appunti di sicurezza e impatto ambientale dei sistemi energetici

(HCHO)

A questi fa aggiunto il contaminate CO , co responsabile dell’effetto serra

2

Lo studio del fenomeno dell’inquinamento atmosferico viene affrontato partendo dalla

conoscenza dei fenomeni che determinano l’attività delle sorgenti. Vengono poi identificate

le modalità prevalenti di trasporto dell’inquinante. Successivamente viene effettuata una

stima delle alterazioni spazio temporale della qualità dell’aria creando delle mappe di

indicatori. Dopo la definizione dei bersagli esposti a tale inquinante e della loro vulnerabilità,

si fa una valutazione delle conseguenze attese sui bersagli.

Particolato

➢ Il particolato è un qualsiasi solido do liquido disperso in atmosfera avente dimensioni

comprese tra 0,2 nm (molecole) e 0,5 mm (sabbia fine).Ai fini dell’inquinamento le proprietà

da tenere in conto del particolato sono le dimensioni, la distribuzione dimensionale, la forma,

la sua composizione e la sua fase, le capacità di assorbimento e le sue proprietà ottiche.

Avendo forma irregolare si fa riferimento ad un diametro convenzionale D, che può essere

per esempio il diametro della sfera avente stesso volume o superficie.

La distribuzione dimensionale del particolato si esprime in termini di numero o massa di

particelle di una classe dimensionale. Quella di origine industriale segue un andamento log-

normale, ossia quello per il quale ln(D) segue una distribuzione normale o Gaussiana. Ogni

distribuzione ha associata la sua cumulata, ed ha anch’essa un valore significativo per

l’analisi delle sostanze rilasciate.

Una prima classificazione dei particolati è basata sulla sua fase fisica e dimensioni: si

possono avere aerosol (D<2micron), esalazioni (D<1 micron), polveri (dust, 0,25<D<500

micron), fumi, nebbie, smog e sabbie (D>500 micron)

Una seconda classificazione del particolato è fatta in base al comportamento nel sistema

respiratorio ed è quella su cui vengono basate le norme:

● Particolato grossolano (>10 micron), non riesce a penetrare il tratto respiratorio superiore

● PM10 – Particelle di dimensioni comprese tra 2,5 e 10 micron che hanno la capacità di

entrare nel tratto respiratorio superiore (naso e laringe)

● PM2,5 – particolato fine D<2,5 micron, chiamata polvere toracica perché in grado di

penetrare profondamente nei polmoni

● PM0,1 – particolato ultrafine con dimensioni <0,1 micron, particelle in grado di penetrare fino

agli alveoli. Componenti Fonti Permanenza Distribuzione

PM10 Polvere,spore, Agricoltura, Da ore a giorni 10-100 km dalla

terreno,metalli suolo, aerosol fonte

marino

PM2,5 Carbonio Combustioni Da giorni a 1000 km dalla

elementare, primarie settimane fonte

idrocarburi

PM0,1 Combustioni Fotochimica Da minuti a ore 100 mt dalla

primarie secondaria, fonte

idrocarburi, emissioni

metalli, C autovicolari

Effetti:

Sull’uomo: Il particolato è intrinsecamente tossico perché in grado di adsorbire e absorbire

➢ sostanze nocive e di trasportare allergeni e agenti infettivi. I tessuti umani sostanzialmente

colpiti sono i polmoni, che sono quelli a più diretto contatto col flusso sanguigno. La maggior

parte del particolato ritenuto dal corpo (75%) è quello con dimensione minore di 10 micron. I

PM 2,5 sono quelli più presenti dopo la combustione e quelli con tempo di sedimentazione

più elevato (da notare che una volta depositati a terra non hanno finito di impattare

l’ambiente). A Roma la produzione arriva a 700 tonnellate annue, più della metà prodotte dai

veicoli.

sui materiali, sia direttamente (danno estetico) sia indirettamente (danno dovuto all’effetto

➢ corrosivo degli agenti pulenti, che aumenta più è alta l’umidità)

sulla vegetazione: è dovuto solo a polveri specifiche. esse mescolandosi con nebbie e

➢ piogge si depositano sulle foglie delle piante e oltre ad ostacolare la fotosintesi rendono

contaminato il cibo per gli animali erbivori.

globali: comprendono l’alterazione della propagazione e dell’assorbimento delle radiazioni

➢ solari quindi visibilità (oscuramento globale) e processi di condensazione del vapore acqueo.

Questo perché le particelle di particolato, soprattutto quelle sotto forma di aerosol, sono

fortemente igroscopiche e favoriscono il formarsi delle nubi atmosferiche.

Si riconoscono due diverse tipologie del fenomeno dello smog:

1. L’inversione termica da radiazione, o smog di londra,è una condizione che si verifica in

zone con alta escursione termica tra notte e giorno, basse temperature, umidità relativa alta

e presenza di pulviscolo e anidride solforosa (SO2)

2. Inversione termica da stasi, o smog di los angeles, si verifica in zone marine col alture alle

spalle caratterizzate da brezze e forti irraggiamenti, quindi inversione termica in alta quota,

forte irradiazione solare, temperature elevate e umidità relativa bassa.

Monossido di carbonio

➢ È il prodotto della combustione incompleta dei combustibili organici, è esso stesso un buon

combustibile rilasciando grandi quantità di calore quando reagisce (per questo negli impianti

industriali si tende a minimizzarne le emissioni), ma è stato abbandonato per l’uso

domestico a causa della sua tossicità. In Italia la maggior parte del monossido emesso è

prodotto dal settore dei trasporti (10 volte di più degli altri settori) e a seguirlo quello

industriale (impianti siderurgici e raffinerie). La percentuale di CO emessa dai motori a

combustione interna degli autoveicoli va dal 3,5% al 10%, a seconda del regime di moto del

motore (il traffico lento è una fonte importante). I motori Diesel ne emettono di meno perché

utilizzano più aria, ma in compenso rilasciano più particolato.

Le emissioni naturali di CO avvengono per effetti vulcanici, incendi, oceani e ossidazione di

idrocarburi.

Effetti:

Sull’uomo: Il monossido di carbonio è un killer silenzioso, essendo incolore e inodore e

➢ avendo un affinità 220 volte maggiore a quella dell’ossigeno rispetto all’emoglobina

contenuta nel sangue umano. All’aumentare della concentrazione di CO nell’aria diminuisce

il tempo di sopravvivenza.

Sui materiali: nessun effetto

➢ sulla vegetazione: effetti di lieve entità

➢ Data la sua permanenza nell’atmosfera (3-4) mesi, viene utilizzato come tracciante

dell’andamento temporale degli inquinanti a livello del suolo. Viene rimosso dall’atmosfera

mediante processi di ossidazione o reazioni fotochimiche. In ambiente urbano per gli alti

gradienti di temperatura (anche a livello di metri e secondi) è difficile stabilire dei modelli di

diffusione.

Ossidi di Zolfo SO

➢ x

Son presenti nell’atmosfera sotto forma di anidride solforosa SO (prodotta antropicamente),

2

acido solfidrico (prodotto naturalmente) e solfati derivanti dall’SO . Il biossido SO è

2 2

l’inquinante atmosferico per eccellenza, essendo il più diffuso, uno dei più aggressivi e

pericolosi e quello emesso in quantità più elevate durante la combustione (il 90% di S nel

combustibile viene trasformato in SO , il resto in SO e solfati). Deriva principalmente

2 3

dall’ossidazione dello zolfo durante la combustione delle sostanze che lo contengono come

impurezza. Le emissioni di SO sono le principali responsabili delle piogge acide, perché

2

reagendo con l’ossigeno presente nell’aria (reazione lenta rispetto a quella dell’SO ) dà

2

origine all’anidride solforica che, legandosi con l’acqua produce acido solforico (problema

della catena di successive ossidazioni dello zolfo). Questa reazione è favorita da

atmosfera secca ed alta insolazione. nella combustione viene considerato inquinante di

riferimento l‘SO poiché la concentrazione del triossido di zolfo è compresa tra l’1 e il 5%

2

rispetto a quella del biossido. Per limitare le emissioni di questo inquinante vengono utilizzati

impianti di desolforazione del combustibile a monte della caldaia (quello solido ne contiene

di più di quello liquido, il basso tenore zolfo comporta un aumento significativo del prezzo),

ottimizzazione del processo di combustione e rimozione degli SO prima del camino tramite

x

rimotori. Va notato che lo zolfo è uno degli elementi che forniscono mediante combustione le

più alte quantità di energia.

Effetti:

Sull’uomo: patologie all’apparato respiratorio, alta reattività con le mucose dovuta all’elevata

➢ solubilità in acqua, irritazioni e morte (alte concentrazioni). Il suo odore pungente fa sì che

sia possibile accorgersi della sua presenza, a differenza della CO

Sui materiali: danni alle vernici (aumento dei tempi di posa in opera), metalli (facilita la

➢ corrosione), materiali da costruzione e fibre

Sulla vegetazione: L’esposizione ad alte concentrazioni provoca necrosi della foglia, mentre

➢ a basse concentrazioni ingiallimento. Più colpite le piante a foglia larga.

Ossidi di azoto NO

● x

Vengono prodotti durante la combustione a partire dall’azoto nell’aria nelle forme di ossido di

azoto NO, protossido di azoto N O, anidride nitroso-nitrica, N O . La produzione accentuata

2 2 5

è dovuta al fatto che non è possibile realizzare combustioni stechiometriche ed è necessario

utlizzare comburente in eccesso. Il più nocivo a livello atmosferico è il biossido di azoto, che

viene prodotto dalla combustione in misura ridotta e nell’atmosfera successivamente al

rilascio, in 2-5 giorni. Il processo è fortemente influenzato dalla radiazione solare e dalla

presenza di specie chimiche. In presenza di umidità l’NO si trasforma in acido nitrico, co-

2

responsabile delle piogge acide.

Gli NO si formano a temperature superiori a 1200 °C e sono quindi sempre presenti nei

x

processi di combustione. Le quantità prodotte dipendono dalle temperature di fiamma e

dalla frazione di aria in eccesso. Il 90% degli NO emessi è costituito dall’NO

x

Si posso suddividere in 3 categorie:

1. Thermal NO → derivano dall’ossidazione dell’azoto presente nell’aria comburente.

x

Rappresentano la frazione principale nel caso di combustibili gassosi e liquidi

2. Prompt NO → prodotti velocemente tramite reazione con l’azoto dell’aria e i radicali

x

idrocarburici presenti nel fronte di fiamma

3. Fuel NO → formati dall’azoto intrinsecamente presente nel combustibile. Assumono

x

rilevanza nel caso dei combustibili solidi.

Effetti:

Sull’uomo: ossidano il ferro contenuto nell’emoglobina e lo rendono inutiliza