Il presente rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del progetto Impatto delle regole di mercato e dei vincoli tecnici ed ambientali sull’esercizio del sistema elettrico italiano (afferente all’area “Governo del sistema elettrico”). In particolare, l’attività di studio qui descritta verte sulla valutazione degli impatti relativi al comparto atmosferico, su cui il sistema antropico è in grado di generare pressioni molto rilevanti e che hanno dato origine a problematiche con caratteristiche e scale d’influenza spaziale molto diverse. Il sistema elettrico, dal canto suo, costituisce una delle forzanti più rilevanti del sistema antropico e può influenzare in modo significativo le caratteristiche e la qualità dei diversi comparti ambientali, tra cui proprio l’atmosfera. Gli impianti di generazione termoelettrica dislocati nel territorio nazionale costituiscono, indubbiamente, il primo e più importante fattore di impatto, ma accanto a questi, non vanno dimenticate alcune importanti forzanti indirette come la maggiore o minore penetrazione del vettore elettrico all’interno delle aree urbane e la diffusione di forme di cogenerazione legate alla generazione distribuita. Un aspetto importante dello studio degli effetti dell’attività antropica sull’ambiente riguarda la possibilità di quantificare gli impatti attraverso indicatori non solo di stato (concentrazioni, deposizioni, etc..) ma anche di tipo economico, tipicamente attraverso un approccio che permetta di associare ad ogni impatto ambientale un costo monetario (esternalità). Cesi Ricerca, partendo dall’osservazione che l’approccio maggiormente utilizzato per la valutazione dei costi esterni utilizza una metodologia modellistica che non rappresenta lo stato dell’arte della modellistica di dispersione, nel corso degli anni ha gradualmente raffinato la tecnica di valutazione delle esternalità arrivando ad utilizzare strumenti in grado di ricostruire l’evoluzione degli inquinanti atmosferici che attualmente determinano le maggiori criticità, ovvero ozono troposferico e polveri sottili. A tal fine si è proceduto all’implementazione ed all’applicazione di un apposito sistema modellistico, basato sui codici numerici RAMS e CAMx. Il sistema modellistico è stato poi integrato da una serie di procedure di elaborazione, attraverso fogli excel, che permettono di effettuare la valutazione dei costi esterni di interesse. Grazie all’utilizzo del modello CAMx è stato possibile implementare appositi algoritmi di ripartizione del contributo delle diverse sorgenti alla concentrazione calcolata (PSAT Particulate Source Apportionment Technology) che permettono di superare le principali limitazioni delle tecniche classiche di analisi, basate sostanzialmente sul concetto di rimozione della sorgente o zero-out modelling, che rappresenta un’approssimazione troppo “rozza” della realtà nel caso di fenomeni non lineari, come i processi di formazione dell’inquinamento secondario. Il sistema modellistico così strutturato è stato applicato all’anno meteorologico 2004 e sulla base dei risultati ottenuti, espressi sia in termini di concentrazioni totali che come ruolo delle rispettive sorgenti, sono state effettuate le valutazioni dei costi esterni. Per quanto riguarda la ricostruzione dei livelli di inquinamento da PM10 e PM2.5, il territorio italiano presenta un chiaro gradiente da nord verso sud con concentrazioni massime in corrispondenza della pianura padana dove i valori raggiungono 30-35 µg/m 3 per il PM10 e valori leggermente inferiori per il PM2.5, ma con una distribuzione spaziale analoga. I risultati ottenuti tratteggiano una situazione di forte criticità per entrambi gli inquinanti, i cui valori di concentrazione eccedono in ampie parti del territorio italiano sia gli attuali standard di qualità dell’aria che, soprattutto, quelli di futura attuazione. I risultati delle simulazioni sono stati successivamente confrontati con i due dataset misurati, relativi a ozono da un lato e PM10 e biossido d’azoto dall’altra. CAMx ricostruisce in modo soddisfacente la media annua e l’evoluzione temporale del biossido d’azoto nella maggior parte delle stazioni e ha evidenziato un eccellente accordo con le misure di ozono, di cui ha riprodotto sia la variabilità spaziale che temporale. Diversamente l’analisi delle concentrazioni di PM10 ha messo in luce maggiori criticità. In termini medi annui, infatti, il

modello è parso in grado di ricostruire la presenza di PM10, mentre la ricostruzione della variabilità temporale giornaliera è apparsa più deficitaria. Ciò suggerisce che attualmente il modello fornisce livelli di prestazioni differenti rispetto ai diversi processi chimico-fisici che influenzano la concentrazione complessiva di PM10, alcuni dei quali sono addirittura trascurati (ad es. risospensione naturale o antropogenica all’interno del dominio, così come i contributi episodici di polveri sahariane che possono influenzare le misure nelle stazioni del sud Italia). L’analisi del ruolo delle sorgenti ha confermato che il contributo del settore elettrico alla concentrazioni di PM2.5 e PM10 è piuttosto contenuto e si manifesta principalmente in pianura padana con concentrazioni comunque inferiori a 2 µg/m 3 . Il contributo del riscaldamento residenziale sul territorio italiano varia tra 0.5 e 3 µg/m 3 , corrispondenti mediamente al 5% della media annuale complessiva. Il trasporto su strada si conferma il settore maggiormente incidente sullo sviluppo delle concentrazioni di polveri sottili, con un contributo alla media annua varia generalmente tra 2-6 µg/m 3 al centro sud (pari al 10-15 % del totale), e tra 6-10 µg/m 3 in pianura padana (pari al 15-30 % del totale). Il restante contributo alle concentrazioni di PM10 deriva dalle emissioni degli altri settori ed al trasporto da lunga distanza. In particolare, al primo contribuiscono soprattutto le emissioni da agricoltura e dei settori industriali. L’analisi effettuata ha inoltre confermato che il solfato è l’unico composto per cui il contributo del settore elettrico risulti paragonabile a quello delle altre due categorie emissive. Successivamente, a valle delle valutazioni ottenute con gli algoritmi di ripartizione è stato possibile aggiornare le valutazioni monetarie dei costi esterni associabili al settore termoelettrico e, per confronto ai settori riscaldamento e trasporto su strada. Le valutazioni condotte hanno evidenziato la maggiore influenza del settore termoelettrico sui costi esterni a scala globale legati alla emissione di gas serra, mentre a scala locale il settore dei trasporti sui strada assume un ruolo decisamente maggiore rispetto a termoelettrico e riscaldamento, con un peso preponderante dei costi associati ai danni dovuti alle concentrazioni di ozono. In conclusione, quindi, l’insieme delle attività descritte, che è stato ampio ed articolato, ha permesso di raggiungere gli obiettivi iniziali fornendo come risultato tangibile un sistema modellistico ulteriormente testato ed aggiornato in grado di fornire: • un contributo all’analisi quantitativa delle dinamiche che sottendono allo sviluppo dell’inquinamento atmosferico secondario • l’analisi dell’evoluzione del ruolo del sistema elettrico nelle problematiche di inquinamento atmosferico su scala nazionale, che può costituire anche un utile contributo alla individuazione e valutazione di scenari di sviluppo del settore elettrico e del sistema antropico italiano atti a migliorare la qualità dell’aria su scala nazionale, nel rispetto di vincoli legislativi, economici e tecnologici • una accurata valutazione delle esternalità dovute all’inquinamento atmosferico causato da differenti tipologie di emissioni Accanto al sistema modellistico, l’attività sin qui condotta ha permesso anche di produrre una robusta base dati che descrive in modo dettagliato le condizioni di inquinamento sul territorio italiano per l’anno meteorologico 2004, integrata dall’analisi del ruolo delle principali sorgenti emissive, ottenuto attraverso l’applicazione di tecniche innovative di source apportionment. I risultati ottenuti, anche da un punto di vista metodologico, rappresentano un eccellente punto di partenza per l’attività che verrà svolta nel terzo anno e che sarà finalizzata alla valutazione di un nuovo anno meteorologico, il 2005. Tale valutazione, naturalmente, fornirà anche l’opportunità di introdurre ulteriori aggiornamenti nel sistema modellistico. In particolare, con riferimento allo sviluppo di nuovi input emissivi può essere utile tenere in considerazione i seguenti aspetti: • sono disponibili nuove basi dati EMEP per gli anni 2004, 2005; • nel corso dei primi mesi del 2008 è prevista la realizzazione del nuovo inventario APAT su scala provinciale per l’anno 2005 con una maggiore definizione per le sorgenti puntuali.

Un secondo aspetto riguarda la definizione dell’input meteorologico che, come evidenziato dalle prove effettuate, influenza significativamente non solo i processi di dispersione, ma anche quelli legati alle trasformazioni chimiche ed alla rimozione dall’atmosfera. Per queste ragioni si è deciso in primo luogo di irrobustire la catena modellistica attualmente implementata attraverso l’introduzione di un nuovo processore delle emissioni e di un nuovo modello meteorologico, WRF. L’aggiornamento della catena modellistica è già stato avviato nel corso del secondo anno di attività, sempre all’interno del progetto, ma nell’ambito dello studio della penetrazione della generazione distribuita, che presenta notevoli affinità metodologiche con lo studio su scala nazionale, poiché entrambi sono basati sulla stessa catena modellistica. L’introduzione di un nuovo processore delle emissioni permetterà di valutare in modo più efficiente e robusto i diversi scenari emissivi che dovrebbero scaturire dall’aggiornamento della base dati. Diversamente il modello meteorologico WRF, oltre a rappresentare un valido termine di confronto per il modello RAMS, viene distribuito anche in versione integrata, come modello meteorologico e chimico (WRF-CHEM). Quest’ultima peculiarità presenta evidenti motivi d’interesse, perché permetterà in futuro di indagare in modo quantitativo le interazioni che si possono generare fra qualità dell’aria e forzanti climatiche, che costituisce una delle frontiere più importanti ed innovative dello studio dei fenomeni atmosferici.