Guida al monitoraggio e alla quantificazione delle emissioni di metano dal settore dei rifiuti

Il metano è un gas a effetto serra e un inquinante climatico che è responsabile di circa mezzo grado Celsius del riscaldamento attuale, rendendo le sue emissioni un obiettivo critico per la mitigazione degli sforzi globali per fermare il cambiamento climatico. Il lancio del Global Methane Pledge da parte degli Stati Uniti e dell'Unione Europea nel 2021 ha portato sotto i riflettori gli sforzi di mitigazione del metano, con i Paesi firmatari che si sono impegnati a ridurre le loro emissioni collettive di metano. Dalla COP26, 155 Paesi hanno sottoscritto l'impegno e si sono impegnati a ridurre le emissioni globali di metano del 30% entro il 2030.  

La maggior parte delle emissioni di metano causate dall'uomo proviene da tre settori: agricoltura, combustibili fossili e rifiuti. All'interno di ciascun settore sono state individuate numerose misure di abbattimento a basso costo e alcune delle maggiori opportunità si trovano nel settore dei rifiuti. Il settore dei rifiuti è infatti responsabile di circa il 20% delle emissioni di metano di origine antropica, che vengono rilasciate quando i rifiuti organici (scarti di cibo e cortile, carta, cartone, legno e rifiuti corporei) si decompongono nell'ambiente privo di ossigeno che si trova nelle discariche, nelle discariche e negli impianti di trattamento delle acque reflue di tutto il mondo. 

Fino a pochi anni fa, l'inquinamento da metano che fuoriesce dalle discariche non era una priorità per la maggior parte dei governi. Fortunatamente, questa situazione sta cambiando grazie allo slancio del Global Methane Pledge e ai progressi delle tecnologie di telerilevamento che ci permettono di vedere questo inquinante invisibile e di individuare più facilmente le fonti di emissione. Sulla base di questi progressi e di esempi tratti dal settore petrolifero e del gas, riteniamo che questi strumenti possano informare le politiche che ci aiuteranno a eliminare in modo efficiente l'inquinamento da metano.  

Come funziona il monitoraggio e la quantificazione delle emissioni di metano dai rifiuti 

Le emissioni delle discariche sono state tradizionalmente stimate utilizzando modelli di decadimento del primo ordine (FOD), sempre più criticati perché basati su vecchi studi sul campo e su ipotesi errate. Gli studi dimostrano che l'accuratezza dei modelli FOD aumenta con l'utilizzo di dati specifici del sito, ma la mancanza di informazioni aggiornate a livello di impianto è un segreto aperto nel settore dei rifiuti, dove la modellazione è spesso basata su valori predefiniti, ipotesi e dati vecchi di decenni.  

Fortunatamente, i recenti progressi nel monitoraggio delle emissioni di metano facilitano l'individuazione e la quantificazione delle emissioni in questi siti. Dagli strumenti portatili che identificano le perdite alle tecnologie spaziali che possono fornire una visione aerea delle fonti distribuite, questi strumenti stanno cambiando la nostra comprensione delle emissioni di metano e ampliano gli approcci disponibili per la definizione degli obiettivi, il monitoraggio e la verifica delle riduzioni delle emissioni.  

Queste tecnologie svolgono tre compiti essenziali: 

• Migliorare le stime del metano nei modelli: Confrontando le misurazioni con le stime dei modelli delle emissioni di metano dai siti di smaltimento, possiamo comprendere meglio le emissioni di queste strutture e perfezionare le ipotesi di base attualmente utilizzate nei modelli per migliorare le loro stime. 
• Quantificare le emissioni e dare priorità ai siti per gli sforzi di mitigazione: La misurazione delle emissioni può aiutare a migliorare gli inventari a livello locale, regionale e nazionale, il che è fondamentale per stabilire gli obiettivi di riduzione del metano e monitorare i progressi. Stime migliori a livello di impianto possono anche aiutare a decidere come e dove allocare le limitate risorse finanziarie e di capacità per gli sforzi di mitigazione.  
• Esaminare i siti di smaltimento finale per individuare le fonti di emissione e le perdite: Comprendere l'esatta ubicazione delle fonti di inquinamento da metano nei siti di smaltimento può aiutare gli operatori a determinare le pratiche appropriate per ridurre le emissioni. Ad esempio, una perdita da un sistema di cattura del gas richiederebbe un approccio diverso rispetto alle emissioni derivanti dalle operazioni sul fronte di lavoro dell'impianto. 

Misurazioni presso o in prossimità della discarica    

Ci si aspetterebbe che il modo più semplice per comprendere le emissioni delle discariche sia quello di misurarle in loco. Nel corso degli anni, i gestori delle discariche, le autorità locali e gli scienziati hanno utilizzato diverse tecniche per comprendere le emissioni in prossimità della superficie della discarica. Tali metodi sono spesso utilizzati per stimare le emissioni della discarica, valutare l'efficacia dei modelli di emissione e rilevare emissioni inaspettatamente grandi (ad esempio, a causa di coperture difettose della discarica o di attrezzature malfunzionanti). La tecnica di screening più elementare è rappresentata dalle indagini walkover con analizzatori di gas portatili, che forniscono solo una visione semi-quantitativa delle emissioni. In queste indagini, un operatore porta con sé uno strumento portatile per la misurazione del metano mentre cammina sulla superficie della discarica (dove è sicuro farlo) per verificare la presenza di concentrazioni elevate di metano che indicherebbero una possibile fuga di metano. Questi rilevamenti possono ora essere eseguiti anche con l'ausilio di droni, che possono monitorare in modo più efficiente l'ampia area della discarica, ottenendo un maggior numero di misurazioni del metano e, quindi, una migliore identificazione dei punti caldi di emissione. Queste misurazioni sono importanti perché possono informare gli operatori sui punti caldi delle emissioni e aiutarli a diagnosticare e risolvere i problemi individuati. 

Per ottenere stime quantitative delle emissioni, una strategia tipica consiste nel misurare la quantità di metano che passa attraverso la superficie della discarica in alcuni punti selezionati. A tal fine si utilizzano le cosiddette "camere di flusso di superficie". In sostanza, si tratta di scatole con un lato inferiore aperto che vengono posizionate sulla superficie della discarica; uno strumento di misurazione del metano monitora la velocità con cui la scatola si riempie di gas, quantificando il tasso di emissione del metano. Tuttavia, le emissioni di metano all'interno di una discarica variano notevolmente da un luogo all'altro e con il passare del tempo, per cui la stima delle emissioni totali con questa tecnica può essere lunga e imprecisa. Diverse altre tecniche, come la combinazione di misurazioni rapide della concentrazione di metano nella discarica con i dati del vento locale, possono monitorare le emissioni di aree di discarica più grandi. Tuttavia, le grandi dimensioni della discarica, l'accessibilità limitata e la topografia tipicamente complessa rendono queste tecniche difficili da usare nella pratica.  

Un altro modo per quantificare le emissioni di metano è cercare di misurarlo lontano dalla discarica, mentre viene trasportato dal vento. Questo può essere fatto montando strumenti di misurazione del metano su automobili, aerei o, ultimamente, anche su droni. Tali misurazioni vengono combinate con le informazioni sul vento per calcolare i tassi di emissione totali della discarica. Questi metodi possono fornire una stima delle emissioni totali di metano, ma non forniscono quasi nessuna informazione sulla fonte esatta delle emissioni. In questo modo, possono essere utilizzati per migliorare gli inventari delle emissioni, valutare i modelli o monitorare le prestazioni di un sistema di cattura del gas, ma non per guidare azioni specifiche di mitigazione in punti specifici della discarica.   

Misurazioni con strumenti di telerilevamento 

Una nuova generazione di strumenti, simili a telecamere avanzate, installati su aerei e satelliti, promette di darci una visione a volo d'uccello delle emissioni delle discariche. Questi strumenti di telerilevamento, come vengono formalmente chiamate le telecamere, osservano la superficie illuminata dal sole della discarica e cercano minuscoli cambiamenti nell'intensità della radiazione che potrebbero portare la firma di grandi concentrazioni di metano sopra la discarica. Questi dati vengono combinati con informazioni sul vento e algoritmi avanzati per rilevare le emissioni e quantificarne l'entità. Queste tecniche erano già note agli scienziati da molto tempo, ma di recente hanno fatto passi da gigante in termini di applicazioni pratiche grazie al miglioramento della tecnologia, all'accesso allo spazio a basso costo e all'interesse globale per il monitoraggio del metano, soprattutto nell'industria del petrolio e del gas. 

La distanza tra le discariche e questi strumenti è comunque importante. Azionato da un aereo, un tipico strumento di telerilevamento può risolvere le emissioni di metano a pochi metri di distanza l'una dall'altra, fornendo agli operatori informazioni sulla possibile ubicazione delle perdite di metano. Lanciati su un satellite, gli strumenti perdono parte del loro potere di risoluzione. Ma non tutti gli strumenti satellitari sono uguali: alcuni strumenti sono progettati per caratterizzare le concentrazioni di metano nell'atmosfera su vaste aree, come le aree metropolitane e le zone umide tropicali, mentre altri strumenti sono progettati per rilevare fonti di emissione attive ma di piccole dimensioni, provenienti da impianti di tutto il mondo. I primi possono essere utilizzati per stimare le emissioni totali della città, mentre i secondi possono essere utilizzati per monitorare le emissioni di discariche specifiche.  

Gli strumenti di telerilevamento stanno già fornendo nuove conoscenze sulle emissioni delle discariche. Ad esempio, nel 2022, gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di strumenti satellitari per monitorare le emissioni delle discariche di Buenos Aires, Delhi, Lahore e Mumbai; hanno rilevato emissioni che raggiungono l'incredibile quantità di 29 tonnellate di metano all'ora e fino a 2,6 volte i valori ufficialmente riportati. Inoltre, hanno scoperto che le emissioni delle discariche possono raggiungere il 50% delle emissioni di queste città.  

In studi separati, gli scienziati hanno utilizzato le misure di telerilevamento degli aerei per rilevare le grandi emissioni delle discariche in California e in Pennsylvania. Utilizzando immagini ad alta risoluzione del metano, hanno guidato i gestori delle discariche ad adottare misure per ridurre le emissioni, mentre hanno utilizzato nuove misurazioni per convalidarne l'efficacia. In Pennsylvania, i gestori delle discariche sono riusciti a ridurre le emissioni osservate del 37%. In California, sono riusciti anche a ridurre gli odori negativi e le lamentele delle comunità vicine che provenivano dalla discarica. 

Sulla base di questi risultati promettenti, ci aspettiamo che il telerilevamento da aerei e satelliti possa cambiare le carte in tavola nella gestione delle discariche di metano. Nei luoghi in cui sono in vigore le normative, il telerilevamento può aiutare a monitorare la conformità e a promuovere una rapida azione di mitigazione in caso di malfunzionamenti. In parti del mondo meno studiate e/o meno regolamentate, gli strumenti di telerilevamento possono localizzare rapidamente le grandi emissioni di metano, informare gli operatori locali e i responsabili politici e aiutare a dare priorità alle azioni di mitigazione del metano. Gli strumenti spaziali, in particolare, possono fornire per la prima volta una visione globale accurata delle emissioni di metano delle discariche e costituire la chiave di volta di programmi di mitigazione rapidi.  

Tuttavia, gli strumenti di telerilevamento non sono una pallottola d'argento in grado di risolvere il problema dei dati del settore dei rifiuti. Nella maggior parte dei casi, sono in grado di rilevare meglio le fonti puntuali (ad esempio, le emissioni di metano provenienti da una piccola area della discarica, come una perdita alla testa del pozzo di gas della discarica), ma potrebbero non riuscire a rilevare le fonti distribuite, come il metano emesso da un'area più ampia. In secondo luogo, la loro efficacia potrebbe cambiare in base al luogo e al periodo dell'anno, poiché le loro prestazioni dipendono, tra gli altri fattori, dalla copertura nuvolosa, dalla copertura nevosa e dalle condizioni di vento prevalenti. Per questi motivi, saremo in grado di utilizzare appieno questi strumenti solo come componenti di un sistema di monitoraggio a più livelli che includerà anche il monitoraggio a terra e la modellazione con dati migliorati specifici per gli impianti, per fornire informazioni accurate sulle emissioni di metano adatte alle esigenze dei vari soggetti coinvolti nell'affrontare il problema delle emissioni di metano.    

Dopo il rilevamento del metano, arriva la mitigazione  

Alcuni studi hanno dimostrato che l'80% delle emissioni di metano dai rifiuti potrebbe essere eliminato con le soluzioni tecnologiche oggi esistenti. Secondo il Programma Ambientale delle Nazioni Unite e la Coalizione per il Clima e l'Aria Pulita, infatti, fino al 60% delle misure di mitigazione ha costi bassi o negativi. 

I governi a tutti i livelli stanno già iniziando a mettere in atto delle soluzioni. Lubiana, la capitale della Slovenia, ha adottato un approccio a rifiuti zero nel 2014 e ha ridotto del 95% la quantità di rifiuti totali inviati ai siti di smaltimento finale. Indore, la "città più pulita" dell'India, con una popolazione di oltre 3 milioni di abitanti, ha implementato l'obbligo di separazione alla fonte e la raccolta quotidiana porta a porta con oltre 600 veicoli dotati di GPS; il 90% delle famiglie di Indore attualmente separa i propri rifiuti. Per ulteriori informazioni sulle azioni di mitigazione dei rifiuti e su esempi provenienti da tutto il mondo, si veda il nostro precedente blog post sul metano dei rifiuti.  

Su Clean Air Task Force, insieme ai nostri partner RMI, abbiamo lanciato la Waste Methane Assessment Platform (Waste MAP) per migliorare la disponibilità e la solidità dei dati globali sul settore dei rifiuti, consentire la trasparenza delle emissioni di metano e condividere le migliori pratiche per ridurre le emissioni. Stiamo anche lavorando per compilare una guida sulle politiche a livello nazionale che funzionano per ridurre il metano dei rifiuti, per evidenziare le politiche e le normative "migliori della categoria", dagli obblighi di separazione alla fonte agli standard di cattura dei gas di discarica, e per identificare le principali lacune.  

Sono disponibili molte altre risorse. Ad esempio, la Global Methane Initiative offre una serie di risorse sulla riduzione delle emissioni di metano dai rifiuti solidi urbani e sulla promozione dello sviluppo del biogas. Altre risorse chiave sono il rapporto di RMI, Carbon Mapper e IG3IS sulle Strategie chiave per la mitigazione delle emissioni di metano dai rifiuti solidi urbani e il rapporto Methane Matters della Global Alliance for Incinerator Alternative.  

Promuovere le politiche in tutto il mondo 

I Paesi stanno riconoscendo la necessità di fissare obiettivi per il metano dei rifiuti e di sviluppare tabelle di marcia per la loro attuazione. Nell'agosto del 2023, il Ministro dell'Ambiente cileno, insieme ad alcuni sindaci, ha presentato una legge che vieta gradualmente lo smaltimento dei rifiuti organici nelle discariche. Durante il vertice dei leader nordamericani all'inizio del 2023, Stati Uniti, Messico e Canada si sono impegnati a ridurre le emissioni di metano da rifiuti solidi e acque reflue del 15% entro il 2030 rispetto ai livelli del 2020. Nell'UE, la Commissione sta attualmente esaminando i dati sui rifiuti alimentari per determinare la fattibilità di stabilire un obiettivo di riduzione dei rifiuti alimentari a livello dell'Unione per il 2030. L'UE è inoltre in procinto di aggiornare la direttiva sulle discariche nel 2024.   

Contemporaneamente alla definizione degli obiettivi e allo sviluppo di approcci normativi, altri stanno lavorando per superare le barriere significative al finanziamento delle soluzioni per il metano dei rifiuti. In occasione della COP28, la Banca interamericana di sviluppo ha annunciato un finanziamento di 372,5 milioni di dollari per progetti di gestione dei rifiuti recentemente approvati nella regione. In occasione del Congresso dell'Associazione Internazionale dei Rifiuti Solidi in Oman, la Catalytic Finance Foundation ha ospitato un workshop per identificare le barriere e gli elementi che favoriscono il finanziamento delle infrastrutture dei rifiuti per la riduzione del metano, con l'obiettivo finale di creare un fondo di investimento misto per le infrastrutture di gestione dei rifiuti sostenibili.

Contemporaneamente, CATF ha lavorato con il Dipartimento di Stato degli Stati Uniti, l'Iniziativa SCALE e un consorzio di altri partner per sostenere la progettazione dell'Iniziativa per la riduzione del metano dei rifiuti organici (LOW-Methane), al fine di accelerare drasticamente i progressi dell'Impegno globale per il metano, evidenziando impegni ambiziosi per la riduzione del metano del settore dei rifiuti e mobilitando risorse per sostenerli. L'iniziativa LOW-Methane mira a realizzare almeno 1 milione di tonnellate metriche annue di riduzione del metano nel settore dei rifiuti ben prima del 2030, lavorando con 40 giurisdizioni subnazionali e le loro controparti governative nazionali, e a sbloccare oltre 10 miliardi di dollari di investimenti pubblici e privati.  

Il contributo del settore dei rifiuti alle emissioni di metano e ai cambiamenti climatici non è mai stato un segreto, ma negli ultimi anni il Global Methane Pledge ha portato nuova attenzione al problema. Lo slancio generato dall'impegno, così come i miglioramenti nelle tecnologie di telerilevamento, hanno continuato ad aumentare la consapevolezza dell'importanza di questo settore come soluzione critica per il clima. Per continuare ad aumentare la trasparenza e la comprensione delle stime delle emissioni di metano dai rifiuti e degli interventi prioritari, è fondamentale che i Paesi di tutto il mondo utilizzino questi recenti progressi nel rilevamento del metano per identificare le emissioni, sviluppare politiche e mitigare le emissioni di metano nel settore dei rifiuti.