Il rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nel periodo febbraio 2008-febbraio 2009 nel Progetto “Sviluppo ed applicazione dei metodi per la quantificazione dell’impatto dei microinquinanti ed opportunità di mitigazione” dell’area “Produzione e Fonti Energetiche”, una delle quattro Aree di ricerca definite nell’Accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno 2007. Il rapporto è strutturato in tre parti: �¾ implementazione e sviluppo del modello CAMx per la valutazione delle deposizioni degli inquinanti sul territorio nazionale; �¾ sviluppo e validazione di algoritmi di trasformazione chimica di inquinanti a scala locale implementati nel codice SPRAY; �¾ sviluppo di modellistica numerica in grado di prevedere situazioni di criticità nei corpi idrici recettori sulla base della simulazione dei fenomeni idrodinamici locali e del loro effetto sulla concentrazione di microinquinanti. Per quanto attiene il modello per la ricostruzione delle concentrazioni e deposizioni di inquinanti emessi in atmosfera è stata ridefinita la configurazione del sistema modellistico mediante i seguenti passi: a) sostituzione del modello RAMS con il modello meteorologico WRF; b) inserimento del modello delle emissioni SMOKE c) implementazione degli algoritmi per la stima delle emissioni biogeniche e di sale marino; d) messa a punto ed implementazione di algoritmi per la stima delle emissioni naturali di mercurio rilasciate sia dal suolo che dal mare; e) messa a punto di un processore per la definizione della concentrazione di mercurio al bordo del dominio a partire dai campi di scala europea forniti dal modello EMEP; f) estensione dell’algoritmo di ripartizione del contributo delle sorgenti emissive anche alle deposizioni. Il sistema modellistico sviluppato è in grado di ricostruire secondo un approccio integrato, l’evoluzione dei principali composti inquinanti primari e secondari sul territorio italiano ed in particolare permette di considerare contemporaneamente tutti i principali processi ed interazioni che coinvolgono gli inquinanti atmosferici, ovvero: �¾ ossidazione in fase omogenea ed eterogenea dei principali precursori gassosi inorganici ed organici; �¾ formazione del particolato inorganico ed organico; �¾ deposizione secca ed umida di composti eutrofizzanti ed acidificanti; �¾ trasformazione e deposizione del mercurio. In particolare, per quanto riguarda il mercurio, l’approccio integrato permette di ricostruire internamente al modello il contributo dei principali composti ossidanti da cui dipendono i processi di trasformazione, che non rappresentano quindi un input esogeno indipendente, come proposto da altri modelli (ad es. EMEP). Terminata la fase di messa a punto del sistema modellistico si è proceduto all’effettuazione di alcune prove di funzionamento dei diversi moduli, facendo riferimento all’anno meteorologico 2005 e ad un dominio di calcolo relativo all’intero territorio italiano, suddiviso in una griglia di 86×98 celle con passo 15 km. Il dominio di calcolo implementato rappresenta a sua volta un’evoluzione rispetto agli studi effettuati in precedenza e che erano relativi ad una griglia con risoluzione pari a 25 km.

Le attività modellistiche per la ricostruzione dei campi di concentrazione di NO 2 hanno riguardato una valutazione approfondita degli algoritmi per le reazioni fotochimiche degli ossidi di azoto inseriti nel modello a particelle SPRAY, sviluppati e parzialmente validati nel passato attraverso la loro applicazione nello studio di un caso reale. Il caso studio considerato si riferisce ad una centrale elettrica a gas situata nel Nord Italia, gestita dalla società EDIPOWER. Le sostanze emesse dai 3 camini sono costituiti per il 95% da NO e dal 5% da NO 2 . Le concentrazioni medie orarie di NO, NO 2 ed O 3 sono misurate da una stazione di qualità dell’aria situata su una collina con un’altezza superiore di circa 300 m rispetto all’impianto, a circa 4 km a Sud della centrale. Se si considera che la stazione si trova in una zona rurale, a Sud di essa, è possibile isolare il contributo dato dalla centrale alle concentrazioni di NO x , rispetto a quelle delle altre sorgenti, nelle situazioni con vento proveniente da Nord, Nord Est. Infatti, in queste condizioni il passaggio del pennacchio sopra la stazione può essere facilmente rilevato. Per gli approfondimenti modellistici è stato selezionato un periodo di 11 giorni, dal 12 al 22 Marzo 2007, in cui si sono osservati diversi passaggi del pennacchio sulla stazione. Per la ricostruzione del campo di vento e di turbolenza è stata applicata la catena modellistica RAMS 6.0, MIRS 4.0, SPRAY. Le condizioni meteorologiche di input sono costituite sia dai dati del Centro Europeo di Reading che dai dati delle stazioni locali. Il confronto tra i dati misurati e quelli calcolati dal modello ha consentito di validare il sistema modellistico. Per quanto riguarda la modellistica in ambiente acquatico, le attività svolte hanno permesso di completare il prodotto SW che permette di valutare le concentrazioni di diversi inquinanti nell’ambiente acquatico marino recettore degli effluenti liquidi di una centrale termoelettrica. Partendo dalla versione prototipo 1.0 del sistema WISP l’attività si è articolata in tre direzioni: �¾ adeguamento del kernel del sistema per migliorare l’accuratezza delle analisi e per consentire l’utilizzo delle più recenti versioni del codice WASP dell’US EPA; �¾ revisione e completamento dell’interfaccia e relative verifiche funzionali; �¾ applicazione ad uno specifico sito. Il kernel del sistema ha il compito di costruire una sequenza di analisi per il modello WASP basata su una successione temporale di scenari fluidodinamici generati da un simulatore 2D o 3D esterno al sistema, dipendenti dalle condizioni ambientali e di scarico del sito ed opportunamente concatenati per coprire il medio/lungo periodo. L’attività condotta ha riguardato l’estensione del modulo per poter includere contemporaneamente più scenari idrodinamici, generare automaticamente la trasformazione dal reticolo fluidodinamico ad elementi/volumi finiti al modello a segmenti/giunzioni di WASP sia in modo automatico sia potendo definire le caratteristiche di quest’ultimo direttamente da parte dell’utilizzatore, attraverso l’apposita interfaccia utente. Il kernel ora è anche in grado di interfacciarsi automaticamente con il post processore grafico 3D Paraview 3.4 anche per la verifica della struttura generata, e di acquisire gli scenari fluidodinamici attraverso un interfaccia di tipo VTK XML che consente di fatto l’acquisizione delle informazioni in ingresso da parte di qualsivoglia applicativo esterno. Infine si è provveduto all’aggiornamento dei formati per adeguarli alla recente versione 7.3 di WASP dell’US EPA. Il completamento dell’interfaccia consente la completa automazione di tutte le fasi di analisi tra cui l’assegnazione dei carichi, l’acquisizione degli scenari fluidodinamici, la costruzione automatica del modello a segmenti/giunzioni coerente con il dominio di calcolo, la generazione di una sequenza temporale di analisi. A queste funzionalità “principali” sono state aggiunte la possibilità di ricaricare una sessione di analisi modificandone i parametri, la gestione automatica degli archivi, il lancio automatico del kernel, del post processore Paraview e dello stesso modulo WASP. L’applicazione di WISP al sito di La Spezia, per il quale sono note le caratteristiche ambientali (morfologiche, meteorologiche e marine) e sono disponibili una serie di dati derivanti da studi pregressi, ha evidenziato che il sistema consente di utilizzare i risultati delle ricerche sui carichi di inquinanti provenienti da fonti diverse, completandoli con quelli di pertinenza del sistema elettrico, sviluppando

una metodologia di analisi di scenari sul breve, medio e lungo termine, in cui le condizioni meteomarine e la variabilità del carico di un impianto termoelettrico sono considerate componenti fondamentali del processo di diffusione e trasporto nei corpi idrici superficiali. La possibilità di poter considerare oltre al mercurio altre specie di microinquinanti specificatamente originate da un impianto termoelettrico, e la possibilità di valutare la possibile concentrazione di inquinante sul lungo periodo anche in presenza di emissioni nella norma consente di estendere l’applicazione ad aree particolarmente sensibili dal punto di vista dell’ecosistema.