Introduzione
Le sorgenti che emettono gas derivanti da combustione emettono Ossidi di Azoto (NOx) principalmente sotto forma di monossido di Azoto (NO) parte del quale, reagendo per permanenza in atmosfera con Ozono e altri agenti ossidanti, si trasforma in biossido di Azoto (NO2).
Le normative sulla qualità dell’aria sia nazionali (DL 155 del 13/08/2010) che internazionali definiscono limiti di concentrazione su NO2 quindi, per una corretta stima degli standard di qualità dell’aria, potrebbe risultare necessario riuscire a stimare il rapporto NO2/NOx nella valutazione degli indicatori di qualità dell’aria calcolati attraverso simulazioni modellistiche.
Poiché il processo di trasformazione NO - NO2 per permanenza di NOx in atmosfera è piuttosto complesso e soprattutto fortemente legato alle condizioni ambientali sito-specifiche, nello svolgimento degli studi di emissione si adottano delle ipotesi semplificative per la definizione del rapporto NO2/NOx.
Il tipico approccio di primo livello in uno studio di diffusione modellistico è quello cautelativo cioè assumere che l’NOx emesso sia da considerarsi totalmente come NO2 ( cioè NO2/NOx = 1); sempre in questo contesto si può inquadrare anche la procedura EPA ARM (Ambient Ratio Method) secondo la quale il rapporto NO2/NOx è un valore costante pari a 0.8 per la valutazione dei valori orari e 0.75 per la valutazione dei valori annuali.
Queste metologie in genere sovrastimano il valore orario di NO2 però l’ipotesi cautelativa che ne è alla base, in assenza di superamenti degli indicatori di qualità dell’aria, garantisce la robustezza dell’analisi regolatoria.
Un approccio più articolato, di secondo livello, potrebbe essere quello di calcolare direttamente il rapporto NO2/NOx per gli indicatori medi temporali di qualità dell’aria partendo dai dati misurati nelle centraline ARPA dove quasi sempre sono disponibili i valori orari misurati sia di NO che di NO2.
Per utilizzare questo approccio occorre però riuscire a selezionare eventuali stazioni ARPA significative per il sito in esame in modo che il rapporto NO2/NOx preservi le sue caratteristiche sito-specifiche.
Vi è infine un approccio modellistico, di livello 3, basato sulla valutazione “semplificata” del processo di trasformazione chimica degli NOx presenti in atmosfera:
- nel modello CALPUFF ad esempio esiste la è possibilità di utilizzare gli schemi chimici semplificati RIVAD e MESOPUFF-II per valutare la formazione di inquinanti secondari nelle famiglie degli NOx ed SOx che permettono tra l’altro di definire le trasformazioni di NO ed NO2 a fronte della richiesta di specificare i valori di fondo della concentrazione di O3 e di NH3 per il sito in esame;
- una procedura EPA spesso utilizzata ed implementata anche in alcuni modelli matematici diffusionali è la procedura OLM (Ozone Limited Method) che permette di definire il rapporto NO2/NOx in base a valori di fondo di ozono ambiente.
La procedura ARM2
US-EPA ha validato negli ultimi anni una nuova tecnica di valutazione chiamata ARM2 basata sul perfezionamento della metodologia ARM (Ambient Ratio Method) citata in precedenza.
ARM2 permette di definire il rapporto NO2/NOx utilizzando la seguente funzione polinomiale:
y = a*x6 + b*x5 + c*x4 + d*x3 + e*x2 + f*x + g
dove:
- y = rapporto NO2/NOx da cui NO2 = y*NOx
- x = concentrazione di NOx calcolata dal modello
- a,b,c,d,e,f,g = coefficienti costanti della funzione interpolante i cui valori sono riportati nella tabella seguente:
|
Per NOX espressi in ppb |
Per NOX espressi in µg/m3 |
| a | -5.176E-16 | -1.1723E-17 |
| b | 1.005E-12 | 4.2795E-14 |
| c | -7.288E-10 | -5.8345E-11 |
| d | 2.296-07 | 3.4555E-08 |
| e | -1.981-05 | -5.6062E-06 |
| f | -5.148E-03 | -2.7383E-03 |
| g | 1.244E+00 | 1.2441E+00 |
La funzione polinomiale interpolante riportata è stata elaborata da EPA attraverso l’analisi delle serie decennali [2001 – 2010] dei dati misurati di NO ed NO2 in tutte le stazioni del territorio nazionale Americano.
L’analisi dettagliata del procedimento che ha portato allo sviluppo della procedura ARM2 è descritto nella pubblicazione Ratio Method Version 2 (ARM2) for use with AERMOD for 1-hr NO2 Modeling
La procedura ARM2, secondo le indicazioni EPA riportate nella pubblicazione citata, è applicabile per valori del rapporto NO2/NOx compresi nell’intervallo [0.2 – 0.9].
Nel grafico seguente viene riportata la curva ARM2 dei valori di concentrazione di NO2 (µg/m3) in funzione dei valori di concentrazione calcolati di NOx (µg/m3)
Il postprocessore MMS RunAnalyzer supporta la procedura ARM2 a partire dalla versione 2.6.0
La procedura ARM2 come anche gli altri metodi di speciazione dell’NO2 citati nell’articolo è da intendersi come una procedura SCREENING soggette cioè a possibili criticità (cioè situazioni
in cui la sua applicazione non determina risultati cautelativi).
Per l’applicazione di ARM 2 nel documento EPA citato si segnalano come critiche le seguenti situazioni:
- Rapporto NO2/NOx misurato al camino > 0.2 per più del 95% delle ore di emissione;
- Ricadute complessive di NOx calcolate dal modello > [150 – 200] ppb (340 – 450 ug/m3) dove il valore minore (150 ppb) si riferisce ad aree con elevati valori di ozono ambiente (>30 ppb) mentre il valore superiore (200 ppb) si riferisce ad aree con contenuti valori di ozono ambiente (< 20 ppb)
- Presenza di valori fondo di ozono ambientale molto elevati (valori di concentrazione persistenti > 90 ppb)
In queste condizioni l’applicazione di ARM 2 sulle concentrazioni calcolate di NOx potrebbe portare a stime non cautelative di NO2; EPA consiglia in questi casi di utilizzare metodologie di livello superiore come la OLM.
In ogni caso, sempre nella stessa pubblicazione si sottolinea il fatto che in presenza di ricadute complessive di NOx calcolate dal modello < [150 – 200] ppb la metodologia ARM 2 garantisce stime sufficientemente cautelative anche in presenza di un rapporto NO2/NOx al camini maggiore di 0.2; è comunque consigliabile l’inserimento del valore eventualmente misurato al camino del reale rapporto NO2/NOx al camino se tale misura riporta valori superiori a 0.2