Monitoraggio avanzato delle discariche: rilevamento e quantificazione delle perdite di biogas tramite droni equipaggiati con sensori di metano

Diversi studi condotti sull’impatto ambientale dei sistemi di gestione dei rifiuti hanno individuato nelle emissioni fuggitive di biogas provenienti dai corpi di discarica uno dei principali hot spot ambientali. Tale impatto è attribuibile in particolare al metano non intercettato dai sistemi di captazione, che contribuisce in modo rilevante al cambiamento climatico. La gestione efficiente di tali emissioni rappresenta quindi un elemento cruciale per la sostenibilità ambientale dei siti di smaltimento. Tradizionalmente, la quantificazione delle perdite di metano viene effettuata mediante l’utilizzo delle cosiddette “land box”, camere statiche installate sulla superficie della discarica per la misurazione puntuale dei flussi gassosi. Sebbene si tratti di una metodologia consolidata e riconosciuta a livello normativo, essa presenta limiti significativi, in particolare per quanto riguarda la rappresentatività spaziale delle misure e la capacità di individuare in modo tempestivo le sorgenti di emissione. Le misurazioni ottenute tramite land box tendono spesso a restituire valori di efficienza di captazione del metano molto elevati, talvolta superiori al 98%, che non riflettono necessariamente la reale efficacia dei sistemi di raccolta e trattamento del biogas. In realtà, in numerose discariche l’efficienza effettiva di captazione risulta sensibilmente inferiore, spesso al di sotto del 50%. Questa discrepanza tra i dati misurati e la situazione operativa comporta una sottostima del problema e riduce gli incentivi ad adottare strategie di mitigazione più efficaci, favorendo il perdurare delle emissioni non controllate. In tale contesto, una tecnologia emergente e particolarmente promettente è rappresentata dall’impiego di droni equipaggiati con sensori per il rilevamento del metano (Sliusar et al., 2022). Tali sistemi, basati su sensori ottici o spettrometrici ad alta sensibilità, consentono rilievi ad elevata risoluzione spaziale e temporale, permettendo di mappare con precisione la distribuzione delle emissioni su vasta scala. L’utilizzo dei droni offre inoltre la possibilità di raggiungere agevolmente aree difficilmente accessibili con i metodi tradizionali, migliorando così l’efficienza del monitoraggio e la tempestività degli interventi. Il presente studio illustra i risultati ottenuti mediante l’applicazione di questa tecnologia innovativa in un sito di discarica. La ricerca ha consentito di individuare e quantificare le aree a maggiore criticità emissiva (hot spot) di biogas, attraverso l’utilizzo di uno spettrometro TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectrometer) montato su drone. I dati acquisiti durante i voli sono stati successivamente elaborati mediante algoritmi di stima del flusso di metano basati sull’approccio del bilancio di massa. La metodologia adottata si basa su sperimentazioni in campo: sono state condotte diverse campagne di rilievo tramite drone, eseguite in differenti condizioni ambientali. I voli sono stati ripetuti variando parametri come quota e velocità, in diverse condizioni meteorologiche e in differenti periodi dell’anno, al fine di ottenere una rappresentazione dinamica e completa del comportamento emissivo del sito. Tali rilievi hanno permesso di realizzare una comparazione temporale delle emissioni e di valutare in modo più accurato l’efficienza del sistema di captazione. I dati sperimentali sono stati elaborati utilizzando algoritmi dedicati progettati per (i) eliminare i falsi positivi (algoritmi di correzione) e (ii) rilevare le effettive emissioni di metano (algoritmi di rilevamento). Le fasi principali della procedura di stima sono le seguenti: • Stima del backgroung (applicazione di algoritmi di correzione dei valori anomali); • Identificazione dei punti di emissione (applicazione di algoritmi di rilevamento); • Quantificazione del flusso di metano (approccio basato sul bilancio di massa). Nella prima fase vengono determinati i livelli di fondo ambientale del metano; poiché i sensori TDLAS possono produrre letture di falsi positivi, tali errori vengono identificati e rimossi utilizzando algoritmi di correzione. La concentrazione di fondo risultante viene successivamente impiegata come soglia di riferimento per l’individuazione di dati contenenti le emissioni vere e proprie (Tassielli et al., 2024). Una volta stabilito il livello del fondo ambientale, vengono applicati gli algoritmi di rilevamento per identificare i segnali di emissione di metano. A causa dello scostamento spaziale tra la traiettoria di volo del drone e i punti di emissione effettivi a terra, nonché del continuo movimento del sensore, le misurazioni grezze potrebbero apparire spazialmente "sfocate". Per risolvere questo problema, sono state implementate procedure di filtraggio e aggregazione dei dati per evidenziare i segmenti di volo che mostrano segnali significativamente superiori ai livelli di fondo (Tassielli et al., 2025). La fase finale è consistita nella stima del flusso di metano emesso come emissione fuggitiva, utilizzando il metodo del bilancio di massa; in tal modo è stato possibile anche calcolare l’efficienza di captazione del sistema, ottenendo risultati maggiormente realistici. L’impiego di sistemi di monitoraggio avanzati, come i droni dotati di sensori ad alta sensibilità, rappresenta dunque una promettente applicazione del remote sensing per il miglioramento della gestione ambientale delle discariche e, più in generale, per il controllo delle emissioni climalteranti. L’integrazione tra rilievi sperimentali, modellazione avanzata e analisi ambientale consente di incrementare l’accuratezza delle stime emissive e di supportare decisioni più informate, favorendo strategie di mitigazione più efficaci. In un contesto globale sempre più orientato alla transizione ecologica e alla neutralità climatica, tali tecnologie possono contribuire in modo significativo al raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità, valorizzando il ruolo dei siti di smaltimento all’interno di un’economia circolare e a ridotto impatto ambientale.