MISURE DI FLUSSI VERTICALI Di GAS IN ARIA MISURE SPERIMENTALI La metanogenesi può avvenire sia a livello dei sedimenti che nella colonna dacqua. La bassa solubilità in acqua del metano fa sì che questo formi facilmente delle bollicine che, quando raggiungono dimensioni sufficienti, si staccano e si trasferiscono verso la superficie. La quantificazione del gas emesso può essere eseguita con due approcci principali: catturando in modo quantitativo il gas emesso con trappole poste a confinare una superficie nota, o con tecniche che consentano il calcolo dei flussi allinterfaccia a partire da misure di concentrazione del gas in aria. Misure sperimentali: dove ? Lo studio è stato condotto sullinvaso di La Penna, creato con la costruzione della diga omonima sul corso del fiume Arno, in provincia di Arezzo. Il bacino è stato selezionato a causa dellelevato afflusso di nutrienti e alle note condizioni di anossia che si verificano regolarmente nel periodo estivo. Il bacino (volume a pieno invaso: 10·10 6 ·m 3 ), si origina alla confluenza dellArno col Canale Maestro della Chiana. Morfologicamente mantiene landamento dellalveo fluviale originale, sviluppandosi per circa 5 km con una larghezza media di 150 m e con una profondità che passa da 2 a 20 m. In estate il bacino è destinato prioritariamente a riserva potabile ed irrigua, e il deflusso alla diga viene ridotto al minimo, con sospensione della produzione idroelettrica. Il tempo di ricambio passa da 2-3 giorni a 40 giorni e la colonna dacqua raggiunge in poche settimane condizioni di completa anossia. EMISSIONE DI GAS-SERRA DA SERBATOI IDROELETTRICI C. Cavicchioli, E. Garofalo, P Girardi CESI SpA, Via Reggio Emilia 39, Segrate (MI), Italy CESI Il tema Ricerche effettuate in ambito internazionale hanno dimostrato, seppur con alcune incertezze, che lemissione di gas climalteranti da parte dei bacini idroelettrici è un fenomeno piuttosto consistente: alcuni ricercatori sostengono che, in termini di CO 2 emessa per unità di energia prodotta, il contributo idroelettrico alleffetto serra sia in alcuni casi addirittura superiore a quello del settore termo-elettrico. MISURE DI COLONNA Tra le tecniche di campionamento del gas prodotto in acqua è stata selezionata quella che impiega le trappole ad imbuto rovesciato poste appena sotto la superficie dellacqua. PRIMI RISULTATI Le misure condotte nel corso del 2001 e 2002 con le tecniche illustrate hanno portato ad una serie di risultati preliminari: la produzione di gas climalteranti è evidente solo in periodo estivo - i dati di giugno e ottobre presentano valori trascurabili (si veda figura 1) lintensità produttiva di gas climalteranti nei mesi corrispondenti dei diversi anni pare analoga (si veda figura 1) esiste una chiara modulazione produttiva giornaliera di gas nella colonna dacqua (si veda figura 2), che si ripete con diversa intensità nei diversi periodi sopra al lago si osservano variazioni di concentrazione di metano superiori alle fluttuazioni di altri gas (figura 3)- evidenti fenomeni emissivi lutilizzo, nel calcolo dei flussi verticali di gas, di differenti tempi di media non influisce sul risultato (si veda figura 4), per quanto riguarda le misure di flussi netti verticali di gas climalteranti emessi dal bacino, i risultati sono incoraggianti ma risultano necessari ulteriori approfondimenti (dati riferiti ad un periodo limitato) i dati di produzione del 2001 e del 2002 portano ad una stima di emissione annua da parte del bacino di La Penna pari rispettivamente a 370 e 320 t CH4/y. tenendo conto del GWP e della produzione elettrica dellimpianto, tali cifre corrispondono a 185 g CO 2 /kwh, contro una emissione media del parco elettrico di 700 g CO 2 /kwh ed unemissione da impianti a gas naturale avanzati con emissioni fino a 450 g CO 2 /kwh. Figura 3 - Andamento temporale delle concentrazioni normalizzate di metano e CO2 - luglio 2002 Figura 4 - Giorno tipo del flusso orario di metano secondo diversi tempi di media - luglio 2002 Le campagne sperimentali, condotte nel 2001 e nel 2002, sono state svolte in modo da quantificare le emissioni di metano durante il periodo di minimo deflusso. Il piano di campionamento ha compreso 3 stazioni fisse rappresentative di tre aree omogenee per idrodinamica e batimetria: Il dimensionamento del problema: stato dellarte Nei bacini caratterizzati da elevato livello trofico, la decomposizione della biomassa presente sia nella colonna dacqua che nei sedimenti superficiali comporta il progressivo decremento dellossigeno disciolto, fino al raggiungimento di condizioni di anossia. In queste condizioni oltre alla formazione di azoto molecolare e di CO 2 si aggiunge quella di gas metano. Il GWP a 100 del gas metano è di 21 volte superiore a quello della CO 2. Studi relativi a grandi bacini idroelettrici hanno rilevato produzioni fino a 60.4 mmol·m -2 ·d -1 per i bacini del Brasile mentre nei bacini dellAlaska arriva a 1.02 mmol· m -2 ·d -1. In Italia i bacini lacustri minori possiedono caratteristiche climatiche e trofiche tali per cui i fenomeni di anossia sono molto frequenti; per questo motivo, anche se sono di dimensioni molto più ridotte dei grandi bacini americani, il loro potenziale emissivo potrebbe essere elevato. CESI per la prima volta in Italia ha avviato uno studio con la messa in atto di metodologie sperimentali di misura delle emissioni di metano finalizzate alla valutazione dellentità di tali processi nel territorio italiano. Il cono viene posto in acqua e fissato in posizione perfettamente verticale per mezzo di corpi morti e galleggianti. La bottiglia di campionamento deve risultare piena dacqua e sommersa in modo da evitare lirraggiamento diretto sul campione. Il gas prodotto nella colonna dacqua e nel sedimento sottostante il cono viene intrappolato nella bottiglia di campionamento. Il tempo di campionamento può essere molto vario, dipendendo dalle condizioni di produzione del lago, e devono essere effettuati controlli frequenti per recuperare la bottiglia prima che sia completamente priva di acqua. Lemissione è calcolata dividendo la quantità di gas recuperato per il tempo di campionamento e per larea di base del cono. La trappola utilizzata è stata costruita con un cono in vetroresina, opportunamente trattato in modo da renderne la superficie interna liscia ed impermeabile per favorire lo scorrimento delle bollicine di gas. Sul vertice filettato del cono viene avvitata una bottiglia di vetro, nella quale si raccoglie il gas catturato. per eseguire analisi di flussi di gas mediante la metodologia di Relaxed-Eddy- Accumulation (REA). Il metodo, derivato dalle applicazioni micrometeorologiche delllEddy Correlation (EC), combina le misure chimiche eseguite mediante analizzatori lenti (che eseguono misure di concentrazione con risoluzione temporale dellordine del secondo), a misure veloci (dellordine dei 20Hz) di flussi verticali eseguite mediante anemometro sonico. Per valutare i flussi in ingresso ed in uscita dalla superficie del lago sono calcolate le variazioni correlate dei momenti al primo ordine per le concentrazioni e la componente verticale della velocità. Pertanto: F= dove F: flusso verticale dellinquinante [mg/m 2 /s]; w:variazioni della componente verticale della velocità C: variazioni delle concentrazioni del gas E stato predisposto un assetto sperimentale in grado di misurare i flussi verticali sopra lo specchio dacqua. Il sito di misura è stato dotato di: Anemometro sonico Analizzatori automatici di CO 2 e Metano Figura 1 - Stima delle emissioni mensili totali di metano dal bacino di La Penna nel 2001 e 2002 Figura 2 - Confronto giorno/notte dei flussi di metano misurati nei periodi di maggiore produzione Attività svolta nellambito della Ricerca di Sistema per il Settore Elettrico, finanziata dal Ministero dellIndustria, del Commercio e dellArtigianato (D.M. 26/01/2000)