Modelli decisionali per la definizione di scenari energetici carbon-neutral

Air pollution and climate change are interconnected challenges that require integrated strategies to address their shared sources and impacts on human health, ecosystems, and the economy. This thesis develops an integrated assessment framework that combines scenario analysis and multi-objective optimization to evaluate policies aimed at mitigating these issues. The framework assesses the environmental, economic, and health impacts of anthropogenic emission sources, providing insights for designing policies to improve air quality and reduce carbon emissions. The methodology involves the formalization, implementation, and application of a set of models that, given a mitigation policy for pollutants and greenhouse gases, allow for the evaluation of its economic, health, and environmental impacts. In particular, new surrogate source-receptor models are introduced for air quality assessment, integrating the estimation of health impacts in terms of premature deaths caused by exposure to atmospheric pollutants. The framework is applied to the Po Valley region in Italy across three case studies. The first explores the adoption of biomethane, evaluating its potential to reduce greenhouse gas emissions and improve air quality under two production and use scenarios. The second examines carbon capture and storage technologies in the energy and hard-to-abate industrial sectors, analyzing their effects on emissions and air quality. The third assesses progress toward the European Union’s “Zero Pollution” Action Plan target of reducing premature deaths from air pollution by 55% by 2030 compared to 2005 levels.

L’inquinamento atmosferico e il cambiamento climatico sono sfide interconnesse che richiedono strategie integrate per affrontare le loro fonti comuni e i loro impatti sulla salute umana, sugli ecosistemi e sull’economia. La riduzione delle emissioni di inquinanti porta benefici significativi alla salute, diminuendo l’incidenza di malattie respiratorie e cardiovascolari, migliorando la qualità della vita e riducendo i costi sanitari. Questa tesi sviluppa un framework di valutazione integrata che combina analisi di scenari e ottimizzazione multi-obiettivo per valutare politiche volte alla mitigazione del problema. Il framework valuta gli impatti ambientali, economici e sanitari delle sorgenti di emissioni antropogeniche, fornendo indicazioni per la costruzione di politiche per il miglioramento della qualità dell’aria e la riduzione delle emissioni di carbonio. La metodologia consiste nella formalizzazione, implementazione e applicazione di un insieme di modelli che permettono, a fronte di una politica di mitigazione di inquinanti e gas serra, di valutarne gli impatti in termini economici, sanitari, e ambientali. In particolare, vengono introdotti nuovi modelli surrogati di tipo sorgente-recettore per la valutazione della qualità dell’aria, integrando la stima degli impatti sanitari in termini di morti premature causate dall’esposizione agli inquinanti atmosferici. Il framework è applicato alla regione della Pianura Padana, in Italia, su tre casi studio. Il primo esplora l’adozione del biometano, valutandone il potenziale per ridurre le emissioni di gas serra e migliorare la qualità dell’aria in due scenari di produzione e utilizzo. Il secondo analizza le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio nel settore energetico e in quello industriale delle “hard to abate”, esaminandone gli effetti sulle emissioni e sulla qualità dell’aria. Il terzo valuta i progressi verso l’obiettivo del Piano d’Azione “Zero Pollution” dell’Unione Europea di ridurre le morti premature per inquinamento atmosferico nel 2030 del 55% rispetto al 2005.