno percorrenze medie annue inferiore del 3% rispetto a vetture con cilindrata maggiore Incertezze 7 - Risospensione È difficile valutare la risospensione delle polveri presenti sull'asfalto provocata dal passaggio dei veicoli, in quanto le metodologie disponibili forniscono ancora stime con un elevato grado di incertezza. EPA grandissimo interesse per le emissioni da risospensione Se ne occupano i modellisti e non gli inventaristi 11

12 .. ad esempio Incertezze 8 - PM secondario Contributi delle varie sorgenti locali in condizioni meteorologiche differenti calcolate da ARPA Lombardia con il modello a recettore CMB 7 dell US-EPA, applicato ai dati di Via Messina a Milano. È difficile valutare il contributo dei veicoli alla formazione di PM1 secondario (da reazioni chimiche secondarie e da condensazione). 1% 8% E però ormai riconosciuta la grande importanza del PM fine di origine secondaria sulle concentrazioni complessive di PM1 in atmosfera 6% 4% 2% % Senza pioggia Con pioggia Pioggia intensa Con vento Polvere del suolo Traffico Industria Secondario per ulteriori dettagli: Assessing the impact of particulate matter sources in the Milan urban area (S. Mossetti, S.Angius, Milano, E.Angelino) maggio 24 Simulazione modellistica con PM1 secondario (ARIANET, 24) Diminuzione delle Concentrazioni Caso Base Scenario - PM1 Altre incertezze - PM secondario Generalmente il compito di stimare il PM1 secondario è lasciato ai modellisti Sono state recentemente proposte stime parametriche del PM1 totale De Leeuw, 22 PM1tot = PM1 (primario) + NOx.88 + SO NH3.63 Secondo questo approccio il contributo del PM primario sul PM1 totale in Europa è pari all 11 %! MATTINA SERA 12

13 Altre incertezze - PM secondario Secondo questo approccio il contributo del PM primario sul PM1 in Lombardia è pari all 8 %! PM1- TOT PM1 -II NH3 NOx Produzione energia e trasform. combustibili Combustione non industriale Combustione nell'industria Processi produttivi Estrazione e distribuzione combustibili Uso di solventi Trasporto su strada Conclusioni /1 Il traffico soggetto a limitazione è sicuramente poco influente nel variare in modo significativo le concentrazioni di PM1 totale in atmosfera Le tipologie di categorie soggette a restrizione sono troppo limitate La scala urbana è forse troppo limitata SO2 PM1 -I % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1% Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti Per alcuni contesti potrebbe essere troppo limitata anche la scala provinciale (e regionale?) In realtà sulla base di dati locali il contributo del PM primario al PM1 totale può essere stimato, in via del tutto preliminare, fra il 3-5 % Evoluzione temporale PM1 al suolo (ARIANET, 24) Conclusioni /2 E da chiarire il contributo reale che possono dare i nuovi carburanti e le nuove tecnologie motoristiche alla diminuzione del PM1 totale nelle aree urbane La svolta verso una riqualificazione generale della mobilità verso la sostenibilità non sembra ulteriormente rimandabile 13