Condividi, , Google Plus, LinkedIn,

Stampa

Pubblicato in:

L’incremento di rischio nelle gallerie stradali per il trasporto di idrogeno

In continuità con le ricerche svolte presso l’Università degli Studi di Salerno sulla sicurezza delle gallerie stradali, si riportano in questa nota i primi risultati di uno studio volto a quantificare l’incremento di rischio dovuto al trasporto di idrogeno attraverso le gallerie stradali

sfondo caliendo

L’effetto serra e l’inquinamento dell’aria dovuto alla emissione di sostanze tossiche e nocive sta incoraggiando sempre più l’uso di carburanti alternativi nel campo dei trasporti. A tal riguardo, l’idrogeno può giocare un grande ruolo nell’economia dell’energia sostenibile poiché esso può produrre acqua come unico prodotto residuo. Tuttavia, la distribuzione di tale risorsa di carburante dai siti di produzione ai consumatori attrae molta attenzione per la sicurezza del trasporto dell’idrogeno dovuta alla sua natura pericolosa.

La presenza su strada di veicoli che trasportano idrogeno, infatti, può comportare rischi aggiuntivi per l’ampio intervallo di infiammabilità dell’idrogeno, alto calore di combustione, e bassissima energia di innesco.

Comunque, il trasporto di idrogeno attraverso ambienti confinati, quali le gallerie stradali, può causare maggiori conseguenze negative paragonate a quelle riscontrabili su strade all’aperto, dove l’idrogeno eventualmente rilasciato dalle autocisterne si potrebbe disperdere nell’aria a causa della sua alta galleggiabilità.

Le merci pericolose trasportate su strada, come noto, sono in genere classificate in nove classi e diverse sottoclassi sulla base delle loro caratteristiche fisico-chimiche che possono causare un rischio specifico. Tra le merci pericolose, l’idrogeno è ascritto alla classe 2 secondo l’ADR (European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road).

L’idrogeno sta generando significativo interesse presso Autorità amministrative, Enti gestori, Ingegneri e Ricercatori, per le sue grandi prospettive di utilizzo futuro, ma anche preoccupazioni non essendo stato ancora quantificata l’entità dell’incremento di rischio nel caso di scenari incidentali rilevanti che coinvolgano i veicoli adibiti al trasporto di idrogeno.

La mancanza di un metodo specifico per un’analisi quantitativa del rischio dovuto al trasporto di idrogeno su strada rappresenta il principale motivo per investigare la problematica esposta in maggior profondità.

Alcuni metodi per l’analisi di rischio dovuto all’idrogeno possono essere trovati in letteratura. In particolare, in continuità con gli studi sulla sicurezza delle gallerie stradali [1, 2, 3 e 4], alcuni riferimenti bibliografici sono menzionati anche in [5].

Tuttavia, anche se i metodi citati in [5] possono rappresentare un avanzamento di conoscenza, diversi punti di debolezza appaiono essere ancora presenti in ciascuno di essi e non è chiaro se sono strettamente appropriati per essere applicati anche alle gallerie stradali.

galleria
1. Una galleria stradale a due corsie

Tra i metodi di analisi quantitativa del rischio dei veicoli che trasportano merci pericolose attraverso le gallerie stradali, quello più diffuso in ambito europeo è il DG-QRAM (Dangerous Goods – Quantitative Risk Assessment Model), sviluppato dal PIARC e OECD (Organization for Economic Co-operation and Development). Il DG-QRAM, comunque, non include nella sua struttura classica, gli scenari di pericolo relativi all’idrogeno.

Pertanto, se lo si vuole applicare è necessario sia sviluppare uno specifico albero degli eventi per l’idrogeno trasportato su strada sia estendere il numero degli scenari incidentali convenzionalmente in esso considerati.

Gli Autori della presente nota hanno fatto proprio questo. A tal fine, si è utilizzata la nuova versione (4.04) del DG-QRAM, la quale ha eliminato diversi bugs della versione precedente ed ora è anche compatibile con le più recenti versioni dei sistemi operativi Windows.

C’è da dire che la nuova versione del DG-QRAM, modificato con l’albero degli eventi sviluppato in [5], può essere utile ad un livello preliminare per fornire una valutazione approssimata dell’incremento del livello di rischio dovuto al trasporto dell’idrogeno attraverso le gallerie.

È anche da ricordare che il DG-QRAM è in grado di valutare il rischio connesso solo ai veicoli che trasportano merci pericolose, che è una parte del rischio complessivo previsto dalla Direttiva EC/54/2004/ [6], e recepita dal D.Lgs. 264/06 [7].

Comunque, il punto non è se il livello di rischio quantificato col DG-QRAM rifletta accuratamente quello reale, ma piuttosto se il trasporto dell’idrogeno attraverso le gallerie possa rappresentare un significativo rischio addizionale.

Ciò non è noto a priori: pertanto, anche se approssimativi, sono auspicabili dei risultati che dovrebbero essere successivamente confermati da simulazioni fluidodinamiche e/o esperimenti su scala ridotta. 

L’analisi parametrica

Ai fini del presente studio sono state investigate numerose gallerie di tipo monodirezionale, dotate dei requisiti minimi di sicurezza previsti dal D.Lgs. 264.

L’analisi parametrica è stata condotta facendo variare la lunghezza della galleria (1, 2, e 4 km), il numero di corsie (due e tre corsie), il traffico giornaliero medio per corsia (5.000, 10.000, 15.000, e 20.000 veicoli/giorno), la percentuale di mezzi pesanti (10, 20, e 30%), e la percentuale di veicoli che trasportano merci pericolose (DGVs) rispetto alla percentuale dei mezzi pesanti (6, 12, 24%), il che include anche i veicoli che trasportano idrogeno liquido (LH2TVs).

A tale riguardo, vista la mancanza di dati specifici relativi ai LH2TVs si è assunto un traffico (in termini di tonnellate · km) pari a quello dei veicoli che trasportano GPL secondo il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti [8]. Da tali dati si è ricavata una percentuale di LH2TVs rispetto al totale dei veicoli che trasportano merci pericolose pari al 7%. 

pericolo
2. La composizione degli scenari di pericolo

 

Gli scenari di pericolo

Gli scenari di pericolo, simulati col DG-QRAM, sono 16. La composizione assunta per tali scenari, relativi ai diversi tipi oppure gruppi di veicoli che trasportano merci pericolose, espressa in percentuale sul totale delle merci pericolose trasportate, è riportata in Figura 2.

In particolare, si fa osservare che i potenziali scenari di pericolo causati da un eventuale rilascio di idrogeno liquido sono tre e sono così specificati:

  • Fireball (esplosione derivante dalla rottura catastrofica della cisterna);
  • Flash Fire (propagazione improvvisa di una fiamma ad alta velocità e breve durata);
  • VCE (esplosione derivante dall’innesco di una nube di gas infiammabile).

I principali risultati

I risultati ottenuti sono stati espressi in termini di rischio sociale, rappresentati dalle curve F/N e/o valore atteso del rischio EV, per ognuna delle combinazioni geometriche e di traffico considerate.

Il confronto tra i risultati ottenuti in presenza e in assenza dei veicoli che trasportano idrogeno liquido ha mostrato che il livello di rischio nelle gallerie stradali cresce, a parità di altri parametri, all’aumentare delle tonnellate per chilometro di idrogeno trasportato.

In particolare, la Figura 3 mostra – con riferimento alle gallerie più lunghe investigate (L = 4 km) – che il livello di rischio rispetto a quello trovato di assenza di LH2TVs aumenta del 2,66, 3,73, e 4,79% se le tonnellate per chilometro di idrogeno trasportato sono rispettivamente uguali a 7,6 · 108, 11,4 · 108, e 15,2 · 108.

Per le gallerie più corte (L = 1 km) il livello di rischio aumenta molto più rapidamente ed è del 14,62, 21,18, e 27,35% se le tonnellate per chilometro di idrogeno trasportato sono rispettivamente uguali a 7,6 · 108 [8], 11,4 · 108, 15,2 · 108.

I risultati dimostrano che gli incrementi più alti del livello di rischio dovuto ai veicoli per il trasporto di idrogeno (LH2TVs) sono trovati per le gallerie più corte e per bassi valori del traffico giornaliero medio per corsia.

idrogeno
3. L’incremento del livello di rischio al variare delle tonnellate per chilometro di idrogeno trasportato

Una possibile spiegazione potrebbe essere che per gallerie lunghe e per traffici più intensi, il livello di rischio è già così alto che la presenza dei LH2TVs ha poco effetto sull’incremento del rischio; il contrario può verificarsi per gallerie corte e bassi livelli di traffico.

I risultati hanno anche provato che in alcuni casi le curve F/N, le quali in assenza di idrogeno trasportato sono più vicine al limite superiore della zona di accettabilità condizionata (ALARP), potrebbero invece trovarsi oltre tale limite con la presenza dei LH2TVs. Ciò significa un aumento della numerosità dei casi che sono nella zona di non accettabilità del rischio.

A parità del numero complessivo di casi esaminati, diminuiscono i casi ricadenti in zona di accettabilità rispetto a quelli in assenza di idrogeno trasportato. Cioè dipende dalla combinazione dei parametri geometrici e di traffico; maggiori approfondimenti possono essere trovati in [5].

La Figura 4 sotto mostra quanto sopra trovato in termini di valori attesi (EV) con riferimento a 7,6 · 108 t per chilometro di idrogeno trasportato. 

Considerazioni conclusive e ulteriori sviluppi di ricerca

Lo studio è nato soprattutto dall’esigenza di capire se l’entità dell’incremento del livello di rischio, dovuto al transito dei veicoli che trasportano idrogeno in galleria, fosse rilevante.

I risultati ottenuti, seppur basati su un metodo di analisi di rischio non specifico per l’idrogeno, hanno mostrato la significatività del problema.

Pertanto, allo stato attuale, appare maggiormente giustificato investire in studi e ricerche finalizzate a sviluppare un metodo di analisi di rischio delle merci pericolose più appropriato per le gallerie stradali che tenga conto anche dei veicoli che trasportano idrogeno.

Tale metodo dovrebbe essere in grado di valutare anche l’efficacia di potenziali misure di sicurezza da implementare nelle gallerie per ridurre il rischio dovuto all’idrogeno. Pertanto, ulteriori studi sono necessari per fare progressi nella ricerca sul trasporto di idrogeno su strada e ampliare quindi la nostra conoscenza.

Idrogeno
4. Il confronto tra i casi esaminati con e senza i veicoli che trasportano idrogeno liquido (LH2TVs) in galleria

Bibliografia

[1]. C. Caliendo, M.L. De Guglielmo – “Quantitative risk analysis based on the impact of traffic flow in a road tunnel”, International Journal of Mathematics and Computers in Simulation, vol. 10, pp. 39-45, 2016.

[2]. C. Caliendo, M.L. De Guglielmo – “Quantitative risk analysis on the transport of dangerous goods through a bi-directional road tunnel”, Risk Analysis, vol. 37(1), pp. 116-129, https://doi.org/10.1111/risa.12594, 2017.

[3]. M.L. De Guglielmo, C. Caliendo – “Simplified method for risk evaluation in unidirectional road tunnels related to dangerous goods vehicles”, International Journal of Civil Engineering and Technology, vol. 8, pp. 960-968, 2017.

[4]. C. Caliendo, M.L. De Guglielmo – “Risk level evaluation of dangerous goods through road tunnels. Pavement and Asset Management”, Proceedings of the World Conference and Asset Management, pp. 779-786, 2019.

[5]. C. Caliendo, G. Genovese – “Quantitative risk assessment on the transport of dangerous goods vehicles through unidirectional road tunnels: an evaluation of the risk of transporting hydrogen. Accepted by Risk Analysis”, Wiley Online Library, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/risa.13653, 2020.

[6]. European Parliament and Council – “Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council”, L.167, Bruxelles, April 2004, Bruxelles, Belgium: Official Journal of the European Union.

[7]. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – “Attuazione della Direttiva 2004/54/CE in materia di sicurezza per le gallerie della rete stradale transeuropea”, D.Lgs. 264, 5 Ottobre 2006.

[8]. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – “Conto Nazionale delle Infrastrutture e dei Trasporti – anno 2004 con elementi informativi per l’anno 2005, http://www.mit.gov.it/sites/default/files/media/pubblicazioni/2018-08/CNIT___Conto_nazionale_Infrastrutture_e_Anno_2004_intero.pdf.

>  Se questo articolo ti è piaciuto, iscriviti alla Newsletter mensile al link http://eepurl.com/dpKhwL  <