ORSA, il nuovo algoritmo ENEA per identificare l’origine dell’inquinamento atmosferico

Nonostante la diminuzione degli inquinanti atmosferici nelle principali città metropolitane d’Italia, il loro impatto sulla salute dei cittadini resta elevato, come ha messo in luce il rapporto MobilitAria 2024 di Kyoto Club e CNR-IIA. A livello europeo, non a caso, sono state approvate nuove misure volte a stabilire limiti più rigorosi per le sostanze più pericolose, come il particolato (PM_2,5, PM₁₀), il biossido di azoto (NO₂) e l’anidride solforosa (SO₂).

Riuscire a individuare l’origine dell’inquinamento atmosferico, localizzandolo a livello geografico e identificandone le cause, diventa sempre più cruciale per attuare politiche capaci di ridurre l’incidenza delle patologie che ne derivano. È in quest’ottica che nasce l’algoritmo ORSA, elaborato da un gruppo di ricercatori dell’ENEA, insieme a esperti di ARIANET e CINECA.

Un metodo innovativo

“Premetto che alla domanda ‘Chi inquina in atmosfera e quanto?’ non esiste risposta univoca. L’argomento è tuttora oggetto di dibattito nell’ambito FAIRMODE (Forum for Air quality Modeling), a cui partecipa anche l’ENEA. Il motivo è legato alla complessità del sistema atmosfera, che non risponde linearmente alle alterazioni delle emissioni dei vari settori di attività”, spiega a Canale Energia Gino Briganti, primo autore dello studio, realizzato insieme ai colleghi Antonio Piersanti, Mihaela Mircea e Ilaria D’Elia. I risultati delle loro analisi sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Atmosphere.

“Quello che abbiamo sviluppato è uno dei possibili algoritmi per l’approccio al problema del ‘source apportionment’: la quantificazione dei contributi viene eseguita tracciando letteralmente ciascuna specie inquinante emessa, che viene seguita nelle sue eventuali trasformazioni chimiche a valle di trasporto e diffusione. L’aspetto innovativo di ORSA è che tale algoritmo è attivabile in maniera ‘on-line’ e ciò significa che, mentre si fa girare il modello di calcolo, vengono direttamente valutati gli apporti dei vari settori di attività (o aree geografiche), senza necessità di eseguire run aggiuntivi del modello, consentendo un notevole risparmio in termini di tempo di calcolo”, prosegue Gino Briganti.

Il sistema modellistico MINNI

E difatti i cosiddetti “inventari” delle emissioni, che vengono compilati per legge dalle agenzie ambientali con l’obiettivo di catalogare le quantità di sostanze inquinanti emesse dalle varie sorgenti, sono influenzati dai processi fisici e chimici che avvengono nell’atmosfera e dagli spostamenti delle masse d’aria. ORSA invece rileva la composizione “attuale” e non “potenziale” dell’atmosfera mettendo in luce le principali sorgenti sulle quali agire. Non a caso è stato “integrato nel codice meteo-diffusivo FARM, cuore del sistema modellistico nazionale MINNI per la valutazione della qualità dell’aria e delle politiche sull’inquinamento atmosferico. MINNI fa ufficialmente parte del consorzio UE Copernicus dal 2022, insieme ad altri gruppi di ricerca europei leader nello sviluppo di modelli numerici per la qualità dell’aria”.

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“È fondamentale sottolineare che FARM è già largamente utilizzato dalle agenzie regionali per la protezione dell’ambiente, che adesso avranno così a disposizione uno strumento ulteriore di pianificazione delle politiche a livello locale. L’auspicio è proprio quello di una sempre maggiore diffusione dello strumento di calcolo presso le amministrazioni regionali, tramite le ARPA”, rimarca Briganti. “I campi di applicazione sono tutti quei casi in cui si abbia necessità di identificare la provenienza per settore e area geografica delle emissioni inquinanti”.

ORSA può quindi essere usato:

• come supporto per l’elaborazione di piani di qualità dell’aria, tramite l’identificazione delle sorgenti emissive con maggiore impatto potenziale;
• per la valutazione dell’impatto transfrontaliero e transregionale;
• come supporto alla progettazione di reti di monitoraggio della qualità dell’aria, mirate al controllo di attività a rischio;
• come valutazione, a posteriori, del contributo delle singole sorgenti all’inquinamento atmosferico e dei relativi effetti sanitari e ambientali.

Le prime applicazioni sperimentali

“Bisogna considerare che l’inquinamento atmosferico dipende dalle emissioni in aria, ma a parità di emissioni la meteorologia ha una influenza determinante. Questo è il motivo per cui è fondamentale disporre di un sistema modellistico come MINNI, in grado di valutare anche l’eventuale apporto all’inquinamento atmosferico di sorgenti ‘naturali’ (polveri sahariane, sale marino, emissioni biogeniche dalla vegetazione). La disponibilità di un algoritmo come ORSA consente di identificare, in via preliminare, l’attività sulla quale intervenire; una volta individuata, con l’ausilio del sistema modellistico si può quindi valutare il costo di un intervento di abbattimento, in relazione alla sua efficacia attesa”, continua il ricercatore.

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Una prima applicazione sperimentale su scala nazionale di questo metodo ha già confermato che le maggiori concentrazioni di PM₁₀ che si registrano nei mesi invernali sono attribuibili al riscaldamento residenziale, specialmente nei centri abitati. Nella Pianura Padana, anche il traffico e l’agricoltura contribuiscono a peggiorare la qualità dell’aria. In alcune località rurali della Lombardia, le concentrazioni estive di ozono sono prevalentemente originate in altre regioni oppure derivano da alti strati dell’atmosfera e, quindi, dalla trasformazione chimica di altri inquinanti.

Il modello GAINS-Italia e le prospettive future

“A livello di ricerca, per combattere l’inquinamento atmosferico, è fondamentale migliorare costantemente la qualità degli inventari di emissione: solo conoscendo nel dettaglio gli scenari è possibile identificare dove e come intervenire. L’abbattimento dei contributi dei settori più impattanti richiede l’impiego di tecnologie sempre più efficienti: a questo proposito, l’ENEA ha recentemente aggiornato il modello GAINS-Italia e lo strumento di ottimizzazione costi-efficacia. È infine certamente necessario progredire negli aspetti teorici dei modelli di diffusione, migliorando la parametrizzazione dello strato limite atmosferico, la dinamica degli aerosol e dei processi all’interfaccia tra le fasi gas e aerosol, eccetera”, conclude il dottor Briganti.