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4.6-Studio pilota per lo sviluppo di metodologie di valutazione del rischio ecologico dei metalli nella generazione termoelettrica a carbone

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4.6-Studio pilota per lo sviluppo di metodologie di valutazione del rischio ecologico dei metalli nella generazione termoelettrica a carbone

Tenendo conto delle caratteristiche specifiche dei metalli, è stato sviluppato un “framework specifico” che si prefigge di: null effettuare una stima previsionale del rischio ecologico derivante dalle emissioni di microinquinanti inorganici in seguito alla conversione a carbone di un impianto di generazione termoelettrica. null effettuare una stima del rischio ecologico aggiunto alla concentrazione ambientale già esistente di microinquinanti inorganici (background). null identificare gli elementi utili alla scelta di strumenti e metodi per il monitoraggio ambientale. Il framework sviluppato di analisi previsionale del rischio ecologico è strutturato su tre livelli successivi di approfondimento: screening iniziale, screening approfondito; livello sito-specifico. Ogni livello sviluppa le tre fasi di formulazione del problema, analisi (caratterizzazione dell’esposizione e degli effetti), caratterizzazione del rischio. Il passaggio ad un livello successivo di approfondimento dipende dal superamento o meno delle soglie di accettabilità del rischio considerate per ogni metallo. Entrambi i livelli di Screening si propongono una stima cautelativa del rischio in termini di Hazard Quotient (HQ) basata sull’utilizzo di dati ecotossicologici di letteratura. L’elemento discriminante è la definizione nel sottolivello Approfondito di uno scenario di esposizione più accurato in cui non si considera il contenuto totale ma la biodisponibilità e la speciazione dei metalli nelle matrici ambientali. Tali grandezze dipendono da fattori matrice-specifici e biota-specifici e influenzano l’effettiva assunzione di inquinanti da parte degli organismi viventi. Il livello Sito-specifico, invece, prevede una valutazione più realistica del rischio ecologico attraverso lo svolgimento di test tossicologici sito-specifici volti a caratterizzare l’esposizione e gli effetti. I risultati di tali attività sperimentali andranno valutati e aggregati in indici di rischio secondo un approccio Weight of Evidence (WOE). Il livello di “screening iniziale” si prefigge i seguenti obiettivi: null stima cautelativa preliminare del rischio ecologico aggiunto alla concentrazione ambientale già esistente di microinquinanti inorganici (background);

null definizione di uno scenario di esposizione cautelativo considerando le concentrazioni totali dei metalli nelle matrici ambientali; null stima del rischio ecologico basata sull’utilizzo di dati ecotossicologici di letteratura generici; null selezione dei metalli potenzialmente più pericolosi per i recettori ecologici considerati; null stima preliminare del rischio ecologico associato all’esposizione a miscele di metalli nelle matrici ambientali; null identificazione dei comparti ambientali che risultano maggiormente impattati dalle emissioni della centrale a carbone. In tale livello la caratterizzazione dell’esposizione prevede la stima della concentrazione di background e la stima della concentrazione aggiunta totale. La concentrazione di background ambientale (C backgr ) secondo una visione cautelativa è considerata interamente biodisponibile. Nel calcolo della PEC, quindi, viene inserito il valore del contenuto totale dei metalli nelle matrici ambientali che può essere misurato analiticamente su campioni prelevati “in situ”. Indagini sperimentali possono essere condotte per distinguere tra il contributo naturale e quello antropico (dovuto ad altre sorgenti di inquinamento che insistono sul territorio) al background dei metalli nelle matrici ambientali. In una visione predittiva la concentrazione totale di metalli aggiunta per effetto delle emissioni dell’impianto a carbone è stimata applicando dei modelli dedicati. Il livello di “screening approfondito” si prefigge i seguenti obiettivi: null stima cautelativa approfondita del rischio ecologico aggiunto focalizzata sui comparti e sui contaminanti selezionati nel livello di Screening Iniziale; null definizione di uno scenario di esposizione più realistico attraverso un’analisi della biodisponibilità e speciazione dei metalli nelle matrici ambientali; null stima del rischio ecologico basata sull’utilizzo di dati ecotossicologici di letteratura riferiti a gruppi trofici sito-specifici e significativi; null stima probabilistica del rischio a livello di comunità ecologica causato dall’esposizione a miscele di metalli nelle matrici ambientali; null selezione delle specie metalliche, delle matrici ambientali e dei recettori ecologici per i quali è ragionevole ipotizzare un possibile rischio sito-specifico e su cui si focalizzeranno le indagini sperimentali previste dal successivo livello di approfondimento del framework previsionale.

In tale livello la caratterizzazione dell’esposizione prevede la stima della concentrazione di background biodisponibile e la stima della concentrazione aggiunta biodisponibile. Le informazioni sulla biodisponibilità e la speciazione dei metalli nelle matrici ambientali si ottengono effettuando indagini sperimentali “in situ” (ad es. estrazioni singole e sequenziali su campioni di suolo, sedimento e particolato sospeso) oppure attraverso l’applicazione di modelli dedicati. Le attività analitiche o modellistiche devono essere condotte anche con l’obiettivo di individuare e caratterizzare i fattori biota-specifici (ad es. capacità di bioaccumulo e detossificazione) e matrice-specifici (ad es. pH e contenuto di sostanza organica per il suolo, durezza e salinità per l’acqua) che influenzano la biodisponibilità dei metalli in campo. Il livello “sito-pecifico” si prefigge i seguenti obiettivi: null stima sito-specifica in termini di intensità ed ampiezza del rischio ecologico aggiunto considerando le specie metalliche, i comparti e i recettori ecologici selezionati nella precedente fase di Screening Approfondito; null caratterizzazione dettagliata dell’esposizione e degli effetti attraverso lo sviluppo di linee di evidenza sito – specifiche inerenti alla chimica, biodisponibilità, ecotossicologia ed ecologia; null integrazione delle informazioni sito – specifiche acquisite in specifici indici integrati di rischio ecologico. Il rischio ecologico è stimato secondo l’approccio Weight of Evidence (WOE) che prevede l’aggregazione dei risultati provenienti da più linee di evidenza (LOE: Lines of Evidence) in un unico indice di rischio. Le linee di evidenza sono rappresentate da indagini sperimentali sito- specifiche condotte in laboratorio o in campo riguardanti quattro ambiti di ricerca: chimica, biodisponibilità, ecotossicologia, ecologia. I risultati provenienti dallo sviluppo delle LOE vanno integrati in specifici indici di rischio ecologico che permettano di valutare la differenza tra lo stato ecologico previsto per il sito indagato dopo la conversione a carbone della centrale e un valore di riferimento rappresentato dallo stato ecologico attuale. Ai fini di implementare e verificare l’applicabilità del framework per la valutazione di rischio ecologico di tipo previsionale è stato identificata come situazione applicativa di riferimento il caso della trasformazione a carbone di un impianto termoelettrico già esistente e operativo. Come sito rispondente a tale condizione è stata identificata la centrale termoelettrica di Torrevaldaliga Nord (TRV-N) che, nell’assetto attuale, è alimentata con olio combustibile

denso. La centrale è situata sulla costa laziale nel Comune di Civitavecchia (Provincia di Roma). Il caso scelto esemplifica inoltre un contesto territoriale articolato; in particolare: null è caratterizzato dalla presenza di matrici ambientali miste, abbastanza articolate e complesse; null è interessato da usi antropici del territorio di natura diversa (es. agricoltura, trasporti, urbanizzazione, insediamenti industriali/commerciali, oltre a quello legato alla produzione di energia elettrica), più o meno consistenti, variamente dislocati sul territorio ed in grado di apportare all’ambiente gli inquinanti posti come oggetto della valutazione del rischio; null è connotato da elementi di naturalità e valenze ecologiche già riconosciute e sottoposte a vincoli di tutela e protezione a livello provinciale, regionale o nazionale (aree protette, riserve naturali, Zone Protezione Speciale, Siti di Interesse Comunitario, zone di tutela paesaggistica, biotopi di particolare rilevanza naturalistica). Nell’applicazione del framework è stata riservata particolare attenzione a due tipologie di suolo in quanto tale matrice ambientale rappresenta quella più direttamente interessata dalle ricadute atmosferiche di metalli provenienti dall’impianto. Per quanto riguarda l’ecosistema marino costiero è stata effettuata una valutazione della qualità attuale e prevista dei sedimenti che rappresentano il recettore ultimo dei metalli che manifestano una elevata affinità per il particolato sospeso, sia esso biotico che abiotico. E’ stato inoltre effettuata una preliminare valutazione modellistica delle potenziali concentrazioni nelle acque del mercurio, scelto come metallo di particolare rilevanza per la sua potenziale elevata tossicità nella forma di metilmercurio. Con l’obiettivo di determinare l’esposizione ai metalli, derivanti dalle ricadute al suolo, nei primi 20 cm di terreno sono stati utilizzati tre approcci distinti: null applicazione di un fattore di diluizione; null applicazione del modello fate and transport SESOIL; null applicazione delle formule proposte dal Technical Guidance Document on Risk Assessment. La simulazione con SESOIL in particolare è stata protratta per un periodo di tempo pari ai 20 anni di vita media di una centrale a carbone. Dai risultati ottenuti per As, Cr (VI), Cu e Se si può osservare che dopo il primo anno di simulazione la quasi totalità dei contaminanti ha lasciato lo strato di “nuovo suolo” (strato 1), in cui rimangono a livelli di concentrazione nella

fase solida costanti e molto bassi per i successivi 20 anni. Per quanto riguarda i risultati relativi a Cd, Cr totale, Hg inorganico, Ni, Pb e V si osserva che dopo il secondo anno di simulazione la quasi totalità dei contaminanti ha lasciato il “nuovo suolo” (strato 1). In particolare il rilascio è lento per Cd e Ni. Tuttavia, i metalli non superano il secondo strato di terreno (6,66 cm) neppure dopo 20 anni di simulazione e mantengono nel tempo una concentrazione costante nel secondo strato. I risultati relativi a Cr (III) invece, mostrano che tale elemento a causa del valore di K d molto alto non lascia lo strato di “nuovo suolo” neppure dopo 20 anni di simulazione. Per determinare entrambi i parametri da inserire nel framework di ERA proposto, sono state effettuate due campagne sperimentali di campionamento dei suoli e di analisi dei metalli considerati finalizzate a: null stima del contenuto di metallo totale, che rappresenta la concentrazione di background, in seguito a mineralizzazione del terreno mediante attacco acido (metodo “acqua regia”); null stima della concentrazione biodisponibile mediante estrazioni con quattro soluzioni estraenti diverse: acqua, CaCl 2 0.01M, CaCl 2 1M, NH 4 NO 3 1M; null analisi di speciazione mediante estrazioni sequenziali su quattro metalli, in particolare As, V, Se, Hg. null caratterizzazione chimico-fisica del suolo indagato in termini di pH, capacità di scambio cationico (CSC), contenuto in sostanza organica (% S.O.) e in argilla (% A), che rappresentano i principali fattori in grado di influenzare la biodisponibilità dei metalli nel suolo. Dai dati ottenuti con le varie estrazioni (acqua , CaCl 2 0,01M, NH 4 NO 3 1M) effettuate sia su suoli ad uso agricolo che su quelli a prato/pascolo è stato determinato un valore medio di frazione estratta specifico per ogni metallo analizzato, definito come frazione biodisponibile. I risultati ottenuti sono stati successivamente elaborati ai fini di ottenere un valore medio di frazione biodisponibile specifico per ogni metallo. Per mantenere un’impostazione conservativa, tale media è stata stimata senza considerare i valori al di sotto del limite di rilevabilità strumentale. La caratterizzazione del rischio per l’ecosistema terrestre esposto alla ricaduta dei metalli emessi è stata sviluppata per entrambi i sottolivelli di Screening definiti nel framework in questione, Iniziale e Approfondito, in termini di Hazard Quotient (HQ), basato sul confronto tra una concentrazione di esposizione e una concentrazione di non effetto.

Per quanto riguarda il sottolivello Screening Iniziale, l’applicazione della formulazione proposta per i suoli agricoli non ha determinato HQ superiori a 1. Tuttavia, per alcuni metalli il valore di HQ calcolato è prossimo a 1. Il calcolo di HQ prossimi a 1 per più metalli indica una potenziale situazione di rischio per la comunità biotica che vive nel suolo indagato e conferma la necessità di sviluppare il successivo sottolivello di Screening Approfondito. Anche per i suoli a prato/pascolo non sono stati calcolati HQ superiori a 1 ma sono stati accertati nei primi 20 cm valori di HQ prossimi a 1 per i seguenti metalli: As, Cr (III), Cr (VI), Cu, Ni, Se e V. indicando una potenziale situazione di rischio per la comunità biotica che vive nei suoli a prato/pascolo indagati e conferma la necessità di sviluppare il successivo sottolivello di Screening Approfondito. Per quanto riguarda il sottolivello Screening Approfondito, per i suoli agricoli è stato evidenziato che i valori di HQ sono in generale più bassi rispetto ai corrispondenti valori calcolati nel sottolivello precedente. Questo è dovuto al fatto che le concentrazioni di esposizione, stimate tenendo conto della biodisponibilità dei metalli nel suolo, risultano decisamente inferiori rispetto alle concentrazioni totali. Tuttavia, per il nichel il valore di HQ calcolato è prossimo a 1. Anche per i suoli a prato/pascolo è stato accertato che i valori di HQ sono in generale più bassi rispetto ai corrispondenti valori calcolati nel sottolivello precedente e che per il nichel il valore di HQ calcolato è prossimo a 1. L’applicazione di indici Ecological Screening Value (ERL, ERM, TEL, PEL) ai sedimenti dell’area interessata dai campionamenti ha evidenziato che la situazione attuale e tale da non determinare effetti per la comunità degli organismi bentonici. Infatti, per tutti i metalli e per tutti i punti di prelievo, le percentuali di accadimento risultano inferiori (100 %) al valore del rispettivo indice di qualità sito-specifico. L’estrapolazione a concentrazioni dei metalli doppie di quelle attuali fa prevedere che in generale la qualità dei sedimenti non sia tale da determinare effetti negativi sugli organismi bentonici ed epibentonici. Per concentrazioni 10 volte superiori si è rilevato uno spostamento della % di accadimento (100 %) da < ERL o da < TEL all’intervallo ERL – ERM o TEL – PEL per As, Cd (solo per TEL – PEL), Cu (solo per TEL – PEL) e Zn, comportando quindi un aumento della probabilità (da raramente a occasionalmente) che possano verificarsi effetti nocivi (tossici) sulla comunità di organismi bentonici ed epibentonici presenti nei sedimenti.

Le attività descritte costituiscono una sintesi di quanto riportato nei seguenti rapporti di milestone: null Ml 1: Guzzi L., G. Martignon, R. Vitali, A. Marcomini, A. Critto (2005). Rischio ecologico dei metalli pesanti nella generazione termoelettrica a carbone: Analisi dell’approccio al rischio ecologico ed elaborazione di un “framework” specifico. CESI Rapporto A5042245 (Rev. 1), 368 pp. null Ml 2: Martignon G. (2004). Metodologie di valutazione del rischio ecologico. Implementazione degli step procedurali mediante indagini sperimentali in un sito campione. CESI Rapporto A4512321, 165 pp. null Ml 3: Guzzi L., G. Martignon, W. Martinetti, M. Achilli, G. Petruzzelli, A. Critto (2005). Metodologie di valutazione del rischio ecologico. Indagini sperimentali in un sito campione. CESI Rapporto A5023924, 137 pp. null Ml 4: Martignon G., W. Martinotti, L. Guzzi, G. Ciampa, L. Gilli, G. Petruzzelli, A. Marcomini, A. Critto (2005). Rischio ecologico dei metalli pesanti nella generazione termoelettrica a carbone: completamento delle attività sperimentali e verifica dell’applicabilità del “framework”. CESI Rapporto A5051477, 312 pp. Nelle appendici sono illustrati dettagliatamente i risultati delle specifiche attività sviluppate a supporto del framework; in particolare: null in Appendice 1 sono riportati i risultati di due campagne sperimentali tese a caratterizzare due tipologie di suolo a diversa destinazione d’uso (agricolo, prato/pascolo) sia in termini di qualità dei suoli sia di verifica di diverse metodologie per l’estrazione dei metalli. Nell’appendice sono inoltre descritte le attività per la valutazione della distribuzione nelle fasi della matrice di 4 specifici metalli (As, Hg, Se, V), quelle per la valutazione della tossicità dei suoli ed infine le indagini in microcosmo per la valutazione della bioaccumulabilità di 6 specifici metalli (Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn) in recettori vegetali; null in Appendice 2 sono riportati i isultati di due campagne sperimentali tese a caratterizzare le matrici abiotiche (acqua, particolato sospeso, sedimento) nell’area marino costiera antistante il sito “campione” sia in termini di caratteristiche generali che di concentrazione totale e lisciviabile (bioaccessibile) dei metalli. Nell’appendice sono inoltre descritte le attività per la valutazione dei principali processi che regolano il comportamento dei metalli nelle matrici acqua e sedimento (coefficiente di ripartizione tra acqua e particolato sospeso; tempo di semi-ripartizione, rateo di sedimentazione); null in Appendice 3 sono descritti i modelli “fate and transport” utilizzati a supporto della valuzione del destino dei metalli, sia nel suolo che nelle acque marino costiere;

null in Appendice 4 sono descritti i principali “ecological screening value” utilizzati a supporto della valutazione del rischio ecologico.

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