Analisi di sensitività di MINNI agli
input emissivi 2005: risultati
preliminari
L.Ciancarella, I.D’Elia, S.Racalbuto, G.Vialetto
Plenaria del Progetto MINNI, 24 marzo 2011
GAINS - ATTIVITA’ 2010-2011. GLI AUTORI
Modellistica energetica
Mario Contaldi
Modellistica Integrata
Luisella Ciancarella, Ilaria D’Elia, Stefania Racalbuto, Giovanni Vialetto
Da GAINS a EMMA via RAIL
Giuseppe Calori, Luisella Ciancarella, Matteo Costa, Giuseppe Cremona,
Antonio Piersanti, Paola Radice
Modellistica di Qualità dell’Aria
Gino Briganti, Giuseppe Calori, Andrea Cappelletti
Analisi dati e validazione
Gino Briganti, Giuseppe Calori, Andrea Cappelletti, Irene Cionni,
Giuseppe Cremona, Massimo D’Isidoro, Antonio Piersanti, Gaia Righini
GAINS: ATTIVITA’ 2010-2011
tempo
 Supporto al Ministero dell’Ambiente e alle Regioni per la
predisposizione della richiesta di proroga all'entrata in
vigore dei valori limite del biossido di azoto
(Direttiva 2008/50/EC)
 Elaborazione dei run di scenario 2010-2015-2020 20x20 km
con input emissivo GAINS per la Convenzione con il MATTM
 Predisposizione di tutti gli input a RAIL-EMMA necessari ai
passaggi precedenti
 Sviluppo di tutti (o quasi) i passaggi necessari per produrre
gli output di scenario da GAINS
MINNI SUPPORT TO NO2 TIME EXTENSION
NOTIFICATIONS
Form 2: Description of the
exceedance of the limit value
Form 3A: Quantitative source
apportionment
Form 3B: Reflection on the failure
to deliver compliance by the
original deadline
Form 4A: Baseline level for
original deadline for compliance
Form 4B: Baseline level for
extended deadline for compliance
Where are the hotspots?
Which concentration levels?
Which specific sources
contribute on the regional,
urban and local level?
Which concentrations are
projected on the regional,
urban and local level?
Form 5A: Details of measures implemented
before the original date of compliance
Which measures
are planned?
Form 5B: Details of measures implemented
before the extended date of compliance
What is their
effect?
MINNI SUPPORT TO NO2 TIME EXTENSION
NOTIFICATIONS
Form 2: Description of the
exceedance of the limit value
Form 3B: Reflection on the failure
to deliver compliance by the
original deadline
Form 4A: Baseline level for
original deadline for compliance
REGIONI
Form 3A:
Quantitative
source
apportionment
Form 4B: Baseline level for
extended deadline for compliance
Form 5A: Details of measures implemented
before the original date of compliance
MINNI
I NUOVI SCENARI ENERGETICI

Alla fine del 2008 veniva approvato dai Ministeri
dell’Ambiente e dello Sviluppo Economico, e inviato alla
UE, un nuovo scenario energetico nazionale comprensivo
delle misure connesse agli obiettivi del “Climate Package”
e delle misure già implementate a scala
nazionale/regionale con la precedente esperienza di
RAINS (scenario CP)

Prima revisione ufficiale a maggio 2009 con invio
all’UNECE (sempre scenario CP)
I NUOVI SCENARI ENERGETICI

Seconda revisione all’inizio del 2010 resa obbligatoria
dall’impatto della crisi economica mondiale visibile nei
dati di consuntivo del 2009 e in quelli del primo semestre
2010 (sempre scenario CP)

Il tavolo tecnico delle Regioni, con l’accordo del MATTM,
chiede che venga sviluppato uno scenario energetico
privo delle misure connesse agli obiettivi “climate
package” in attesa di una definizione condivisa statoregioni del “burden sharing” (siamo arrivati allo scenario
NO_CP!!!)

Mario Contaldi coglie quest’occasione per fare anche
qualche revisione del 2005 …….
Total Primary Energy Supply (TPES)
NEL FRATTEMPO ……….

Viene aggiornato lo scenario delle attività produttive che
emettono inquinanti da processi non energetici
(agricoltura, allevamenti, uso solventi ecc.)

Viene aggiornata la Strategia di Controllo (SC) a partire da
quella RAINS 2005 con misure di Piano già valutate e con
implementazione delle parti nuove in GAINS (SC di
dettaglio sui trasporti su strada e fuori strada, sulla
combustione della biomassa nel civile ecc.)

Tutti i dati (energetici, produttivi e la strategia di
controllo) vengono regionalizzati con molteplici step di
controllo
NEL FRATTEMPO ……….

VIENE COMPLETATA L’ARMONIZZAZIONE CON
L’INVENTARIO NAZIONALE 2005 (vers. Gennaio 2010)
cioè GAINS ne riproduce le emissioni a questa scala

VIENE AVVIATA L’ARMONIZZAZIONE CON GLI INVENTARI
REGIONALI BOTTOM-UP
cioè GAINS avvicina le stime emissive a quelle degli
inventari regionali mantenendo più possibile costante il
dato di attività regionale top-down (conservazione dei
consumi/attività totali e non delle emissioni totali)
Scenario Emissivo NOX - ITALIA
NOx Emissions - updated 2009 scenario with measure - ITALY
NOx Emissions (kt)
1500
1200
Waste
Sea transport
Off-road transport
900
Road Transport
Domestic
600
Industry
Refineries and fuel
transformation plants
Power plants
300
Nec target 2010
0
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
Scenario Emissioni NOX - ITALIA
Emissioni NOx per settori - 2005 - ITALIA
Off-road
transport
11%
Sea transport
8%
Power plants
9%
Refineries and
fuel
transformation
plants
3%
Industry
12%
Emissioni NOx per settori - 2015 - ITALIA
Road Transport
49%
Domestic
8%
Off-road
transport
12%
Sea transport
10%
Road Transport
41%
Power plants
9%
Refineries and
fuel
transformation
plants
Industry
5%
13%
Domestic
10%
Sapendo che ….
NO2 Workshop, Aprile 2010 Bruxelles
Sapendo che ….
NO2 Workshop, Aprile 2010 Bruxelles
Sapendo che ….
NO2 Workshop, Aprile 2010 Bruxelles
DA GAINS AD AMS
RAIL
AMS
GAINS-Italia
Per la prima volta il software RAIL
è stato usato in modalità GAINS
Matrici di Trasferimento Atmosferiche
PREGI….
 Salvaguardata la stima emissiva GAINS 2005 armonizzata con i regionali top-down
 Salvaguardato il trend emissivo in valore assoluto e non solo come delta
E DIFETTI…
 Riprodurre sui dati GAINS la separazione delle emissioni puntuali del 2005 ISPRA
(Paola Radice in quei giorni
)
 Fare leggere ad EMMA classificazione GAINS
Quali concentrazioni medie annuali di NO2
sono previste al 2010? E al 2015?
Form 4A: Baseline level for
original deadline for compliance
Risoluzione 20x20 km2
2005
2010
52
48
44
40
36
32
28
24
20
16
2015
12
8
Form 4B:
Baseline
level for
extended
deadline for
compliance
4
0
[ug/m3]
2020
2010: quanto cambiano le concentrazioni medie annuali
rispetto al 2005 ?
Variazione relativa
Variazione assoluta
40
30
20
10
5
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-60
[%]
Risoluzione 20x20 km2
4
2
1
-1
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
[ug/m3]
2015: quanto cambiano le concentrazioni medie annuali
rispetto al 2005 ?
Variazione relativa
Variazione assoluta
40
30
20
10
5
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-60
[%]
Risoluzione 20x20 km2
4
2
1
-1
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
[ug/m3]
Compliance non raggiunta al 2010 … Perché? Al 2015 ?

Riposizionamento delle misure dei Piani Regionali di
Qualità dell’Aria sui nuovi valori emissivi 2010

I perché sono a cura delle Regioni (ma è noto il problema
dei FE delle auto diesel, le misure sul traffico restano
“timide” rispetto al problema ecc.)

La necessità di un’analisi più accurata possibile al 2015
per decidere se e dove proporre nuove misure ci ha
convinti dell’opportunità di scendere alla scala 4x4 sia per
l’anno 2005 che 2015 con 2 nuovi run nazionali annuali

Si apre una breve ma intensa fase di valutazione di nuove
misure regionali con GAINS

………………………………….. (vedi anche presentazione Calori)
Analisi di sensitività di MINNI agli input emissivi 2005

Abbiamo un anno di simulazione 2005 “super completo”:
risoluzioni diverse, input emissivi diversi ecc.

Cominciamo ad avere strumenti di esplorazione dei dati e
di validazione con dati osservati che prima non avevamo

Molte sono le validazioni in corso: meteo vs qualità
dell’aria, regionali vs nazionali, orarie vs stagionali vs
annuali

Per la prima volta è possibile documentare la risposta di
MINNI al variare delle emissioni (a parità di meteo)(*)

Per la prima volta si può ragionare della bontà di diversi
input emissivi
(*)
abstract HARMO 2011 => 20 autori => extended abstract 31 agosto => TUTTI AL LAVORO !!
Concentrazioni NO2 : REF vs GAINSnoCP
Delta assoluti e relativi concentrazioni NO2 :
REF vs GAINSnoCP
%
Concentrazioni NO2 GAINSnoCP: 20x20 vs 4x4
Concentrazioni NO2 4x4: REF vs GAINSnoCP
Delta assoluti e relativi concentrazioni NO2 4x4:
REF vs GAINSnoCP
Simulazioni e osservazioni NO2 : REF vs GAINSnoCP
Simulazioni e osservazioni NO2 : REF vs GAINSnoCP
Approfondire e comprendere differenze puntuali ..
I DUE INPUT EMISSIVI
Calcolo delle emissioni in GAINS-Italia
E = Σj Σk Actj * Efj * (1 – ŋjk) * Afjk
Actj = Livello di Attività settore J
Efj = Fattore di Emissione NON abbattuto nel settore J
(1 – ŋjk) * Afjk = Abbattimento per effetto della tecnologia K nel settore J
Calcolo delle emissioni nell’Inventario
Ej = Actj * EFj
EFj = Fattore di Emissione Totale (incluso abbattimento) nel settore J
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
CONFRONTO EMISSIONI NOx GAINS 2005/ISPRA 2005 (inv del gen2010)
Settore
GAINS 2005
0101+0102
010406 (gas derivati)
PP_EX + PP_NEW (- emissioni di
0201 (legna-biogas)
olio e gas dalla cogenerazione)
0201 (rifiuti)
TOTALE
107,36
0103
CON_COMB+ PR_REF + WASTE_FLR 0104 (- emi gas derivati)
+ emissioni da PP_NEW della
0401
cogenerazione
090203
TOTALE
40,37
02 (- emi teleriscaldamento legna + rifiuti)
DOM
0907 (83% emi)
TOTALE
89,45
03
IN_BO + IN_OC + PR + emissioni 04 (- emi 0401)
PP_NEW dalla cogenerazione
06
TOTALE
151,06
TRA_RD
07
599,60
TRA_OT (tranne TRA_OT_INW)
08 (tranne 0803 e 0804) + 0105
125,24
TRA_OTS, TRA_OT_INW
0803 + 0804
111,53
WASTE
09 (- 090203)
2,38
TOTALE
1226,99
ISPRA 2005
(gen'10)
83,72
4,72
12,67
6,60
107,70
21,30
5,06
9,49
0,30
36,14
75,76
11,68
87,44
144,46
6,44
0,00
150,90
604,27
134,82
104,45
2,83
1228,55
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
Confronto emissioni NOx GAINS vs ISPRA 2005 - con_comb
Confronto emissioni NO x GAINS vs ISPRA 2005 - power plant
45
120
40
100
35
30
NOx (kt)
NOx (kt)
80
60
40
25
20
15
10
20
5
0
0
GAINS 2005
0101+0102
010406 (gas derivati)
ISPRA 2005 (gen'10)
0201 (legna-biogas)
GAINS 2005
0201 (rifiuti)
0103
ISPRA 2005 (gen'10)
0104 (- emi gas derivati)
0401
090203
Confronto emissioni NO x GAINS vs ISPRA 2005
Confronto emissioni NOx GAINS vs ISPRA 2005 - dom
1400
100
90
1200
80
1000
60
NOx (kt)
NOx (kt)
70
50
40
30
800
600
400
20
200
10
0
0
GAINS 2005
02 (- emi teleriscaldamento legna + rifiuti)
ISPRA 2005 (gen'10)
0907 (83% emi)
GAINS 2005
01+02+03+04+06+83% 0907
ISPRA 2005 (gen'10)
07
08
09
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
CONFRONTO EMISSIONI PM10 GAINS 2005/ISPRA 2005 (inv del gen2010)
Settore
GAINS 2005
ISPRA 2005 (gen'10)
0101+0102
010301 (gas raffinerie + distillati leggeri)
3,51
0,09
PP_EX + PP_NEW (- emissioni di olio e gas
010406 (gas derivati)
dalla cogenerazione)
0201 (legna-biogas)
0201 (rifiuti)
TOTALE
0,69
0,19
0,50
4,97
4,43
0103 (-gas raff+dist legg)
CON_COMB+ PR_REF + WASTE_FLR +
0104 (- emi gas derivati)
emissioni da PP_NEW della cogenerazione
0401
090203
TOTALE
02 (- emi teleriscaldamento legna + rifiuti)
DOM
0907 (83% emi)
TOTALE
03
IN_BO + IN_OC + PR + emissioni PP_NEW 04 (- emi 0401)
dalla cogenerazione
06
TOTALE
MINE, TRANS, PROD, EXD, STH_COAL
05
TRA_RD
07
TRA_OT (tranne TRA_OT_INW)
08 (tranne 0803 e 0804) + 0105
TRA_OTS, TRA_OT_INW
0803 + 0804
WASTE
09 (- 090203)
AGR
10
TOTALE 1
Altro
TOTALE 2
(*) Settori non stimati nell'inventario nazionale
1,37
42,92
0,77
47,17
14,40
5,67
8,48
15,59
0,20
0,63
0,00
2,20
19,80
10,79
30,60
21,86
19,29
0,00
41,15
0,76
41,75
15,74
8,23
2,25
15,37
177,26
163,04
3,17
34,68
29,22
206,49
(*)
163,04
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005 - power plant
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005 - con_comb
3,5
5,0
3
4,0
PM10 (kt)
PM10 (kt)
2,5
3,0
2,0
2
1,5
1
1,0
0,5
0
0,0
GAINS 2005
0101+0102
010301 (gas raffinerie + distillati leggeri)
GAINS 2005
ISPRA 2005 (gen'10)
010406 (gas derivati)
0201 (legna-biogas)
0103 (-gas raff+dist legg)
0201 (rifiuti)
ISPRA 2005 (gen'10)
0104 (- emi gas derivati)
0401
090203
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005 - in
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005 - dom
45
35
40
30
35
30
PM10 (kt)
PM10 (kt)
25
20
15
25
20
15
10
10
5
5
0
0
GAINS 2005
02 (- emi teleriscaldamento legna + rifiuti)
ISPRA 2005 (gen'10)
0907 (83% emi)
GAINS 2005
03
ISPRA 2005 (gen'10)
04 (- emi 0401)
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005
250
PM10 (kt)
200
150
100
50
0
GAINS 2005
01+02+03+04+06+83% 0907
ISPRA 2005 (gen'10)
05
07
08
09
10
Altro
ARMONIZZAZIONE EMISSIONI NAZIONALI
Confronto emissioni PM10 GAINS vs ISPRA 2005
250
PM10 (kt)
200
150
100
50
0
GAINS 2005
01+02+03+04+06+83% 0907
ISPRA 2005 (gen'10)
05
07
08
09
10
Altro
Il top down dell’inventario nazionale di emissioni
DAI DATI DI EMISSIONE
Ek,j
Sk,i,j
Sk,j
emissione nazionale attività k nell’anno j,
valore della variabile surrogato (proxy) associata all’attività k per
l’anno j e per la regione i
il valore assunto su scala nazionale per lo stesso anno,
la stima dell’emissione regionale Ek,i,j è:
Ek,i,j = Ek,j . Sk,i,j /Sk,j
con
Sk,j = Σi Sk,i,j, con i da 1 a N (N = n° Regioni)
Il controllo è sulla conservazione dei totali emissivi di settore
Il top down delle emissioni nazionali dentro GAINS
DAI DATI DI ATTIVITA’
Ak,j
Sk,i,j
Sk,j
livello di attività nazionale settore k nell’anno j,
valore della variabile surrogato (proxy) associata all’attività k per
l’anno j e per la regione i
il valore assunto su scala nazionale per lo stesso anno,
la stima del livello di attività regionale Ak,i,j è:
Ak,i,j = Ak,j . Sk,i,j /Sk,j
con
Sk,j = Σi Sk,i,j, con i da 1 a N (N = n° Regioni)
Il controllo è sulla conservazione del livello di attività nazionale che gode, tuttavia,
di molteplici controlli settoriali (statistiche ufficiali energetiche, statistiche
della produzione, dell’agricoltura ecc., )
CAMBIANO LE EMISSIONI … CAMBIANO GLI SCENARI….
CONFRONTO EMISSIONI NOx - ANNO 2005
Cod_SNAP
01
02
03+04+06
05
07
08
09
10
TOT/2
ISPRA NOx
3feb11 (kt)
ISPRA NOx
13gen10 (kt)
GAINS
IT_NOCP (kt)
GAINS REG_NOCP
(kt)
117,16
87,71
164,15
0,00
616,68
231,43
3,13
0,47
610,37
117,16
106,70
160,39
0,00
604,27
236,90
3,13
0,47
614,51
154,06
102,00
137,17
0,00
623,61
239,52
0,63
1,68
629,34
147,83
95,31
194,84
0,00
608,58
206,28
0,70
1,53
627,53
GAINS
GAINS REG_CP (kt)
IT_CP (kt)
154,45
102,37
144,34
0,00
599,61
236,77
0,63
1,68
619,93
147,38
95,99
194,84
0,00
608,39
206,28
0,70
1,49
627,53
700
600
NOx (kt)
500
400
300
200
100
0
01
02
03+04+06
ISPRA NOx 3feb11 (kt)
GAINS REG_NOCP (kt)
05
07
08
ISPRA NOx 13gen10 (kt)
GAINS IT_CP (kt)
09
10
GAINS IT_NOCP (kt)
GAINS REG_CP (kt)
TOT/2
STIME REGIONALI GAINS
TOP-DOWN REGIONALE ISPRA
Emissioni NOx (kt) REGIONE PIEMONTE
GAINS-Italia top-down
GAINS-Italia
bottom-up
Inventario
Regionale
bottom-up
Inventario
top-down
ISPRA
Produzione energia
6,58
6,00
5,93
1,64
Civile
8,84
Industria
14,93
8,89
13,82
8,86
15,00
7,62
11,59
Trasporti su strada
45,16
Trasporti fuori strada
Trattamento rifiuti
7,48
0,17
39,88
8,48
0,26
40,84
10,12
2,20
69,31
13,08
0,70
Agricoltura
0,00
0,00
0,40
0,11
Totale
83,16
77,33
83,36
104,05
MACRO SETTORI
Confronto emissioni NOx per macrosettori - Piemonte
110
kt
100
Produzione energia
Trasporti su strada
Agricoltura
Civile
Trasporti fuori strada
Industria
Trattamento rifiuti
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
GAINS-Italia top-down
GAINS-Italia bottom-up
Inventario Regionale bottom-up
Inventario top-down ISPRA
STIME REGIONALI GAINS
TOP-DOWN REGIONALE ISPRA
Emissioni NOx (kt) Regione Friuli Venezia Giulia
GAINS-Italia
top-down
GAINS-Italia
bottom-up
Inventario
Regionale
Inventario
ISPRA
Produzione energia
4,12
5,01
4,99
5,26
Civile
2,83
Industria
6,37
3,16
8,80
2,61
13,55
2,52
7,73
Trasporti su strada
34,83
Trasporti fuori strada
Trattamento rifiuti
5,67
0,05
27,91
5,67
0,01
13,60
2,79
0,11
15,86
4,74
0,06
Agricoltura
0,00
0,00
0,25
0,00
Totale
53,86
50,55
37,90
36,18
MACRO SETTORI
Confronto emissioni NOx per macrosettori - Friuli Venezia Giulia
60
kt
Produzione energia
Industria
Trasporti fuori strada
Agricoltura
50
Civile
Trasporti su strada
Trattamento rifiuti
40
30
20
10
0
GAINS-Italia top-down
GAINS-Italia bottom-up
Inventario Regionale
Inventario ISPRA
STIME REGIONALI GAINS
TOP-DOWN REGIONALE ISPRA
Emissioni NOx (kt) Regione Lazio
MACRO SETTORI
GAINS-Italia top-down
GAINS-Italia
bottom-up
Inventario
Regionale
Inventario
ISPRA
Produzione energia
7,02
12,42
7,03
Civile
6,86
Industria
8,70
7,39
13,33
6,16
7,17
Trasporti su strada
67,14
Trasporti fuori strada
Trattamento rifiuti
14,27
0,22
42,63
13,96
0,48
45,97
15,53
0,61
Agricoltura
0,00
0,00
0,01
104,20
90,20
82,49
Totale
sicuramente andrà
ridimensionato ma
l’inventario ESA 2005
riportava 52,78 kt !!
Confronto emissioni NOx per macrosettori - Lazio
120
kt
Produzione energia
Trasporti su strada
Agricoltura
100
Civile
Trasporti fuori strada
Industria
Trattamento rifiuti
80
60
40
20
0
GAINS-Italia top-down
GAINS-Italia bottom-up
Inventario Regionale
Inventario ISPRA