Stima delle emissioni da traffico navale ed aereo

Alessandro Marongiu

ARPA Lombardia

Settore Monitoraggi Ambientali

Modellistica qualità dell'aria e inventari

inemar@arpalombardia.it

Obiettivi di questa sezione

• Trattazione delle sorgenti di emissione da traffico navale – Classificazione INEMAR delle attività

• 08.04.02 Traffico marittimo nazionale

• 08.04.03 Pesca

• 08.04.04 Traffico marittimo internazionale (petroliere internazionali)

• 08.03.02 Barche a motore/chiatte (laghi e fiumi)

• 08.03 Vie di navigazione interne

– Definizione della metodologia nel modulo di INEMAR

• Trattazione delle sorgenti di emissione da traffico aereo – Classificazione INEMAR delle attività

• 08.05.01 Traffico aereo nazionale (cicli LTO - < 1000 m)

• 08.05.02 Traffico aereo internazionale (cicli LTO - < 1000 m)

• 08.05.03 Traffico nazionale di crociera (> 1000 m)

• 08.05.04 Traffico internazionale di crociera (> 1000 m)

• 08.05.05 Mezzi di supporto a terra

– Metodologia, modulo di INEMAR, fattori di emissione

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Metodologia di stima delle emissioni nel modulo Porti

L’algoritmo di stima si articola in 4 differenti fasi

• Stima di fattori medi pesati sulle caratteristiche di flotta per poter effettuare la stima delle emissioni tramite approccio di maggior dettaglio Tier 3. I fattori di emissione sono in funzione del tipo di motore e combustibile, fase e sistema (ausiliario o principale) ma non direttamente del tipo di imbarcazione. Se non si conoscono i dettagli sui motori della singola imbarcazione si utilizzano dei parametri medi sulle flotte internazionali che sono stati inseriti in una nuova tabella PO_CARATTERISTICHE_IMC.

• Stima delle emissioni di PTS/COV ed NOx tramite algoritmo Tier 3 e ricalcolo dei consumi associati a ciascun movimento/fase di navigazione. L’algoritmo di maggiore dettaglio, tier 3, utilizza la stima dei consumi a partire da relazioni di stima della potenza installata nei motori espressa come funzione del tonnellaggio della imbarcazione.

• Calcolo delle emissioni degli inquinanti di cui sono disponibili solo i fattori di emissione tipo Tier 1 sulla base del ricalcolo precedente dei consumi di carburante.

• Elaborazione e compattamento dei risultati intermedi per la tabella di output.

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Livello di dettaglio metodologico

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Struttura dell’algoritmo Porti in INEMAR 7

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OUTPUT Parametri algoritmo INPUT Codifica

Step 1 – Calcolo dei fattori di emissione medi per tipo di imbarcazione

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i = tipo di motore i-esimo

j = tipo di combustibile j-esimo

dove PERC_MOT_FLOTTA è la % di presenza di determinati motori e combustibili per tipologia di imbarcazione, il valore del fattore di emissione è in g/t di

combustibile, FATT_CONV è il fattore di conversione per gli FE in g di combustibile/kWh. FATTORE_EMISSIONE_MEDIO è pertanto nelle seguenti unità di

misura: g/t di comb x g di comb./kWh x 10-6 = g/kWh.

𝐹𝐴𝑇𝑇𝑂𝑅𝐸_𝐸𝑀𝐼𝑆𝑆𝐼𝑂𝑁𝐸_𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂𝑖,𝑗

= 𝑃𝐸𝑅𝐶_𝑀𝑂𝑇_𝐹𝐿𝑂𝑇𝑇𝐴 𝑖,𝑗 ×𝐹𝐴𝑇𝑇𝑂𝑅𝐸_𝐸𝑀𝐼𝑆𝑆𝐼𝑂𝑁𝐸 𝑖,𝑗

100× 𝐹𝐴𝑇𝑇_𝐶𝑂𝑁𝑉 𝑖,𝑗 × 10−6

Diffusione della tipologia di motori imbarcazioni

7

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Liquid bulk ships

Dry bulk carriers

Container

General cargo

Ro Ro Cargo

Passenger

Fishing

Others

Tugs

SSD MDO/MGO

SSD BFO

MSD MDO/MGO

MSD BFO

HSD MDO/MGO

HSD BFO

GT MDO/MGO

GT BFO

ST MDO/MGO

ST BFO

Tip

o d

i im

barc

azio

ne

I dati del Guidebook sono basati sullo studio: Trozzi C. (2010).

Update of Emission Estimate Methodology for Maritime

Navigation, Techne Consulting report ETC.EF.10 DD

SSD - Slow Speed Diesel

MSD - Medium Speed Diesel

HSD - High Speed Diesel

GT - Gas Turbine

ST - Steam Turbine

MDO - Marine Diesel Oil

MGO - Marine Gas Oil

BFO - Bunker Fuel Oil

Step 2 – Stima delle emissioni e dei consumi di carburante tramite algoritmo Tier 3

EMISSIONE:NUMERO_IMC×TEMPO_NAVIGAZIONE×

A×STAZZA_LORDA^B×

FATTORE_EMISSIONE_MEDIO×FRAZIONE_POTENZA×10^-6

CONSUMI: EMISSIONE×10^6/FATTORE_EMISSIONE_MEDIO

Step 3 – Stima delle emissioni tramite algoritmo Tier 1

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EMISSIONE: FATTORE_EMISSIONE ×CONSUMI×10^-6

Stima delle emissioni e dei consumi di carburante

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Pky Potenza max

FEjlmy

Emissione k m

Stazza lorda (klj)

Skmy stima dei kW

LFkmy frazione potenza

l tipo motore k tipo imbarcazione m tipo fase j combustibile y tipo inst. motore

tkm(jl) Nk(jl)

Step 1

Step 2

FEj

Consumi k m Step 3

Emissioni da traffico aereo

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Landing/Take off cycles (LTO): secondo la definizione dalla ICAO (Civil Aviation Organisation) comprende tutte le attività che avvengono ad una quota inferiore a 3000 piedi (914 m – ca. 1000 m)

Cruise: comprende tutte le attività che avvengono al di sopra dei 3000 piedi (914 m – ca. 1000 m)

http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2013/

Fasi standard di volo

12 http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2013/

Tipologie di traffico aereo ed altre emissioni

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Categorie di traffico aereo • Voli civili strumentali (IFR) • Voli civili a vista (VFR) • Elicotteri civili • Voli militari

Altre sorgenti emissive • Motori di avviamento • Operazioni con sistemi ausiliari • Scarico in emergenza del carburante • Operazioni e gestione dei rifornimenti • Manutenzione dei propulsori • Verniciatura degli aeromobili • Veicoli di servizio per il catering ed altro • Trattamenti anti-ghiaccio e decongelamento degli aeromobili ed

emissioni evaporative dei composti impiegati nell’ LTO

Struttura dell’algoritmo Aeroporti – volo aereo

14 OUTPUT Parametri algoritmo INPUT

fasi di

movimento

ciclo LTO

lunghezza rotte per

comune

percentuale

utilizzo rotte

F.E. per ogni

fase ciclo LTO

Numero

movimenti

per tipo

ICAO,

nazionalità,

fase

movimento

ed ora

Fattori di emissione per tipologia di aeremobile

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ICAO FASE SO2 NOx COV CO CO2 PM2_5 PM10 PTS

A310 APPROCH-LANDING

0.2973 2.96 0.06213 0.63879 0.9365 0.01906 0.02071 0.02071

A310 CLIMB 0.4725 12.192 0.04716 0.26887 1.48838 0.03029 0.03292 0.03292

A310 CRUISE -

A310 TAKE OFF 0.1822 5.532 0.01457 0.10747 0.57393 0.01168 0.01269 0.01269

A310 TAXY IN 0.2943 1.256 2.71051 12.4142 0.92705 0.01886 0.0205 0.0205

A310 TAXY OUT 0.2943 1.256 2.70963 12.41037 0.92705 0.01886 0.0205 0.0205

…

Algoritmo di stima delle emissioni da traffico aereo

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Per ogni inquinante la stima dell’emissione è la seguente:

EmAi,j,k,w = FE_AEREIi,j * NUM_MOVIMENTIi,k,w /1000

dove:

EmAi,j,k,w = emissioni per ogni codice aereo i, per ogni fase di

movimento j, per nazionalità w, nell’ora k [t/anno]

FE_AEREOi,j = fattore di emissione per ogni codice aereo i e per ogni fase di movimento j [kg/volo]

NUM_MOVIMENTIi,k,w = numero di movimenti per ogni codice aereo i e per decollo o atterraggio (legati alle fasi di movimento), per ogni

nazionalità w, nell’ora k [voli/ora]

Tabelle di output dell’algoritmo aeroporti

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emissioni totali (di tutti gli aerei sommati indipendentemente dalla tipologia ICAO) distinte per ogni ora dell’anno k

(EmA_I_O), per aeroporto e con il tipo di emissione (AV per gli aeromobili)

emissioni annue (somma di tutte le emissioni orarie k) distinte per codice

aereo ICAO (EmA_I),

id_attività (402 o 403 a seconda

della nazionalità w del volo), fase di

movimento j (decollo o

atterraggio) e con il tipo di emissione

(AV per gli aeromobili)

Ripartizione delle emissioni per rotte e frequenze di volo

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Per disaggregare le emissioni del singolo aeroporto nei comuni su cui insistono le rotte degli aerei nelle fasi di atterraggio e decollo, sono stati presi in considerazione i tracciati radar, da cui sono state ottenute:

le rotte di volo (SID) e la loro suddivisione per comune (tabella A_LUNGH_ROTTE)

la frequenza di percorrenza delle rotte, distinguendo tra arrivi e decolli (tabella A_PERC_ROTTE)

Algoritmo di ripartizione delle emissioni per rotta

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lungh_rottam EmA_I_AVm,w =i,j,EmA_I i,j,w * perc_voli* lungh_rottam,r

Nella tabella A_RIS_AEROPORTI_INTERMEDI_AV vengono riportate le emissioni annue (somma di tutte le emissioni orarie k) distinte per istat comune m (EmA_I_AV), id_attività (402 o 403 a seconda della nazionalità w del volo) e con il tipo di emissione (AV per gli aeromobili):

Stima delle emissioni dei mezzi aereoportuali a terra

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Per mezzi di supporto a terra (Ground Support Equipment) si intende:

• il trasporto di passeggeri, equipaggi e bagagli;

• le attività di assistenza agli aeromobili (rifornimenti, servizi tecnici, deicing, toilette, pulizie cabine, catering);

• la gestione e manutenzione piste e aree verdi (pulizia piste e piazzale sgombero neve, sfalcio meccanico).

Struttura dell’algoritmo Aeroporti – mezzi a terra

21 OUTPUT Parametri algoritmo INPUT

• A_TIPO_MT: Classificazione mezzi a motore a combustione interna secondo il combustibile utilizzato e la classe di potenza espressa in kW

• A_ELENCO_MT: Elenco mezzi di supporto a terra per aeroporto

• A_CONSUMI_COMBUSTIBILI_MT: Consumi annuali dei mezzi di supporto, per aeroporto, in tonnellate

• A_FE_MT: Fattori emissione per tipo di mezzo in g/kWh

• Si stima Energia_nominale = potenza * ore_funzionamento

• Sono calcolati consumo nominale per aeroporto (somma dei prodotti tra energia e fattore di consumo) e il fattore di carico, pari al rapporto tra consumo reale e consumo nominale.

• L’energia sviluppata realmente per tipo di mezzo e per aeroporto è ottenuta dalla somma dei prodotti tra energia nominale e fattore di carico

• Viene eseguita la somma dei prodotti tra energia realmente sviluppata per tipo di mezzo ed il corrispondente fattore di emissione

• La stima delle emissioni è inserita in tab_output dopo avere cancellato le emissioni già presenti per la corrispondente attività.

Algoritmo per mezzi di supporto a terra

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