A cura di FRANCESCA LIGUORI
ARPA Veneto per il team del progetto APICE1
Introduzione: obiettivi, metodologia e fasi del progetto
APICE (Common Mediterranean strategy and local practical Actions for the mitigation of Port, Industries and Cities Emissions) è un progetto europeo di cooperazione transnazionale finanziato nell’ambito del Programma MED 2007-2013, di cui ARPA Veneto è Lead Partner. Il costo totale del progetto è pari a A 2.281.400,00, sostenuto per il 75% dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale. Il piano di lavoro del progetto è sviluppato in 30 mesi: iniziato a giugno 2010 andrà a concludersi a fine novembre 2012. APICE si pone l’obiettivo di affrontare la comune problematica dell’inquinamento atmosferico delle cinque città del Mediterraneo coinvolte, da Ovest verso Est: Barcellona, Marsiglia, Genova, Venezia e Salonicco facendo sinergia rispetto ai diversi ruoli e alle diverse professionalità dei partner coinvolti. La particolarità del partenariato è quella di prevedere, per ciascuna città in studio, il coinvolgimento sia di un ente istituzionale con responsabilità – a vario livello - nel campo della pianificazione territoriale, sia di un ente di ricerca o comunque con competenze specialistiche nel campo del monitoraggio atmosferico. Oltre ad ARPA Veneto, i partner coinvolti a livello internazionale sono la Regione del Veneto, la Provincia di Genova e l’Università di Genova, l’Autorità Portuale di Marsiglia assieme all’Università di Provenza, l’Amministrazione Decentralizzata della Macedonia-Tracia (già Regione della Macedonia Centrale) con le Università Aristotele di Salonicco e l’Università della Macedonia Occidentale, l’Agenzia Nazionale per la Ricerca spagnola IDAEA-CSIC in collaborazione con l’Agenzia per gli studi marittimi ambientali di Barcellona (EUCC). Essere riusciti a portare in un unico tavolo di discussione partner istituzionali di così diverso profilo, dall’Autorità Portuale di Marsiglia, alla Provincia di Genova ed ancora le Amministrazioni Regionali della Macedonia e del Veneto, è stato un peculiare successo di APICE. Il diversificato parternariato mira infatti a riconoscere, analizzare e individuare con diversi e complementari punti di vista sia le problematiche della qualità nell’aria nelle città portuali sia le auspicabili soluzioni.
Figura 1: Diagramma di flusso di APICE2
1 L’elenco completo degli Autori è riportato alla fine dell’articolo
2 Nel sito ufficiale del progetto (http://www.apice-project.eu) è possibile scaricare le deliverables fino ad oggi realizzate. Inventari locali
delle emissioni Trend socio -economici
Identificazione del rischio delle attivitˆ e comparazione della vulnerabilitˆ dei sistemi Monitoraggi della
qualitˆ dellÕ aria
Analisi del contributo delle sorgenti per mezzo di modelli a recettore e modelli fotochimici euleriani
Scenari futuri
Strategia Trasnazionale
Comune
Inserimento dei Piani di Adozione Locali in ciascun contesto territoriale e di conoscenza Piani di Adozione Locali Analisi del contesto
APICE si pone l’obiettivo di stabilire misure concrete per affrontare la problematica della qualità dell’aria nelle città portuali e nei siti industriali ad essi connessi. Il Progetto si prefigge di proporre delle linee guida per una pianificazione territoriale che tenga conto della tematica dell’inquinamento atmosferico e per piani di azione specifici per le aree costiere, secondo un flusso logico di azioni rappresentato in Figura1 . Le specifiche azioni verranno dapprima individuate tra i realistici interventi che si possano pianificare nel medio e lungo periodo, ad opera dei partner istituzionali di ciascuna area pilota. Le varie azioni individuate (i cosiddetti scenari secondo la terminologia tecnica di progetto) verranno poi messe a confronto tra loro per individuarne le più efficaci in termini di riduzione delle concentrazioni di inquinanti nel territorio nel suo complesso e rispetto alle aree maggiormente sensibili e vulnerabili dal punto di vista del patrimonio umano ed ambientale. In particolare, il progetto focalizza l’analisi sull’incidenza delle attività portuali sulle concentrazione di polveri sottili (PM10 e PM2.5).
L’analisi di Source Apportionment è il core scientifico di APICE. Per stimare il peso delle varie sorgenti emissive sui livelli di PM10 e PM2.5 che si misurano nelle 5 città in studio (PM Source Apportionment) vengono messi in campo due distinti e complementari approcci modellistici: i modelli a recettore e i modelli fotochimici euleriani. Il ricorso a due diverse tecniche modellistiche mira ad integrare le diverse potenzialità dei due approcci: da una parte i modelli a recettore, più idonei ad isolare il contributo di specifiche sorgenti tracciate da specifici marker (come ad esempio il transito navale d’interesse specifico per il progetto), dall’altra i modelli fotochimici euleriani, in grado di pesare anche il contributo delle emissioni dei gas precursori nella formazione del particolato secondario. Preliminarmente all’applicazione dei modelli a recettore sono state condotte campagne di misura svolte in ciascuna città durante un intero anno, a loro volta precedute da una campagna di interconfronto di circa 40 giorni condotta congiuntamente a Marsiglia.
Per i modelli fotochimici, l’attività preliminare è stata costituita dalla ricostruzione di inventari locali delle emissioni il più possibile aggiornati e dettagliati per il caso delle emissioni portuali, usati poi in input ai modelli fotochimici, insieme ai campi meteorologici. I modelli fotochimici vengono inoltre applicati per analisi di scenario mirati a valutare l’efficacia di interventi di mitigazione e contenimento sulle sorgenti emissive, che vengono individuati in collaborazione con i partner istituzionali di ciascun area pilota (Regione, Provincia o Autorità Portuali, a seconda della città).
Framework analysis
La preliminare attività di ricognizione e capitalizzazione delle informazioni e delle basi dati disponibili in ciascuna area di studio ha dato corpo ad un rapporto che mette a confronto la qualità dell’aria nelle 5 città in studio, sempre con focus su PM10 e PM2.5 (Bartzis et al, 2011). In figura 2 alcuni grafici, tratti dal rapporto scaricabile dal sito, che confrontano le concentrazioni di PM10 nelle 5 città: le medie annue, le medie mensili e le medie orarie. Si osserva ad esempio una diversa stagionalità per il caso di Venezia, dove i valori maggiori si registrano nel periodo invernale rispetto alle altre città portuali con tendenza opposta (Saraga et al, 2012).
Figura 2: Concentrazioni di PM10 delle 5 città pilota a confronto nel rapporto di Start-Up del progetto
Concentrazioni medie annue di PM10 (μg/m3)
Variazione mensile delle concentrazioni di PM10 (μg/m3)
44
Inventari locali delle emissioni e trend socio-economici
Alla sezione risultati del sito di APICE (vedi alla nota 1) è possibile scaricare gli inventari delle emissioni delle 5 città del progetto. Gli inventari quantificano le emissioni in atmosfera di gas inquinanti e particolato atmosferico per le maggiori sorgenti antropiche e per quelle naturali. Sono stati ricostruiti combinando dati di tipo statistico disponibili ai vari livelli territoriali con dati specifici del territorio, come la presenza di singole industrie e specifiche realtà (in particolare per le 5 città pilota la presenza del porto). La metodologia di stima applicata in ciascuna area e le fonti di dati sono descritte nel documento che accompagna i database (Dimitrios et al., 2011). La descrizione è maggiormente dettagliata per le emissioni relative alle attività portuali, in quanto oggetto dello specifico interesse d’indagine di APICE.
Parallelamente alla costruzione degli inventari delle emissioni, i partner istituzionali hanno raccolto e sistematizzato un database con indicatori socio-economici delle attività portuali nell’ultimo quinquennio o decennio.
In figura 3 sono riportati, come esempio di output prodotto, i diagramma a torta dei contributi percentuali dei diversi settori emissivi in ciascuna delle aree studio per il PM10.
A parte il caso di Genova, i dominio di analisi è riferito ad un’estensione ben maggiore della città
portuale, ovvero di 100 km x100 km, per catturare anche il contributo delle emissioni di NOx e
SOx precursori della componente secondaria del particolato.
Figura 3: Contributi percentuali dei vari settori alle emissioni di PM10 nel dominio di indagine delle 5 città pilota
Barcellona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arcellona !"#$%&'(%)*+',--.#'/',--.#0'1*("234"&+'5-.#'/'5-.#0'1*6*7*&8*'9*$7+':--; 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La campagna di interconfronto di Marsiglia
Una campagna di interconfronto protrattasi per 6 settimane a Marsiglia (figura 4) all’inizio del 2011 ha consentito di porre a confronto non solo i risultati delle misure di PM10 e PM2.5 (e relative speciazioni chimiche) svolte da ciascun partner scientifico, ma soprattutto la capacità di discernere i diversi contributi emissivi in riferimento alle diverse strategie di misura adottate e alle diverse tipologie di modelli a recettore applicati quali Positive Matrix Factorisation (PMF) e Chemical Mass Balance (CMB).
Figura 4: Mezzi mobili e campionatori portatili durante la campagna di interconfronto a Marsiglia
In tabella 1 sono ricapitolati i modelli a recettore applicati ai dati di Marsiglia con le relative configurazioni (specie chimiche incluse, numero di fattori o profili) dai diversi gruppi scientifici partecipanti all’esercizio di interconfronto. Positive Matrix Factorisation è l’approccio scelto da
tutti i partner tranne l’Università di Provenza che ha applicato il Chemical Mass Bilance.
Tabella 1: Configurazione dei modelli a recettore applicati nell’esercizio di interconfronto di Marsiglia
Aree Pilota Barcellona Genova Marsiglia Salonicco Venezia Partner IDAEA-CSIC Univ. Genova Unix. Aix Marseille UOWM Univ. Genova e
IDAEA-CSIC per conto di ARPA
Veneto
Modello utilizzato PMF PMF CMB PMF PMF
Specie incluse 22 variabili: 15 variabili: 23 variabili: 37 variabili: 21 Variabili: Ca, k, Na, Mg, Fe, Mn, SO42-,
V, Ni, Cu, Zn, Sn, Sb, Pb, NO3-, NH4+, EC e 5 frazioni OC (OC1, OC2, OC3, OC4, OC5 e Pyrolitic C)
Al, Si, P, K, Ca, V, Fe, Ni, Cu, Zn, SO42-, NO3-,
NH4+, OC e EC
4 IPA, 6 n-alcani, 3 opani, levoglucosano,
EC, OC, V, Ni e Pb per CMB e Al, Ca, Fe, Tl, Na e Cl per povere crostale e
sale marino
8 IPA, SO42-, NO3-, NH4+, Al, Ca, K, Na, Mg, Fe, Mn, Tl, P, V, Cr, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Sb, Cd, Sn, Pb, Li,
La, OC e Ec
Ca, Na, Mg, Fe, SO42-, V, Ni, Cu, Zn,
Sn, Sb, Pb, NO3-, NH4+, EC, OC, E-ALK, O-E-ALK, H-PAH,
HOPA, DHAA
Numero di
fattori/sorgenti 7 5 8 profili di sorgenti più sale marino e polvere
In figura 5 i risultati del Source Apportionment per la concentrazione di PM2.5 media dei 40 giorni della campagna a Marsiglia ottenuti da ciascun gruppo scientifico partecipante all’esercizio di inteconfronto. Si osserva come la componente secondaria contribuisca con una porzione importante, delle concentrazioni totali: il 37% come media dei 5 risultati.
Figura 5: Interconfronto dei risultati di Source Apportionment ottenuti per la concentrazione di PM2.5 media dei 40 giorni di campionamento a Marsiglia
Le campagne di monitoraggio di lungo periodo presso ciascuna area
Durante l’anno 2011, si sono svolti i monitoraggi intensivi presso ciascuna città portuale, con particolare focus sulle polveri PM10 e PM2.5 e finalizzate a riproporre nelle 5 aree portuali l’applicazione dei modelli a recettore condivisa con l’esercizio di interconfronto di Marsiglia. La strategia di campionamento adottata presso ciascuna città di studio si è differenziata in base alle peculiarità della città e alle esperienze dei singoli partner scientifici. Tratto comune delle campagne di monitoraggio è stato la scelta di svolgere i campionamenti in più punti della città, andando a scegliere zone diversamente esposte alle varie sorgenti emissive. In ogni città sono in particolare stati differenziati i punti esposti alle emissioni portuali (o comunque al passaggio navale), punti di esposizione tipica urbana (parchi cittadini o zone abitate) ed eventuali ulteriori siti esposti ad emissioni di aree industriali limitrofe alla città.
Source Apportionment per mezzo dei modelli fotochimici
Per quanto riguarda i modelli fotochimici, le analisi di Source Apportionment vengono svolte con tecniche di zero-out modelling (CHIMERE, utilizzato a Barcellona e Marsiglia) o con appositi tool se disponibili per il modello fotochimico in uso: è il caso del Particulate Source Apportionment Tool di CAMx, utilizzato a Genova, Salonicco e Venezia.
Riguardo le due tecniche di Souce Apportionment citate, molto brevemente: lo Zero-out modelling consiste nel cancellare nel
- database delle emissioni dato in
input al modello fotochimico un settore emissivo o una zona emissiva alla volta. La
Areosol secondario Areosol primario
Trasporto stradale Residenziale
Industriale/navale
differenza delle concentrazioni con il caso base di riferimento quantifica il contributo del settore o della zona in esame. La tecnica ha il duplice svantaggio di implicare molteplici simulazioni nel caso siano in esame più settori emissivi o aree emissive e di poter introdurre effetti non lineari nel caso in cui vengano cambiate troppo drasticamente le emissioni (cambiamenti della reattività atmosferica).
Il Particulate Source Apportionment Tool di CAMx usa invece dei traccianti reattivi per -
tracciare appunto il contributo sul particolato di diversi settori emissivi o zone in un singolo run. Il particolato comprende sia la componente primaria che quella secondaria
generata dai gas precursori, come NOx, SOx e NH3 ed anche i composti organici volatili
che condensano. Poiché i traccianti reattivi sono specie extra iniettate nel modello e di cui si segue passo passo il segnale numerico vi è comunque un aggravarsi delle risorse di calcolo necessarie. Nel caso dei modelli fotochimici i dati di misura vengono usati non come input come per il caso dei modelli a recettore, bensì come dati di verifica degli output, per valutare dunque le performance dell’applicazione modellistica. In questo periodo i partner coinvolti stanno ultimando le simulazioni del caso base, ovvero l’anno 2011 in cui si sono svolti i monitoraggi. Il caso base viene caratterizzato attraverso due simulazioni: una per il periodo invernale e una per quello estivo.
Scenari per strategie di sviluppo sostenibile nelle città portuali
Come già accennato i modelli fotochimici euleriani vengono applicati in APICE per le analisi di scenario mirati a valutare l’efficacia di interventi di mitigazione e contenimento sulle sorgenti emissive. Le analisi di scenario vengono condotte andando a variare il database delle emissioni per le quantità di gas e particolato che si stima varino nello scenario e andando a quantificare le nuove concentrazioni che ne derivano. In APICE è previsto di simulare sia uno scenario evolutivo di ciascuna città pilota ad un anno prossimo futuro (2015 o 2020) che consideri gli eventuali piani di sviluppo del porto o della città già concretamente previsti sia scenari che quantifichino l’introduzione di azioni concrete di contenimento o mitigazione delle emissioni, come ad esempio il cold ironing (l’alimentazione elettrica da banchina) per le navi all’ormeggio o il cambiamenti di tipo di combustibile per le navi o, ancora, lo spostamento di zone di ormeggio o di transito (come potrebbe essere il caso di Venezia).
Come dovuto da parte di un progetto di cooperazione internazionale, non dunque di pura ricerca scientifica, APICE pone l’accento sul fatto che tali scenari siano da individuarsi sotto la regia di partner istituzionali di ciascun area pilota (l’ente a valenza territoriale) e coinvolgendo i principali portatori di interesse locale in specifici tavoli di concertazione. È previsto dunque che la Strategia Transnazionale Comune, che dovrebbe scaturire dagli approfondimenti tecnici scientifici della prima parte del progetto, venga valutata e adattata poi a livello locale, con il coinvolgimento dei più importanti attori e portatori di interesse locale.
La strategia transazionale comune e i piani di adozione locali
La strategia transnazionale comune (Common Transnational Strategy) di mitigazione dell’inquinamento atmosferico relativo alle attività portuali ha come obiettivi generali quelli di perseguire gli obiettivi fissati a livello europeo per la gestione integrata delle zone costiere (GIZC); definire una strategia comune dei porti del Mediterraneo, che può essere utile per l’aggiornamento del Protocollo sull’inquinamento nel quadro della Convenzione di Barcellona (2006); rispettare gli obiettivi di riduzione delle emissioni secondo le indicazioni delle normative internazionali (IMO e MARPOL) ed europee (come ad esempio la Direttiva 2008/50/CE relativa alla qualità dell’aria ambiente e per un’aria più pulita in Europa).
Nell’ambito di tale quadro generale, ogni gruppo di lavoro procederà nella definizione di un piano locale di azioni di mitigazione (Local Adaptation Plan), derivante dall’analisi delle specificità
locali in termini di contesto meteorologico e quadro emissivo, ma anche rispetto alle condizioni socio-economiche e alla costituzione del tessuto locale di ciascuna area studio, all’interno di uno specifico quadro normativo ed istituzionale nazionale e locale. Il piano di azione locale, in forma di road-map da implementare in prospettiva comune fino all’anno 2020, prevede l’identificazione delle pressioni ambientali legate alle emissioni e rispettivi rischi, al fine di definire azioni robuste per la mitigazione dei rischi legati all’inquinamento atmosferico. Il tutto si sostanzia in un percorso di discussione con gli attori istituzionali ed economici locali, al fine di individuare le relazioni principali con gli strumenti di pianificazione territoriale, secondo gli obiettivi di sviluppo specifici per ogni città portuale.
Conclusioni
Il progetto APICE affronta il tema della qualità dell’aria nelle città portuali, un tema di crescente interesse sia a livello nazionale che internazionale coinvolgendo sia esperti tecnico-scientifici che enti istituzionali con competenze, a vario livello, nell’ambito della pianificazione territoriale. Questo ricco parternariato mira a riconoscere, analizzare e individuare con diversi e complementari punti di vista, competenze e professionalità sia le problematiche che le auspicabili soluzioni. Anche negli strumenti conoscitivi e nei diversi approcci tecnico-scientifici, APICE si distingue per la sua ricchezza. Nelle attività vengono infatti messi in campo tre distinte e complementari tecniche conoscitive: determinazioni analitiche degli inquinanti atmosferici – alcune altamente specialistiche; tecniche modellistiche, come i modelli a recettore e i modelli fotochimici euleriani, mirate a stimare il peso delle varie sorgenti emissive sui livelli di inquinamento. Tramite i modelli fotochimici è inoltre previsto di applicare analisi di scenario che diano una valutazione dell’efficacia di interventi di mitigazione e contenimento sulle sorgenti emissive. Alcuni risultati ad oggi raggiunti sono già disponibili sul sito di progetto, mentre i risultati finali sono previsti con la conclusione del progetto a novembre 2012.
Bibliografia e sitografia
Bartzis J.,Dikaia Saraga, K.F. Filiou,P. Fernández, C. Pérez, J. Pey, N. Moreno, A. Alastuey, X.