Applicazioni del Modello GAINS per lo sviluppo Modelli di Valutazione Integrata dell’ Inquinamento Atmosferico e dei Gas ad Effetto Serra Applicazioni del Modello GAINS per lo sviluppo di analisi tecnico scientifiche in supporto alla definizione di politiche per contrastare l’ Inquinamento Atmosferico e i Cambiamenti Climatici T. Pignatelli

Sommario Introduzione ai Modelli Integrati applicati all’ Inquinamento Atmosferico Contesto internazionale Caratteristiche dei Modelli Integrati applicati all’ Inquinamento Atmosferico Esempi di applicazione Supporto alle politiche ambientali Conclusioni

Introduzione ai Modelli Integrati Perche’ si usano i Modelli ? I modelli matematici vengono correntemente usati per fare previsioni sull’andamento futuro di fenomeni, come l’inquinamento atmosferico e i suoi effetti su ambiente e salute umana, poiche’, al fine di evitare o mitigare i danni futuri, e’ essenziale compiere azioni di contrasto nel presente.

Introduzione ai Modelli Integrati Come nascono i Modelli Integrati? Negli anni ’60 gli scienziati osservarono effetti di acidificazione nei laghi Scandinavi che scoprirono erano causati da emissioni acide in Centro Europa, generate a centinaia di km di distanza. Si inizio’ a sviluppare un modello di simulazione del trasporto degli inquinanti a grande distanza. Nacque l’analisi dell’ Inquinamento Atmosferico Transfrontaliero.

Introduzione ai Modelli Integrati Evoluzione dei Modelli Apparve presto chiaro che l’analisi doveva essere multi-disciplinare. Erano necessari studi di meteorologia, chimica dell’atmosfera, dinamica dei fluidi, tecnologie di controllo degli inquinanti, implicazioni economiche e sociali (esposizione della popolazione e relativi rischi). Tutti questi aspetti dovevano essere considerati insieme e in relazione tra loro. Da qui il termine Integrato

Contesto internazionale Nascita della Convenzione ONU-ECE Apparve altresi’ chiaro, per la natura transfrontaliera di molti inquinanti atmosferici, che era necessario affrontare la questione in un contesto giuridico internazionale. Nel 1979 venne siglata la Convenzione delle Nazioni Unite sull’ Inquinamento Atmosferico Transfrontaliero di Lungo Raggio (CLRTAP), con il compito principale di evitare o limitare gli effetti dannosi sull’ambiente e sulla salute umana.

Contesto internazionale Nell’ ambito dell’ Unione Europea Da almeno 10 anni, ora in ambito EU27, si perseguono i medesimi obbiettivi di protezione dagli effetti dell’ Inquinamento Atmosferico, attraverso programmi ad hoc, che producono infine atti legislativi (Direttive EU) che impongono agli Stati Membri EU azioni di monitoraggio e contrasto, basate sul supporto tecnico scientifico fornito dai modelli di simulazione e valutazione integrata.

Caratteristiche dei Modelli Integrati applicati all’ Inquinamento Atmosferico A livello internazionale uno dei modelli piu’ utilizzati per la valutazione integrata dell’ Inquinamento Atmosferico e dei suoi effetti su ambiente e salute e’ il Modello GAINS (Greenhouse Gas - Air Pollution Interactions and Synergies) sviluppato dall’ International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg (Austria). Il Modello GAINS e’ usato sia in ambito CLRTAP che EU27. Piu’ recentemente la metodologia GAINS e’ stata adottata da alcuni Paesi EU, tra i quali, per prima l’ Italia.

Effetti su Ambiente e Salute Caratteristiche dei Modelli Integrati applicati all’ Inquinamento Atmosferico Schema di flusso del Modello GAINS Attivita’ antropogeniche Emissioni Inquinanti Dispersione Atmosferica Deposizioni & concentrazioni Costi di attuazione Tecnologie di Controllo Effetti su Ambiente e Salute Costo per PIL/capita Aspetti sociali

Strategia di Controllo Tecnologie di abbattimento) Caratteristiche dei Modelli Integrati applicati all’ Inquinamento Atmosferico GAINS Attivita’ produttive Scenario Energetico Scenari emissivi Analisi dei costi Mappe di deposizione Mappe di concentrazione Impatto su ambiente e salute Ingresso Uscita Strategia di Controllo (Applicazione delle Tecnologie di abbattimento) Schema GAINS

Caratteristiche Modello GAINS Il Modello GAINS considera i seguenti inquinanti atmosferici: (SO2, NOx, PM, NH3, VOC) Ossidi di zolfo, ossidi di azoto, particolato, ammoniaca, composti organici volatili E i seguenti Gas ad Effetto Serra: (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6) Diossido di carbonio, metano, protossido di azoto, clorofluorocarburi, esafluoruro di zolfo

Caratteristiche Modello GAINS Il Modello GAINS considera inoltre: Effetti sull’ambiente : In termini di Acidificazione e Eutrofizzazione Effetti sulla salute umana per esposizione a polveri sottili (PM2,5) e Ozono a livello del suolo, in termini di Riduzione dell’ Aspettativa di vita, LER (PM) e mortalita’ prematura (O3).

Caratteristiche Modello GAINS Il Modello GAINS assume come dati di imput: Consumi energetici, trasporti, produzione industriale, raffinerie, agricoltura (fertilizzanti), attivita’ zootecniche, industria chimica (solventi) etc. Percentuali di applicazione delle tecnologie di abbattimento (ad es. EURO I, II, III, IV, V nei veicoli, sistemi di filtraggio dei fumi da combustione ESP negli impianti di produzione elettrica etc.)

Esempi di applicazione Il Modello GAINS e’ stato recentemente utilizzato per la revisione della Direttiva EU 2001_81_CE, denominata NEC (Tetti di Emissione) con l’obbiettivo di perseguire le riduzioni di impatto dichiarate nella Strategia Tematica sulla Qualita’ dell’ Aria (TSAP) della Commissione Europea.

Esempi di applicazione Obbiettivi della Strategia Tematica sulla Qualita’ dell’ Aria (TSAP) della Commissione Europea: Riduzione del 47 % dell’impatto del PM2,5 sulla salute umana; Riduzione del 10 % della mortalita’ da ozono; Riduzione del 74% della acidificazione nelle foreste Riduzione del 39% della acidificazione nei sistemi acquatici; Riduzione del 43% della eutrofizzazione negli ecosistemi Riduzione del 15% dell’impatto da ozono sulle foreste. Obbiettivi di riduzione nel 2020 rispetto al 2000

Esempi di applicazione Metodologia di analisi: Partendo da uno scenario di riferimento (detto Baseline) che rappresenta lo stato attuale dei livelli di inquinamento e di impatto, si sviluppa una Strategia di Controllo, ovvero una ipotesi di applicazione di tecnologie di abbattimento tali che, ad un determinato anno (ad es 2020) i livelli di inquinamento siano tali da raggiungere gli obbiettivi di riduzione prefissi (scenario con misure)

Esempio di scenario emissivo Emissioni di SO2 al 2010, calcolate dal modello GAINS

Esempio di mappe di deposizione 2000 2010 2020 Mappe di deposizione acida (% di area forestale a rischio)

Esempio di mappe di impatto su salute (PM2,5) 2000 2020 2020 Legislazione attuale Max. rid. tecn. possibile Mappe di impatto da PM2,5 (Riduzione della aspettativa statistica di vita)

Esempio di mappe di impatto su salute (O3) 2000 2020 2020 Legislazione attuale Max. rid. tecn. possibile Mappe di impatto da Ozono (morti premature)

Analisi dei costi – Sinergia tra IA e CC Senza misure climatiche (+3% CO2 2020) Con misure climatiche (-20% CO2 2020)

Supporto alle politiche ambientali Modelli GAINS Nazionali Alcuni paesi (IT, NL, SV, IR) hanno sviluppato o hanno in progetto versioni nazionali del Modello GAINS. La versione nazionale consente di evidenziare peculiarita’ del paese, scarsamente o non rilevabili dal modello continentale e quindi una migliore definizione degli obbiettivi nazionali nelle Direttive comunitarie, indirizzando le azioni in modo mirato e evitando inutili aggravi economici (cost effective analysis).

Esempio di applicazione del Modello Nazionale A livello nazionale, l’ ENEA con il supporto del Ministero dell’ Ambiente, ha sviluppato gia’ dal 2002 una versione nazionale della metodologioa IIASA, allora denominata RAINS, ed ora in corso di aggiornamento verso GAINS. Le analisi sviluppate con RAINS_Italia hanno consentito alle regioni italiane di calibrare il rispettivi piani regionali per qualita’ dell’aria e, a livello nazionale, di verificare lo stato di conformita’ alle Direttive EU (ad es NEC)

Supporto alle politiche ambientali Riduzione della aspettativa di vita (in mesi) calcolata con RAINS_IT, nel 2020 (d) rispetto al 2000 (s). Miglioramento del 31% in LER nel 2020, rispetto al 2000.

Supporto alle politiche ambientali Emissioni per la regione Sicilia. Scenario di riferimento (CLE) e di Massima Riduzione Tecnicamente possibile

Supporto alle politiche ambientali Progetto MINNI – GAINS-Italia on line Il progetto MINNI, nell’ambito di una convenzione con il Ministero Ambiente, vede l ‘ENEA, in collaborazione con IIASA, impegnata nello sviluppo di una versione di GAINS_Italia che sara’ accessibile on line, sia ad esperti del settore, per la collaborazione tecnico-scientifica tra ENEA ed altri istituti di ricerca, che ad un pubblico piu’ ampio (attraverso registrazione), per una maggiore diffusione delle analisi modellistiche sull’inquinamento dell’aria e i suoi effetti.

Health Impact of PM2,5 in Italy Conclusioni I modelli di Valutazione Integrata, come il GAINS, costituiscono un potente strumento di analisi per fornire ai decisori politici tutti gli elementi tecnico-scientifici ed economico-sociali per effettuare scelte di politiche di contrasto all’ inquinamento atmosferico, nel modo piu’ efficiente in termini di rapporto costi benefici e indirizzando le azioni di contrasto verso i settori e le aree di piu’ alta priorita’.

Health Impact of PM2,5 in Italy Conclusioni I modelli di Valutazione Integrata si inseriscono nell’ambito di progetti internazionali, nei quali la comunita’ scientifica contribuisce al costante miglioramento della conoscenza dei fenomeni che i modelli rappresentano e quindi alla riduzione delle incertezze che comunque sono associate ai risultati, come e’ intrinseco in qualsiasi attivita’ di ricerca.

Health Impact of PM2,5 in Italy Conclusioni I modelli di Valutazione Integrata, non ostante le complicate correlazioni tra i vari aspetti considerati, hanno permesso di sviluppare un adeguato linguaggio di comunicazione tra la comunita’ scientifica e i decisori politici che ha, in se’, le potenzialita’ per essere ulteriormente migliorato ai fini della comunicazione con il pubblico, in senso lato.

Health Impact of PM2,5 in Italy Per saperne di più….. http://www.minni.org ENEA Progetto MINNI (GAINS_Italia) http://www.minni.org/rains/rains_italia.htm RAINS_Italia http://www.iiasa.ac.at GAINS_Europa E-mail : tiziano.pignatelli@enea.it