VALUTAZIONE DELL IMPATTO SULLA QUALITA DELL ARIA DI IMPIANTI A BIOMASSA: BIOGEN Chivasso S.r.l. Roberta De Maria,, Valeria Garbero,, Mara Cesano Dipartimento Sistemi Previsionali
LO STUDIO Attività di modellistica ambientale per la valutazione dell impatto sulla qualità dell aria dei principali impianti per la produzione di energia elettrica e termica alimentati a biomassa presenti sul territorio della Provincia di Torino studio affidato dall Amministrazione Provinciale (ora Città Metropolitana) ad Arpa Piemonte (aprile 2013) Analisi delle sorgenti emissive in attività per l assegnazione ai singoli impianti dei ratei emissivi più aderenti alle condizioni di reale funzionamento Campionamenti e determinazioni analitiche di - macroinquinanti (SO x, NO x, CO, COT, PTS, HCl, HF, Hg e metalli) - microinquinanti (PCB, IPA, PCDD/PCDF) su alcuni impianti rappresentativi delle diverse tipologie di alimentazione a biomassa Valutazione modellistica delle ricadute al suolo dei principali inquinanti prodotti da impianti alimentati a diversi tipi di biomassa (solida, liquida e gassosa) RAPPRESENTAZIONE DEGLI IMPATTI IN PERIODO DI NORMALE FUNZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI
GLI IMPIANTI Sono stati simulati: 5 impianti a biomassa legnosa (4 dotati di SME) 3 impianti a biomassa liquida (1 dotato di SME BIOGEN Chivasso S.r.l.) 14 impianti a biogas RAGIONE SOCIALE COMUNE Tipologia di combustibile Dominio di simulazione C&T S.p.A. AIRASCA Biomassa legnosa Sud SIPEA S.r.l. RIVAROLO CANAVESE Biomassa legnosa Nord PROVANA CALORE S.r.l. LEINI' Biomassa legnosa Nord SOCIETA AGRICOLA EOSLAB S.r.l. TORRAZZA PIEMONTE Biomassa legnosa Nord ASA Azienda Servizi Ambiente CASTELLAMONTE Biomassa legnosa Nord BIOGEN Chivasso S.r.l. CHIVASSO Olio vegetale Nord CODÉ CRAI OVEST Cooperativa LEINI' Olio vegetale Nord Heat & Power S.r.l. SETTIMO TORINESE Olio vegetale Nord Azienda Agricola Racca Giuseppe e figli s.s. SETTIMO TORINESE Biogas Nord Società Semplice Agricola Genola RIVAROLO CANAVESE Biogas Nord Società Agricola Cervino s.s. RIVAROLO CANAVESE Biogas Nord Società Agricola TENUTA DUCA VEROLENGO Biogas Nord Egea New Energy S.p.A. OZEGNA Biogas Nord Società Agricola AGRINORD ENERGIA CALUSO Biogas Nord Società Agricola F.lli Villosio s.s. MAZZE' Biogas Nord Scalenghe Biogas Società Agricola S.r.l. SCALENGHE Biogas Sud BIO-ENERGY Società Cooperativa Agricola VIGONE Biogas Sud Agri Energia None 2012 Società Agricola Cooperativa NONE Biogas Sud Società Cooperativa Agricola BRENTATORI PIOSSASCO Biogas Sud Società Agricola Cavaglià Bruno e Daniele s.s. PIOSSASCO Biogas Sud Società Cooperativa Agricola Bio Canali BURIASCO Biogas Sud Società Cooperativa Agricola Speranza CANDIOLO Biogas Sud Società Cooperativa Agricola Speranza CANDIOLO Biogas Sud
IL SISTEMA MODELLISTICO DATI EMISSIVI DATI METEOROLOGICI MODELLI METEOROLOGICI DIAGNOSTICI DATI GEOGRAFICI MODELLO EMISSIONI PUNTUALI INPUT EMISSIVO INPUT METEOROLOGICO Il modello lagrangiano a particelle permette di descrivere con grande dettaglio la dispersione delle emissioni in atmosfera di inquinanti inerti o poco reattivi (no componente secondaria) MODELLO DISPERSIVO LAGRANGIANO A PARTICELLE 3D
AREA DI CALCOLO ZONA NORD Anno di riferimento: 2013 Risoluzione orizzontale 300 m nel dominio meteorologico 150 m nel dominio dispersivo BIOGEN Chivasso S.r.l.
IMPIANTO BIOGEN Chivasso Impianto di cogenerazione per la produzione di energia elettrica e termica alimentato ad olio vegetale avviato nel 2013 (a regime dal mese di maggio), costituito da: motore endotermico a ciclo diesel - potenza immessa con il combustibile 36144 kw - potenza elettrica nominale 16950 kw - potenza termica utile 10500 kw turbina a olio siliconico da 1200 kw di potenza elettrica alimentabile con parte del calore recuperato dal motore Impianto funzionante alla massima potenza per 24 ore/gg per 8000 ore/anno Previste fermate programmate, in funzione delle ore di lavoro del motore, per manutenzione Sistemi di abbattimento e controllo delle emissioni: sistema SCR a iniezione di urea per l abbattimento degli NO x catalizzatore ossidante per l abbattimento del CO e l ossidazione del particolato carbonioso sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni (SME): CO, NO x (come NO 2 ), polveri, NH 3 altri parametri monitorati: temperatura e portata fumi, O 2 secco e O 2 umido, parametri di processo
CARATTERISTICHE EMISSIVE Acquisizione, analisi, elaborazione dei dati acquisiti dallo SME Per descrivere il periodo di funzionamento a regime dell impianto si sono utilizzati i dati SME da giugno 2013 a maggio 2014 ricostruzione di un anno emissivo tipo Caratteristiche geometriche e fisiche dell'emissione Origine dati Diametro (m) 1.6 (1) Altezza (m) 25 (1) T ( C) 255 (2) v (m/s) 23.9 (2) % O2 12.1 (2) % Umidità 8.6 (2) Portata (Nm³/h) 45204 (2) (1) documentazione di progetto e autorizzazione (2) media dei dati orari rilevati dallo SME relativi al periodo giu 2013 - mag 2014 CARATTERISTICHE MEDIE PUNTO EMISSIONE Le concentrazioni di PM sono ottenute da quella delle polveri totali applicando fattori di ripartizione da letteratura che tengono conto del processo e del combustibile (0.617 per il PM2.5 e 0.855 per il PM10) Inquinante C camino C camino normalizzata tal quale Flusso massa u.d.m. mg/nm³ mg/m³ kg/h NO x 119 31 5,4 CO 57 15 2,6 Polveri Totali 3,8 0,99 0,17 PM2.5 2,3 0,61 0,11 PM10 3,2 0,84 0,15 NH 3 4,8 1,2 0,22 Media dei dati orari rilevati dallo SME relativi al periodo giu 2013 - mag 2014
SCENARI EMISSIVI Le simulazioni modellistiche sono state realizzate con due scenari emissivi SCENARIO MEDIO ANNUO In ingresso: Dati medi annuali SME per parametri fisici (v, t, flusso di massa NO x ) Dati medi annuali SME per NO x, CO, PTS, NH 3 Misure da campionamenti per SO x,cot, Hg, HF, HCl, metalli, IPA, PCB, PCDD/PCDF Funzionamento in continuo (8760 ore/anno), emissione costante SCENARIO SME In ingresso: Dati orari SME per parametri fisici Dati orari SME per l inquinante più critico NO x Funzionamento reale, emissioni modulate Calcolo mappe di concentrazione Calcolo mappe di diluizione
SCENARIO MEDIO Mappa di diluizione delle concentrazioni medie annue Inquinante C camino tal quale C camino normalizzata C max C 1:5 0000 C 1:100000 C 1:200000 C 1:500 000 C 1:1000000 SO x, HF, Hg < limite di rilevabilità u.d.m. mg/m³ mg/nm³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ NOx 31 119 0,63 0,62 0,31 0,16 0,062 0,031 CO 15 57 0,30 0,30 0,15 0,075 0,030 0,015 COT 1,4 5,4 0,029 0,028 0,014 0,0071 0,0028 0,0014 Polveri 0,99 3,8 0,020 0,020 0,0099 0,0049 0,0020 0,00099 PM2.5 0,61 2,3 0,012 0,012 0,0061 0,0030 0,0012 0,00061 PM10 0,84 3,2 0,017 0,017 0,0084 0,0042 0,0017 0,00084 NH3 1,2 4,8 0,025 0,025 0,012 0,0062 0,0025 0,0012 HCl 1,3 5,1 0,027 0,027 0,013 0,0067 0,0027 0,0013 u.d.m. µg/m³ µg/nm³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ Cromo 6,9 27 0,14 0,14 0,069 0,035 0,014 0,0069 Manganese 14.0 53 0,28 0,28 0,14 0,069 0,028 0,014 Nichel 0,58 2,2 0,012 0,012 0,0058 0,0029 0,0012 0,00058 Piombo 1,2 4,4 0,023 0,023 0,012 0,0058 0,0023 0,0012 Rame 4,6 18 0,094 0,093 0,046 0,023 0,0093 0,0046 Vanadio 0,58 2,2 0,012 0,012 0,0058 0,0029 0,0012 0,00058 Zinco 25 95 0,50 0,50 0,25 0,12 0,050 0,025 u.d.m. ng/m³ ng/nm³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ IPA 1,3 4,8 0,025 0,025 0,013 0,0063 0,0025 0,0013 PCB totali 2,8 10,7 0,057 0,056 0,028 0,014 0,0056 0,0028 u.d.m. pg/m³ pg/nm³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ PCDD/DF 13 50 0,27 0,26 0,13 0,066 0,026 0,013
SCENARIO MEDIO Mappa di diluizione delle concentrazioni massime orarie annue Inquinante C camino tal quale C camino normalizzata C max C 1:1 000 C 1:2000 C 1:5000 C 1:10 000 C 1:20000 SO x, HF, Hg < limite di rilevabilità u.d.m. mg/m³ mg/nm³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ µg/m³ NOx 31 119 35 31 16 6 3,1 1,6 CO 15 57 17 15 7,5 3,0 1,5 0,75 COT 1,4 5,4 1,6 1,4 0,71 0,28 0,14 0,071 Polveri 0,99 3,8 1,1 0,99 0,49 0,20 0,099 0,049 PM2.5 0,61 2,3 0,68 0,61 0,30 0,12 0,061 0,030 PM10 0,84 3,2 0,94 0,84 0,42 0,17 0,084 0,042 NH3 1,2 4,8 1,39 1,24 0,62 0,25 0,124 0,062 HCl 1,3 5,1 1,48 1,3 0,67 0,27 0,13 0,067 u.d.m. µg/m³ µg/nm³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ ng/m³ Cromo 6,9 27 7,7 6,9 3,5 1,4 0,69 0,35 Manganese 14 53 15 14 6,9 2,8 1,4 0,69 Nichel 0,58 2,2 0,64 0,58 0,29 0,12 0,058 0,029 Piombo 1,2 4,4 1,3 1,2 0,58 0,23 0,12 0,058 Rame 4,6 18 5,2 4,6 2,3 0,93 0,46 0,23 Vanadio 0,58 2,2 0,64 0,58 0,29 0,12 0,058 0,029 Zinco 25 95 28 25 12 5 2,5 1,2 u.d.m. ng/m³ ng/nm³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ pg/m³ IPA 1,3 4,8 1,4 1,3 0,63 0,25 0,13 0,063 PCB totali 2,8 10,7 3,1 2,8 1,4 0,56 0,28 0,14 u.d.m. pg/m³ pg/nm³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ fg/m³ PCDD/DF 13 50 15 13 6,6 2,6 1,3 0,66
SCENARIO MEDIO MAPPE DI DILUIZIONE: ESEMPIO APPLICATIVO NH 3 Attraverso le mappe di diluizione è possibile, nota la concentrazione media annua a camino di un qualsiasi inquinante e in condizioni meteorologiche ed emissive medie analoghe a quelle di simulazione, calcolare le concentrazioni attese in immissione. AMMONIACA Odour threshold (OT) (1) : 200 ppb (144 µg/m³) stimato con olfattometria dinamica Concentrazione media a camino (SME): 1,2 mg/m³ (4,8 mg/nm³) Concentrazione massima media annua stimata al suolo: 0,025 µg/m³ Concentrazione massima oraria stimata al suolo: 1,39 µg/m³ circa 100 volte inferiore all OT Procedimento inverso: data una concentrazione in immissione in un punto del dominio di calcolo, ipotizzare la concentrazione corrispondente a camino Quale dovrebbe essere la concentrazione a camino per avere una concentrazione massima oraria stimata al suolo pari alla soglia di percettibilità di 144 µg/m³? 144 * 898/1000 = 129 mg/m³ (495 mg/nm³ circa 50 volte il limite emissivo) (1) D.g.r. Regione Lombardia 15 febbraio 2012 n. IX/3018 Determinazioni generali in merito alla caratterizzazione delle emissioni gassose in atmosfera derivanti da attività a forte impatto odorigeno Allegato 4
Concentrazioni medie annue SCENARIO SME Ossidi di azoto NO x 99.8 percentile delle concentrazioni orarie C max Inquinante x (m) y (m) Flusso (kg/h) (µg/m 3 ) Media annuale NO x 415200 5006250 5,4 0,65 Massimo orario NO x 413850 5006100 11,1 67 99,8 percentile delle medie orarie NO x 414150 5007000 8,0 17
SCENARIO MEDIO vs. SCENARIO SME Ossidi di azoto (NO x ) I due scenari permettono di mettere in evidenza l influenza delle condizioni meteorologiche sulla dispersione (scenario medio) e dell effetto combinato di meteorologia ed assetto emissivo (scenario SME) Le massime medie annuali sono molto simili: 0,63 µg/m³ nello scenario medio, 0,65 µg/m³ nello scenario SME sul lungo periodo le differenze nelle emissioni risultano mediate Differenze nelle massime medie orarie: 35 µg/m³ nello scenario medio, 67 µg/m³ nello scenario SME il valore più elevato dello SME si verifica tiene conto dell effetto delle diverse condizioni emissive (avviamento impianto) Il 99,8 percentile delle medie orarie nel caso SME ha un valore di 17 µg/m³ ( il valore di 17 µg/m³ viene superato al più per 18 ore/anno), nel caso dello scenario medio di 14 µg/m³
SCENARIO SME E VALORI DI FONDO VAQ = Valutazione Annuale della Qualità dell Aria Inventario IREA 2008
CONCLUSIONI Le concentrazioni stimate dal sistema modellistico per l impianto BIOGEN Chivasso S.r.l. in entrambi gli scenari sono inferiori ai limiti previsti dalla normativa sulla qualità dell aria Per l inquinante più critico, gli ossidi di azoto, la somma con il fondo ambientale (medie annue) non evidenzia superamenti del valore limite previsto dalla normativa per l NO 2 (40 µg/m³) Nel caso degli inquinanti per i quali non sono previsti limiti in aria dalla normativa vigente (PCB, PCDD/PCDF, Cr, Mn, V) si sono presi come riferimento i valori indicati dalle Air Quality Guidelines World Health Organization (WHO) anche in questo caso i valori stimati dalla modellizzazione sono inferiori ai valori di riferimento Per l ammoniaca, le massime concentrazioni orarie in immissione sono risultate di circa 100 volte inferiori all Odour Threshold di 200 ppb
GRAZIE PER L ATTENZIONE! L
D. Lgs. 155/2010 e s.m.i. biossido di zolfo (SO 2 ) [1] biossido di zolfo (NO 2 ) [1] Valori limite, livelli critici e valori obiettivo Periodo di mediazione Valore limite 1 ora 350 µg/m 3 da non superare più di 24 volte per anno civile 1 giorno 125 µg/m 3 da non superare più di 3 volte per anno civile 1 ora 200 µg/m 3 da non superare più di 18 volte per anno civile anno civile 40 µg/m 3 ossidi di azoto (NO x ) [2] anno civile 30 µg/m 3 monossido di carbonio (CO) [1] particolato PM10 [1] media massima giornaliera calcolata 10 mg/m 3 sulle 8 ore 50 µg/m 3 da non superare più di 35 1 giorno volte per anno civile anno civile 40 µg/m 3 particolato PM2.5 [1] anno civile 25 µg/m 3 piombo [1] anno civile 0,5 µg/m³ arsenico [3] anno civile 6 ng/m³ cadmio [3] anno civile 5 ng/m³ nichel [3] anno civile 20 ng/m³ benzo(a)pirene [3] anno civile 1 ng/m 3 [1] Valore limite [2] Livello critico per la protezione della vegetazione [3] Valore obiettivo riferito al tenore totale di cias cun inquinante presente nella frazione PM10 del materiale particolato