POLLUTION MONITORING OF SHIP EMISSIONS:
AN INTEGRATED APPROACH FOR HARBOURS
OF THE ADRIATIC BASIN
(POSEIDON)
Implementazione: 01/06/2014 - 31/05/2015
http://www.medmaritimeprojects.eu/section/poseidon
INQUINANTI ATMOSFERICI DA NAVI
I principali inquinanti emessi sono
(Healy et al., Atmospheric
Environment 43, 2009, pp. 64086414):
Ossidi di azoto globalmente
circa 5-7 Tg/anno.
Ossidi di zolfo globalmente
circa 4.7-6.5 Tg/anno.
Particolato
atmosferico
globalmente
circa
1.2-1.6
Tg/anno.
E’ quindi possibile un effetto sia sulla salute sia sul clima considerando che molte
emissioni avvengono in prossimità delle aree costiere (entro circa 400 km) e
nelle aree portuali che sono spesso localizzate vicino ad aree industriali e centri
abitati.
Le emissioni di particolato da trasporto marittimo necessitano di attenzione specifica
perché è stato evidenziato che hanno importanti effetti sulla salute (Corbett et al.,
Environmental Science and Technology 41, 2007, pp. 8512-8518).
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
SIMULAZIONI DEL CONTRIBUTO DEL
TRAFFICO NAVALE INTERNAZIONALE AL PM10
Simulazioni
numeriche
tratte da “The impact of
international shipping on
European air quality and
climate
forcing”,
EEA
Technical report N. 4/2013.
Nel Mediterraneo sono
evidenti tre rotte principali:
 da Ovest ad Est;
 Lungo le coste di
Spagna, Francia e Italia
nord-occidentale;
 da
Nord-Ovest
a
Sud_Est lungo I mari
Adriatico e Ionio.
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CONTRIBUTI AL PARTICOLATO ATMOSFERICO
CONTESTO EUROPEO
La letteratura scientifica e la
recente review (Viana et al.,
Atmospheric Environment 90,
2014) mostrano:
 Impatto confrontabile con quello
del traffico veicolare (città medie
dimensioni).
 Mancanza
di
Adriatico/Ionica.
dati
nell’area
 E’ difficile confrontare risultati
ottenuti con approcci diversi.
 Il contributo è prevalentemente sulle
particelle di piccole dimensioni, ma
non sono ancora disponibili dati
sufficienti
per
caratterizzare
l’impatto sulla concentrazione di
particelle ultrafini/nanoparticelle.
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PARTNERSHIP DI POSEIDON
POSEIDON include un Advisory Committee a cui partecipano sei autorità
portuali/ambientali delle aree in studio che interagiranno con il Consorzio
durante l’implementazione del progetto.
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OBIETTIVI E METODOLOGIA
OBIETTIVI SPECIFICI DI POSEIDON
 Quantificare l’impatto del traffico navale e delle attività portuali all’inquinamento
atmosferico in quattro città portuali dell’area Adriatico/Ionica utilizzando
metodologie scientifiche omogenee e confrontabili allo stato dell’arte.
 Interconfrontare le diverse aree in studio, identificare eventuali gaps nella
legislazione e supportare le proposte di strategie comuni integrate e di future
azioni per la gestione ambientale dei porti e lo sviluppo sostenibile delle aree
costiere della zona Adriatico/Ionica.
METODOLOGIA UTILIZZATA
 Si utilizza una metodologia avanzata allo stato dell’arte che integra
informazioni provenienti dagli inventari delle emissioni, dalla modellistica
numerica a diverse scale e dai dati sperimentali per investigare l’impatto del
traffico navale e delle attività portuali all’inquinamento atmosferico.
 POSEIDON è stato sviluppato per la capitalizzazione e l’integrazione di
esperienze e risultati ottenuti in precedenti progetti (CESAPO-Interreg
Greece-Italy 2007-2013 e progetti locali a Venezia e Rijeka) con nuove analisi
ed approfondimenti.
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
ATTIVITA’ DI POSEIDON

Comprendere il livello dell’inquinamento atmosferico in quattro
importanti città portuali dell’area Adriatico/Ionica dando maggiore enfasi
all’inquinamento da particolato.

Individuare il contributo relativo delle diverse sorgenti all’inquinamento
atmosferico nelle aree studiate evidenziando il ruolo del trasporto
marittimo e delle attività portuali per comprendere similitudini e differenze
nelle quattro aree in studio.

Condividere competenze, esperienze e metodologie tra i partners del
progetto ed i membri dell’Advisory Committee per identificare eventuali gaps
nelle normative e per supportare proposte di strategie comuni ed azioni
future in progetti transnazionali volti allo sviluppo sostenibile ed alla gestione
ambientale delle aree costiere del Mediterraneo.

Consolidare una rete di comunicazione tra le autorità locali e ambientali,
gli istituti di ricerca ed il pubblico promuovendo eventuali collegamenti con
altri progetti/azioni simili svolti in diverse aree del Mediterraneo.
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EMISSIONI NAVALI
Fonti
Università di Patrasso (Patras)
ARPA Puglia e ISAC-CNR (Brindisi)
ARPA Veneto (APICE per Venezia)
School of Medicine di Rijeka (Rijeka)
35
Veicoli
20
Vaporetti
25
Passeggeri
30
Commerciale
Confronto del peso relativo del
traffico marittimo (azzurro)
rispetto al traffico veicolare
(rosso) nelle quattro aree in
studio a livello comunale.
Relative emissions (%)
Municipality level - PM2.5
15
10
5
0
Patras
Brindisi
Ships
Rijeka
Venice
Road traffic
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EMISSIONI A LARGA SCALA
L’Università di Patrasso sta analizzando le emissioni a larga scala nella zona sudorientale del Mediterraneo da utilizzarsi come input per I modelli numerici a
dispersione.
PM2.5 - January 2009 emissions
PM2.5 – July 2009 emissions
 TNO emissioni (1/8o x 1/16o) (anno 2009) (EU FP7 progetto MACC).
 Allocazione spaziale, analisi temporale e speciazione chimica utilizzando il
modello MOSESS per le emissioni antropiche (Markakis et al. 2013, Environ.
Model. Assess.).
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SIMULAZIONI NUMERICHE
Verrà utilizzato il metodo zero-out per determinare il contributo del trasporto
marittimo sulle concentrazioni di inquinanti atmosferici nell’estate e nell’inverno del
2012 con il modello CAMx su tutta l’area Adriatico/Ionica (le simulazioni sono in
corso).
Adriatic
Sea
Ionian
Sea
Simulazioni modellistiche a scala locale sono in corso nell’area di Rijeka
(modello ISC3) e nell’area di Brindisi (modello BOLCHEM).
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SOURCE APPORTIONMENT
E’ stato utilizzato il modello a recettore Positive Matrix Factorization (EPA,
PMF 3.0) che permette di caratterizzare le principali sorgenti di particolato in
un sito di misura a partire dalla composizione chimica evidenziando i
“traccianti” di specifiche sorgenti.
L’analisi è stata svolta a Brindisi, Venezia e Rijeka ed in tutte e tre le aree è
stata trovata una sorgente caratterizzata da V e Ni tipicamente associabile
al contributo di combustione di oli pesanti “Oil Combustion” inclusi quelli
utilizzati in ambito marittimo.
In tutte e tre le aree di studio questa sorgente non è associabile al solo
traffico marittimo ma include contributi industriali.
La stima del contributo primario delle emissioni navali è stata fatta a
partire dalle concentrazioni di V secondo la metodologia descritta in
Agrawal (2009, Environmental Science & Technology 43) considerando un
valore tipico del contenuto di V nel carburante pari a 65 ± 25 ppm.
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CONTRIBUTO DEL TRAFFICO NAVALE
CONTRIBUTO
Sito di misura
PM10
PM2.5
Brindisi
ASI – urbano
2.1% (± 0.8%)
2.8% (± 1.1%)
Punta Sabbioni
1.8% (± 0.7%)
2.4% (± 0.9%)
Malamocco
2.3% (± 0.9%)
3.1% (±1.2%)
Urbano
0.9% (±0.3%)
1.2% (± 0.4%)
Venezia
Rijeka
In nero i risultati sperimentali ed in blu le stime ottenute considerando che
il contributo assoluto delle emissioni navali al PM2.5 ed al PM10 è analogo
ed un rapporto tipico PM2.5/PM10=0.75.
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
SOURCE APPORTIONMENT - BRINDISI
A Brindisi la disponibilità di specie chimiche analizzate ha permesso di identificare 9
diverse sorgenti che spiegano il 97.8% del PM2.5 e di valutare il contributo della
combustione di oli pesanti al solfato di origine secondaria.
Contributo primario delle emissioni navali 2.8 % ± 1.1% del PM2.5.
Contributo combustione oli pesanti al solfato secondario circa 11% del PM2.5.
25
20
15
10
5
sp
ie
ga
to
N
on
So
l fa
to
av
i
N
ffi
co
Tr
a
il
co
m
b.
In
du
st
ria
le
Bi
om
as
se
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st
al
e
C
In
d.
-O
ro
st
al
e
-c
M
ar
in
o
ar
bo
na
to
0
C
Contributo al PM2.5 (%)
30
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
ALTA RISOLUZIONE TEMPORALE
27/06/2014
Departure
240
Arrival
O3 (mg / m3)
100
200
80
160
Hotelling
60
120
Departure
40
20
0
16:00
40
17:00
18:00
19:00
20:00
O3
NOx, NO, NO2 (mg/m3)
21:00
22:00
23:00
0
00:00
SO2
27/06/2014
450
Arrival
400
350
80
SO2 (mg / m3)
120
Hotelling
Departure
Il contributo del traffico navale è composto
da brevi picchi di concentrazione
all’arrivo ed alla partenza delle navi molto
definiti su SO2.
I picchi sono chiaramente visibili anche
sugli ossidi di azoto e sulle concentrazioni
di particelle sia in numero sia in massa.
Departure
300
250
200
150
100
50
17:00
18:00
19:00
NOx
240000
20:00
21:00
NO
NO2
22:00
23:00
27/06/2014
120
Departure
Arrival
200000
100
Hotelling
160000
80
Departure
120000
60
80000
40
40000
20
0
16:00
17:00
18:00
In alcuni periodi si osserva un
contributo dello stazionamento che
risulta minimo su SO2.
00:00
19:00
PNC
20:00
21:00
22:00
23:00
0
00:00
PM2.5 (mg / m3)
0
16:00
PNC (# / cm3)
PM2.5 e concentrazione numerica di
particelle (PNC) risoluzione 1 minuto, gas
risoluzione 5 minuti.
Il traffico navale causa una diminuzione
dell’ozono.
Un comportamento analogo è stato
osservato a Brindisi, Venezia e Patrasso.
PM2.5
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
VALUTAZIONE DEL CONTRIBUTO DEL
TRAFFICO NAVALE
Le misure ad alta risoluzione temporale hanno permesso di evidenziare i picchi
nelle concentrazioni di inquinanti atmosferici. E’ stata sviluppata una
metodologia per analizzare tali dati e valutare statisticamente il contributo
primario del traffico navale tenendo conto sia della direzione del vento sia
dell’effettivo passaggio di navi (Contini et al. 2011, J. Environmental Management,
92, 2119-2129).
CONTRIBUTO
PM10
PM2.5
Numero di
particelle
Brindisi
5.5%
(± 0.4%)
7.4%
(± 0.5%)
26%
(± 1%)
Venezia
2.6%
(± 0.8%)
3.5%
(± 1%)
6%
(± 1%)
Patrasso
3.3%
(±1.3%)
3.8%
(± 1.4%)
11.2%
(± 3.8%)
In nero i risultati sperimentali ed in blu le stime ottenute considerando che il
contributo assoluto delle emissioni navali al PM2.5 ed al PM10 è analogo ed un
rapporto tipico PM2.5/PM10=0.75.
I risultati a Patrasso sono riferiti ad un periodo limitato e saranno estesi nel corso
del progetto previa disponibilità dei dati di traffico navale.
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TREND A VENEZIA
La disponibilità di dati ad alta risoluzione temporale a Venezia nelle estati 2007, 2009
e 2012 ha permesso di analizzare il trend dell’impatto primario alle concentrazioni di
PM2.5 (Contini et al., 2015, Atmospheric Environment 102).
450
PM2.5
PNC
ship traffic
8
7
400
350
6
300
5
250
4
200
3
150
2
100
1
50
0
0
2007
2009
Average ship traffic (ktons/day)
Ship primary contribution (%)
9
Riduzione del
contributo al PM2.5
Incremento del
traffico navale
passeggeri (in
tonnellaggio).
2012
Secondo lo studio, l’effetto positivo è associabile all’utilizzo di combustibile a
basso tenore di zolfo (normative Europee ed accordi volontari Venice-Blue-Flag)
che risulta quindi avere un effetto di riduzione anche sulle emissioni primarie.
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CONCENTRAZIONI DI IPA
PAHs summer 2012
Misure IPA disponibili a Venezia,
Brindisi e Rijeka (quest’ultima solo
aerosol). Concentrazioni maggiori
nella fase gas.
3,5
3
ng/m3
2,5
2
In tutte e tre le aree i rapporti
diagnostici ed i profili dei
congeneri mostrano una influenza
di sorgenti di combustione di
prodotti petroliferi compatibili con
emissioni navali.
1,5
1
0,5
0
Brindisi
Venice
Gas
Rijeka
Aerosol
Il confronto estate 2009 ed
estate
2012
mostra
una
riduzione delle concentrazioni
sia a Venezia sia a Rijeka.
ng/m3
1,5
PAHs aerosol - trends
1
0,5
0
Venice
2009
2012
Rijeka
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IPA - CAMPIONAMENTO WIND-SELECT
ΣPAHs dal campionamento 360°
(Q360 per h360 ore)
Valutazione dell’effetto
complessivo dell’area portuale
sulle concentrazioni di IPA.
QP
hP
 (%) 
 100
QP Q360  QP

hP
h360  hP
ΣPAHs dal campionamento
direzione porto/industriale
(QP per hp ore)
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EFFETTO DEL PORTO SUGLI IPA
Summer 2012 - harbour effect on PAHs
100
80
Brindisi e Venezia effetto del
porto
confrontabile su IPA
aerosol e maggiore su IPA gas
a Venezia.
%
60
40
20
0
Gas
Aerosol
Brindisi
Venice
Harbour effect on PHAs
Venice
Il confronto del contributo del
porto a Venezia tra l’estate 2009
e l’estate 2012 non mostra
significative variazioni anche in
corrispondenza dell’aumento del
traffico navale passeggeri in
tonnellaggio.
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
CONCLUSIONI
 Il contributo primario del traffico navale alle concentrazioni di particolato
atmosferico è di alcuni punti percentuali (tra 0.9% e 7.4%) in tutte e quattro le
città portuali investigate con una buona confrontabilità dei diversi metodi di
calcolo utilizzati.
 Il contributo è maggiore (in termini relativi) per le particelle di piccole dimensioni.
Il contributo associato alle concentrazioni numeriche di particelle (ultrafini e
nanoparticelle) è 2-3 volte maggiore rispetto a quello sulle concentrazioni in
massa (PM1, PM2.5 e PM10). Le concentrazioni di particelle ultrafini
potrebbero essere un parametro migliore per analizzare questa sorgente
rispetto, ad esempio, al PM10.
 E’ stata osservata una riduzione del contributo primario al PM2.5 del traffico
navale passeggeri a Venezia dal 2007 al 2012 e, nello stesso periodo, il traffico
navale è aumentato (come tonnellaggio). Questo effetto è risultato associabile
all’utilizzo di combustibile a basso tenore di zolfo introdotto sia dalla
normativa Europea sia dagli accordi locali a Venezia (Venice Blue Flag).
 L’effetto delle emissioni portuali alle concentrazioni di IPA totali
(gas+aerosol) variano dal 56% al 82%. Non sono stati osservati trend relativi
all’influenza delle emissioni portuali di Venezia sugli IPA tra il 2009 ed il 2012.
Mediterraneo: navi, porti e città – Genova 10 Febbraio 2015
GRAZIE DELL’ATTENZIONE !!!
Institute of Atmospheric Sciences and Climate, ISAC-CNR (Lead partner)
Daniele Contini – [email protected]
University Ca’ Foscari, Department of Environmental Sciences, Informatics and
Statistics (Partner 2). Andrea Gambaro – [email protected]
University of Patras, Department of Physics (Partner 3)
Athanassios Argiriou - [email protected]
University of Rijeka, School of Medicine, Environmental Health Department
(Partner 4). Ana Alebić-Juretić - [email protected]