Studio Sperimentale per l’Analisi dei Fumi dei Traghetti

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Studio Sperimentale per l’Analisi dei Fumi dei Traghetti

Dott. Carlo Emanuele Pepe – Direttore Generale ARPA Liguria

Ing. Marco Barbieri – Dirigente UO PST – Direzione Scientifica – ARPA Liguria

Numerose segnalazioni

Quasi ogni sera per 2 ore e mezza prima di partire questa nave produce una enorme nube sul

porto!

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Impatto del trasporto marittimo sulle emissioni di inquinanti

Fenomeno globale Impatto locale

Normative internazionali per un fenomeno globale Marpol 73/78

• Annex I Prodotti petroliferi

• Annex 2 Rinfuse liquide nocive

• Annex 3 Sost. pericolose in contenitori

• Annex 4 Acque di scarico

• Annex 5 Rifiuti

• Annex 6 Inquinamento dell’aria

SO _X , NO _X

ODS, COVNM, incenerimento

Scheda tecnica del motore, procedure di controllo, gestione della manutenzione

IAPP, EIAPP Rilascio e rinnovo periodico

Direttiva 2012/33/UE D.Lgs. 112/14

Zolfo nel combustibile

≤ 3,5 % fino al 31/12/19

≤ 0,5 % dal 01/01/2020

≤ 1,5% navi passeggeri

≤ 0,1 % all’ormeggio

Emission Control Areas (ECA)

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Mancano elementi certi di valutazione

Dati solo teorici

Marpol 73/78

Contrasti fra diversi

diritti D.Lgs.

152/06

…enorme nube…

Collaborazione

• Situazione evidente, ma molto articolata

• Carenza di normative specifiche

• Competenze frastagliate

• Sensibilità dei cittadini

Capitaneria di Porto Arpal

Armatori dei traghetti

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Finalità Monitoraggio emissioni navi Ro/Ro

Monitoraggio delle emissioni in atmosfera

di motori diesel marini da navi Ro/Ro

• 2013: la Capitaneria di Porto di Genova chiede ad ARPAL il supporto tecnico per allestire un sistema di monitoraggio delle emissioni navali

• Manovra in porto e in navigazione

• L’attività non è prevista da alcuna normativa accordo volontario con le principali compagnie di navigazione del porto di Genova

• ARPAL ha fornito personale, strumentazione ed esperienza

Lavoro sperimentale

• Adattamento di norma terrestre a situazione in mare

• Superamento delle difficoltà

oggettive create dai luoghi di

campionamento

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• Integrare le verifiche già previste dalle certificazioni di settore rilasciate dai competenti organismi

• Fotografare lo stato di fatto delle emissioni

• Comprendere l’effettivo contributo dei traghetti allo scenario ambientale complessivo

• Confrontare i risultati ottenuti nelle diverse campagne di misura

Scopo

Metodologia da applicare

Pur avendo iniziato nel 2013, siamo solo all’inizio:

• Messa a punto della metodica

• Necessità raccolta ulteriori dati

• Studio ed elaborazione dei numeri

• Modellistica

• Lavoro aperto ad esperienze analoghe

• …

E DOPO?

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Da Genova a Snpa

SNPA - Sistema a rete che comprende:

19 agenzie regionali per l’ambiente 2 agenzie provinciali (Trento e Bolzano)

ISPRA Istituto Superiore per la Ricerca e l’Ambiente

Legge 132 del 28 giugno 2016 entrata in vigore il 14 gennaio 2017

• Collaborazione fra Capitanerie e Arpa in Italia

• Sensibilizzazione dei Ministeri per poi agire sugli organismi internazionali

Prospettive

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Impatto del trasporto marittimo sulle emissioni di inquinanti Inventario nazionale

delle emissioni

Livello locale?

Monitoraggio della qualità dell’aria in Liguria

Dati 2017

2016 e 2017:

Superamento del limite della media annuale di NO ₂ in alcuni punti delle aree di GE e SP Misurato

Sorgenti di NO _X a GE:

• Attività marittime (62%)

• Trasporto su strada (26%)

• Industria (6%)

• Riscaldamento (5%)

Stimato da inventario 2011

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Monitoraggio della qualità dell’aria Terminal Crociere di Savona

Figura 1 - Zona del terminal crociere del porto di Savona MEZZO MOBILE – postazione PRIAMAR

MEZZO MOBILE – postazione TERMINAL Centralina di SAVONA VARALDO

Figura 18 – Curve di iso-concentrazione a livello del suolo nei tre scenari

Figura 2 - Concentrazioni orarie di SO2 nella postazione Terminal e nella cabina di Varaldo

Figura 4 - Concentrazioni orarie di NO2 nella postazione Terminal e nella cabina di Varaldo

Il traffico navale incide sulla qualità dell’aria delle zone portuali, ma con episodi di breve durata

(~ 1 ora), senza superamenti dei valori limite

Monitoraggio della qualità dell’aria La Spezia

NO ₂ in assenza di navi

NO ₂ in presenza di navi

0 45 90 135 180 225 270 315 360

0 20 40 60 80 100 120 140

direzione vento (°Nord)

NO2(µg m-3)

Maggiolina Saint Bon Amendola San Cipriano direz vento

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405

0 20 40 60 80 100 120 140

direzione vento (°Nord)

NO2(µg m-3)

Maggiolina Saint Bon Amendola San Cipriano dir vento

0 90 180 270 360

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

direz vento (°Nord)

NO (ppb)

Maggiolina Saint Bon Amendola San Cipriano direzione vento

0 45 90 135 180 225 270 315 360

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

direzione vento (°Nord)

NO (ppb)

Maggiolina Saint Bon Amendola San Cipriano dir vento

NO in assenza di navi NO in presenza di navi

ARRIVO PARTENZA ARRIVO PARTENZA

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Normative internazionali per un fenomeno globale

Annesso VI della Convenzione Marpol 73/78 (in vigore dal 19.05.2005 )

Le emissioni delle navi disciplinate dall’Annesso VI riguardano:

 Emissioni di sostanze dannose per l’ozono (Ozone depleting substances – es. halon);

 Emissioni di ossidi di azoto (NOx) da parte dei motori diesel; (Nox Technical Code)

 Emissioni di ossidi di zolfo (SOx);

 Emissioni di Compositi Volatili Organici del carico (VOC) inerenti le navi cisterna;

 Emissioni dagli inceneritori di bordo.

LA CERTIFICAZIONE DI CONFORMITA’

all’Annesso VI Marpol

I Certificati:

Engine International Air Pollution Prevention Certificate (E.I.A.P.P.C.) International Air Pollution Prevention Certificate (I.A.P.P.C.).

Applicazione: Tutte le navi aventi stazza maggiore di 400 GT (TSL) che battono bandiera o approdano in un porto di uno Stato Contraente.

Modalità di rilascio in Italia: visita iniziale di un Organismo Riconosciuto (per il primo rilascio del certificato) + visite annuali (periodiche) + visite intermedie + visita quinquennale (di rinnovo).

Scopo: attestare la conformità di apparati/strumentazione di bordo previsti dall’Annesso VI per la prevenzione dell’inquinamento atmosferico.

Port State Control: ispezioni degli Stati di Approdo per verificare la certificazione

e la conformità agli standard internazionali di navigazione (compreso l’Annesso

VI Marpol).

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La normativa comunitaria e nazionale

In ambito comunitario rileva la Direttiva 2005/33/CE di modifica della Direttiva 1999/32/CE in relazione al solo tenore di zolfo dei combustibili per uso marittimo .

La Direttiva 2005/33/CE è stata recepita nell’ordinamento interno dal D. Lgs.

205/2007, che ha introdotto modifiche alla Parte V – Titolo III - del D. Lgs.

152/2006 (c.d. Testo unico in materia ambientale) artt. 291 e seguenti.

Da ultimo è intervenuta la Direttiva 2012/33/CE recepita con D.lgs 112/2014, che ha ulteriormente modificato il T.U.A.

la legge 6 febbraio 2006, n. 57 recante “Adesione al Protocollo del 1997 di emendamento della Convenzione internazionale per la prevenzione

dell'inquinamento causato da navi del 1973, come modificata dal Protocollo del

1978, con Allegato VI ed Appendici, fatto a Londra il 26 settembre 1997”;

La Decisione UE 2015/253 del 16.02.2015 relativa ai metodi e

frequenze di campionamento di cui alla direttiva 1999/32/CE relativa al tenore di zolfo dei combustibili per uso marino

la Direttiva 2016/802/CE dell'11 maggio 2016 relativa alla riduzione del tenore

di zolfo di alcuni combustibili liquidi (codificazione);

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1 Gennaio 2020: il sulphur cap

Medio-lungo termine:

• Combustibili alternativi: il GNL

Costruzione di nuove navi Retrofitting delle navi esistenti

?

Breve termine:

• Compliant fuel

• Combustibili tradizionali con

abbattimento delle emissioni

Cold Ironing

Direttiva 2014/94/UE

Genova:

• Banchine delle riparazioni navali elettrificate

• Elettrificazione banchine del terminal contenitori di Prà  Progettazione esecutiva consegnata a Nov 2018, due anni per esecuzione lavori

• Movimentazione contenitori nel

terminal di Prà  elettrificazione delle

gru gommate in fase di ultimazione

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Decisione di esecuzione 2015/253 della Commissione Europea

 con decorrenza dal 2015, deve essere eseguito un numero di accertamenti - mediante controlli dei documenti di bordo e dei bollettini di consegna del carburante – non inferiore al 10% delle navi facenti scalo nel territorio italiano (conteggiando la stessa nave una sola volta per anno solare);

 con decorrenza dal 2016, ferma restando la percentuale totale di accertamenti da eseguire, come sopra indicata, almeno il 20% di tali controlli dovrà essere svolto mediante campionamento ed analisi dei carburanti, prelevati a bordo delle navi.

Il campionamento potrà essere eseguito, a scelta:

 con prelievo dei campioni sigillati che devono essere conservati a bordo;

 con prelievo istantaneo dai serbatoi della nave.

Emissioni fumose da vettori navali Ro/Ro:

messa a punto del sistema di misura

e risultati della sperimentazione triennale

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Limite previsti per legge con riguardo alle emissioni fumose delle navi – NOx

Emissioni di Ossidi di Azoto (NOx) Norme di riferimento

• Regola 13 – Annesso VI della Convenzione MARPOL73/78, come emendata;

• “Codice Tecnico sul controllo delle emissioni di Ossidi di Azoto dai motori diesel marini” (NOx Technical

Code 2008), a cui la Regola 13 fa riferimento.

Fornisce le procedure obbligatorie per il collaudo, il controllo e la certificazione dei motori diesel, che consentono, ai costruttori di motori, agli armatori e alle

Amministrazioni, di assicurare che le emissioni di tutti i motori diesel marini

rientrino nei limiti di emissione di NOx applicabili

NOx - I limiti previsti dalla Regola 13

• Campo di applicazione:

– ciascun motore diesel con una potenza di sviluppo di oltre 130 kW installato su una nave costruita alla data del 1°

gennaio 2000; o dopo; e

– ciascun motore diesel con una potenza sviluppata di oltre 130 kW, che e' oggetto di un'importante riconversione alla data del 1° gennaio 2000 ^.

– Limiti: dipendono dall’età della nave e dalla potenza nominale del motore:

• “ Tier I”: motori installati su navi costruite il o dopo il 01/01/00;

• “ Tier II”: motori installati su navi costruite il o dopo il 01/01/11;

• “ Tier III”: motori installati su navi costruite il o dopo il

01/01/16.

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DATI BASE DELLE UNITA’ NAVALI MONITORATE

G.N.V. -La Superba Moby - Otta

Tirrenia - Nuraghes

Anno di varo: 2001 Anno di varo: 1975

Anno di varo: 2004

Stazza lorda: 49257

Stazza lorda: 22528

Stazza lorda: 39780

Propulsione: n° 4 motori Wartsila

16V46C diesel – n° 2 assi Propulsione: n° 4 motori Pielstick 12VPC3 diesel – n° 2 assi

Propulsione: n° 4 motori Wartsila 12V46C diesel – n° 2 assi

Potenza complessiva: 67200 kW

Potenza complessiva: 33538 kW

Potenza complessiva: 51360 kW

Numero cilindri (singolo motore) =

16

Numero cilindri (singolo motore) = 12

Numero cilindri (singolo motore)

= 16

Valutazione limite NOx

NOx Technical Code

3 procedure di controllo emissione di NOx

Engine parameter check method

Direct Measurement and Monitoring method

Simplified Measurement method

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Finalità

Portata, temperatura, umidità O ₂ CO CO ₂ NOx SO ₂ COT polveri

al fumaiolo Valutazione rispetto

limite di emissione NOx Analisi morfologica

ed elementale al SEM Analisi metalli con assorbimento atomico

Campionamento a bordo nave

Linea di campionamento e campagne di monitoraggio

NO _x  Analizzatore a chemiluminescenza O ₂  Rilevatore paramagnetico

SO ₂ , CO, CO ₂  Sensore ad infrarossi non dispersivo TOC  Rilevatore a ionizzazione di fiamma

Armatore Nave Data Tratta Moby Otta 2014 GE-Olbia

2017 GE-Olbia

Tirrenia Nuraghes 2016 GE-PortoTorres GNV La

Superba

2014 GE-Palermo

2014 GE-Palermo

2016 GE-Palermo

2017 GE-Palermo

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Campagne monitoraggio

Armatore Nave Motore Data Tratta Note

Moby Otta n°2 asse dx 8-9-10/07/2014 Genova-Olbia

n°2 asse dx

n°3 asse sx 10-11-12/06/2017 Genova-Olbia

Tirrenia Nuraghes n° 2 asse sx n°4 asse dx 17-18-19/05/2016 Genova-P.Torres

Impossibile campionare i due motori contemporaneamente per problemi all'impianto elettrico di bordo

GNV La Superba

n° 1 asse sx 26-27-28/05/2014 Genova-Palermo Filtri a ditale: per il cambio inserimento sonda a motore spento

n° 1 asse sx 23-24-25/09/2014 Filtri piani fuori del fumaiolo n°1 asse sx

n°4 asse dx 20-21-22/09/2016 Campionamento simultaneo

n°1 asse sx

n°4 asse dx 29-30-31/0572017 Campionamento simultaneo

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Linea di campionamento

campionatore TCR ISOSTACK frigo

campionatore TCR ISOSTACK

LEGENDA:

_____connessione termocoppia

_____ connessione pitot

_____prelievo gas campione

_____ flusso dati

frigo analizzatore

HORIBA

analizzatore HORIBA

PC

analizzatore

RATFISH

sonda termocoppia

sondaPitot S

ugello di prelievo sonda riscaldata

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Caratteristiche del fumaiolo

Diametro fumaioli:

La Superba 135 cm (più affondamenti 10 <∆p <26 mm H2O) Otta 120 cm (affondamendo a 25 cm dal centro)

Nuraghes 100 cm (affondamento a 20 cm dal centro)

Caratteristiche effluente gassoso

Temperatura fumi: 360 - 410 °C Umidità fumi: 10-12%

Depressione fumi: 10 mm H ₂ O

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Materiali e metodi

Ugello: 8 mm

Sistemi filtranti in fibra di quarzo in geometria a disco e a ditale Temperatura di pre-condizionamento: 550 °C

Temperatura di post-condizionamento: 160 °C

Sistema di deumidificazione: serpentina fredda e stadio a gel di silice Condizioni di isocinetismo: < 20 l/min (in manovra)

20 < l/min < 35 (a regime)

Allestimento strumentazione

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Allestimento strumentazione

Andamento temporale temperatura e portata

Misurazione degli inquinanti al fumaiolo

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Andamento temporale di O ₂ e CO ₂

Misurazione degli inquinanti al fumaiolo

Misurazione degli inquinanti al fumaiolo

CO, NO _x , SO ₂ e TOC

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Co ncen tra zio ne (p pm vo l)

Time

CO sx Nox sx SO2 sx COT sx CO dx Nox dx SOx dx COT dx

Asse sinistro Asse destro

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Caratterizzazione linee di flusso

Misurazione degli inquinanti al fumaiolo

Raccolta polveri al fumaiolo

Raccolta polveri a fumaiolo

Analisi morfologica ed elementale al SEM

Quantificazione metalli con assorbimento atomico Quantificazione

particolato emesso

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Temp. Umidità Δ polveri Vol. Campionato Portata Secca Polveri Note

°C % g l Nm3/h mg/Nm3 kg/h Kg in 20'

295 6 0,0167 0,384 41000 58 2,4 0,8 Navigazione

sx 256 7,6 0,0722 0,215 20660 365 7,5 2,5 Uscita da Ge -

Manovra

dx 256 5,4 0,0357 0,283 20660 138 2,9 1

sx 333 4,9 0,0658 0,5227 49500 137 6,8 2,3

Navigazione

dx 348 4,3 0,0486 0,509 51300 104 5,3 1,8

sx 303 6 0,055 0,464 21200 129 2,7 0,9 Ingresso a Ge -

Manovra

dx 308 6 0,0177 0,406 9600 52 0,5 0,2

sx 310 11 0,018 0,024 15000 419 6,1 2 In arrivo ad altro porto

dx 157 11 0,031 0,152 9000 222 2 0,7 In uscita da

altro porto - Manovra

Raccolta polveri al fumaiolo

Analisi elementale e morfologica al SEM

Misurazione delle polveri

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Immagini SEM

Analisi quantitativa metalli nel particolato

Concentrazioni metalli nel particolato (µg/m

) fumaiolo asse sinistro

Concentrazioni metalli nel particolato (µg/m

) fumaiolo asse destro

in+out Pa GE→Pa in GE out GE in+out Pa GE→Pa in GE out GE

As 2.2 1.1 1.6 1.9 As 2.3 1.5 2.6 4.1

Hg 0.000 0.000 0.000 0.005 Hg 0.000 0.000 0.000 0.009

Cd 0.2 0.1 0.0 0.2 Cd 0.0 0.0 0.0 0.2

Cr 38 29 19 39 Cr 34 16 10 25

Fe 407 382 284 500 Fe 470 230 162 321

Ni 467 436 323 535 Ni 520 257 171 406

Cu 36 29 21 38 Cu 37 18 13 27

V 391 317 263 371 V 380 189 135 279

Al 208 149 116 191 Al 195 90 62 145

Pb 5 4 3 6 Pb 6 3 3 5

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Valutazione limite NOx

ANNEX VI (19 Maggio 2005 – per tutte le navi varate dopo il 01/01/2000)

Limite di emissione NOx:

rpm 130

n kWh per

17.0 g <

rpm 2000

n 130

kWh per n g

45 ⋅ ^{− 0.2} ≤ <

rpm 2000

n kWh per

9.8 g ≥

dove n è il numero di giri del motore al minuto

Andamento del limite di NOx

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Valutazione rispetto limite NOx

Test Cycle Type E2

Speed 100% 100% 100% 100%

Power 100% 75% 50% 25%

Weighting factor 0,2 0,5 0,15 0,15

Test cycle for “Constant-speed main propulsion” application

EMISSIONE NOx CALCOLATA CON METODO DIRETTO

Par. 6.4 NTC2008

motore SX A 14,5 ± 1,5 g/kWh

R 13,5 ± 1,5 g/kWh

motore Dx A 8,6 ± 0,9 g/kWh

R 17,5 ± 1,8 g/kWh

CON TEST CYCLE E2 limitato alle Potenze del 75 % e del 50 % per esigenze della Compagnia motore SX A/R (75%+50%) 14,4±1,8 g/kWh livello di confidenza 95 % motore DX A/R (75%+50%) 15,1±1,8 g/kWh livello di confidenza 95 % Limite calcolato per motori tra 130 e 2000 rpm con n giri motore nominali

LIMITE 12,98 g/kWh

Conclusioni

i dati confrontati con il valore limite sono stati trattati, secondo quanto prevede una buona pratica metrologica, applicando un intervallo di confidenza del 95%.

Il rispetto o il superamento del limite di emissione può dipendere tuttavia anche dall’eventuale applicazione di incertezze di misura e/o di tolleranze.

La norma fornisce indicazioni in merito a tolleranze da utilizzare nella valutazione del

rispetto dei limiti di emissione, alcune delle quali soggette ad una valutazione dell’Autorità competente:

1) Il punto 6.3.11.1 prevede che, nel caso in cui si valutino le emissioni di NOx con metodo semplificato, al valore limite di emissione possa essere applicata una tolleranza del 10%

(non applicabile nel caso in esame, poiché a bordo nave le misurazioni di NOx sono state effettuate con metodo diretto).

2) Il punto 6.3.11.2 prevede che, in mancanza di informazioni dettagliate sul ruolo della qualità della combustione nella formazione degli NOx, al valore limite di emissione possa essere applicata una tolleranza del 10% se durante il test la nave stava utilizzando un carburante RM-grade. Qualora questa tolleranza sia applicata insieme alla tolleranza prevista al punto precedente, la tolleranza complessiva non può superare il 15%.

3) Il punto 6.4.15 prevede che, qualora il test a bordo sia stato condotto su un numero di

regimi del motore diverso rispetto a quanto effettuato durante il test iniziale del motore, il

valore di emissione rilevato, se concesso dall’Amministrazione competente, deve essere

corretto mediante un coefficiente moltiplicativo di 0.9. L’applicazione di questa tolleranza

può essere contemporaneo a quanto previsto ai punti precedenti.

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Discrepanza tra dati ottenuti applicando il metodo

‘’engine parameter check’’ e il metodo della misura diretta

Probabile necessità di revisione della norma di controllo degli NOx

controlli diretti e periodici

Conclusioni

GRAZIE PER L’ATTENZIONE