Appunti Ingegneria per l'ambiente e la sicurezza dei processi produttivi

IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA)

Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) sono un'importante classe di inquinanti

atmosferici.

1. Caratteristiche e Struttura. Gli IPA sono una vasta classe di composti organici

caratterizzati dalla presenza di due o più anelli aromatici condensati tra loro.

2. Origine e Fonti di Emissione. Gli IPA non sono prodotti dall'uomo, ma sono invece

naturalmente presenti in combustibili fossili. Sono generati principalmente attraverso

processi di combustione incompleta. Le fonti di emissione più rilevanti sono:

Combustione di combustibili fossili: Sono prodotti dalla combustione incompleta

 di combustibili fossili.

• Fonti naturali: Alcune fonti naturali includono incendi boschivi e emissioni

gassose durante le eruzioni vulcaniche.

• Fonti antropogeniche:

Combustione incompleta di combustibili in genere: Sia da fonti naturali

o che antropogeniche.

Impianti di produzione dell'energia.

o Impianto e impiego di asfalto e catrami.

o Produzioni industriali: Diversi tipi di produzione industriale che impiegano

o metalli.

3. Impatti sulla Salute e Tossicità. Gli IPA sono un gruppo di inquinanti con

significativi impatti sulla salute umana

Cancerogeni e Genotossici: Molti IPA sono considerati cancerogeni e genotossici

 (cioè in grado di danneggiare il DNA).

Assorbimento: Possono essere assorbiti attraverso la pelle, l'apparato

 respiratorio e l'apparato gastro-intestinale.

4. Presenza nell'Atmosfera e Monitoraggio. Gli IPA possono presentarsi sia in fase

gassosa che adsorbiti sul particolato atmosferico, in particolare sul PM2.5 (particolato

con diametro inferiore a 2.5 µm), che può penetrare profondamente nel sistema

respiratorio umano. La loro presenza è associata allo smog.

PARTICOLATO ATMOSFERICO

Il particolato atmosferico (PM), o polveri sottili, è un inquinante atmosferico complesso,

costituito da un insieme di particelle solide e/o liquide sospese nell'atmosfera.

1. Caratteristiche e Classificazione. Le particelle di particolato hanno un diametro

che può variare da 0,1 a 100 µm. A seconda delle dimensioni, si distinguono diverse

frazioni; le più importanti sono:

• PM10: Particolato con diametro inferiore a 10 µm.

• PM2.5: Particolato con diametro inferiore a 2,5 µm. È un inquinante monitorato

specificamente in Italia.

Il particolato può rimanere sospeso in atmosfera per lunghi periodi, da giorni a mesi.

2. Composizione. Il particolato è costituito da una varietà di sostanze, tra cui: residui

carboniosi. sabbia, cemento, polvere, materiale biologico (es. spore, pollini), metalli

(es. ferro, piombo, rame, zinco), nitrati, solfati. Il particolato può anche trasportare

altre sostanze inquinanti, come metalli pesanti, idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e

materiali radioattivi.

3. Origine e Fonti di Emissione. Il particolato può avere origini sia naturali che

antropogeniche e viene classificato come primario o secondario:

• Particolato Primario: È emesso direttamente nell'atmosfera come particella.

Esempi includono fuliggine e polvere.

• Particolato Secondario: Si forma in atmosfera attraverso reazioni chimiche e

fisiche tra inquinanti gassosi.

Le fonti di emissione principali sono:

• Naturali: Incendi boschivi, eruzioni vulcaniche, tempeste di sabbia,

emissione di spore e pollini.

• Antropogeniche:

• Combustione incompleta: i residui carboniosi derivanti dalla

combustione incompleta sono responsabili della formazione di

particolato e ceneri.

• Impianti di produzione dell'energia.

• Industrie: Raffinerie, industrie chimiche, impianti e impiego di asfalto

e catrami, produzioni industriali che impiegano metalli.

• Trasporto su strada: Contribuisce alle emissioni di particolato.

• Attività agricole: Ad esempio, la movimentazione del terreno.

4. Impatti sulla Salute Umana. Il particolato è un inquinante con effetti significativi

sulla salute, in particolare sull'apparato respiratorio.

• Penetrazione: La profondità di penetrazione nell'apparato respiratorio dipende

dal diametro delle particelle:

• Trasporto di inquinanti: Il PM può adsorbire gas inquinanti e fungere da veicolo

per altre sostanze tossiche come metalli pesanti, IPA (molti dei quali sono

cancerogeni e genotossici) e materiali radioattivi, trasportandoli in profondità

nel sistema respiratorio.

5. Impatti Ambientali. Il particolato è un componente dello smog fotochimico. La sua

presenza può anche influenzare la visibilità nell'atmosfera.

6. Monitoraggio e Situazione Attuale. Il particolato atmosferico è uno degli

inquinanti monitorati, con attenzione specifica al PM2.5. Sebbene le emissioni di alcuni

precursori siano diminuite, la concentrazione di PM in alcune aree, come la Pianura

Padana in Italia, supera ancora i valori limite, indicando una qualità dell'aria

problematica.

RESIDUI DI COMBUSTIONE

Durante la combustione si formano ossidi di zolfo (SOₓ) e di azoto (NOₓ), derivanti da

impurità presenti nel combustibile. Gli ossidi di zolfo derivano direttamente dallo zolfo

contenuto nel combustibile e la loro formazione è inevitabile.

Diversa è la formazione degli ossidi di azoto (NOₓ), che è influenzata da più fattori ed è

favorita da alte temperature. È quindi possibile limitarne la produzione controllando le

condizioni di reazione. NOₓ e SOₓ sono inquinanti regolati per legge e i loro valori nei fumi

devono essere monitorati.

EFFETTO SERRA E RISCALDAMENTO GLOBALE

Effetto Serra L'effetto serra è un fenomeno naturale essenziale per la vita sulla Terra.

Consiste nella capacità di alcuni gas presenti nell'atmosfera, noti come "gas serra", di

intrappolare parte della radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre. Questi

gas, tra cui anidride carbonica (CO₂), metano (CH₄), protossido di azoto (N₂O) e vapore

acqueo (H₂O), sono trasparenti alla radiazione solare diretta ma non alla radiazione

infrarossa riemessa dalla Terra, che ha lunghezze d'onda maggiori. Circa il 70%

dell'energia solare viene assorbita dalla superficie terrestre e riemessa come radiazione

infrarossa, di cui circa il 90% viene assorbita dai gas serra e riemessa, anche verso la

Terra, contribuendo al riscaldamento del pianeta. Solo una piccola parte (circa il 10%)

attraversa l'atmosfera e si disperde nello spazio tramite la "finestra atmosferica". Questo

meccanismo naturale mantiene la temperatura media terrestre intorno ai +15 °C; senza

di esso, la temperatura sarebbe di circa –18 °C.

Riscaldamento Globale Il problema del riscaldamento globale nasce quando l'equilibrio

naturale dell'effetto serra viene alterato da un eccesso di gas serra dovuto all'attività

antropica. L'intensificazione delle attività umane, come la crescita della popolazione e

l'aumento della produttività industriale, ha portato a un "peggioramento" di questo

fenomeno naturale. Settori come l'industria, i trasporti e gli edifici emettono grandi

quantità di gas serra, che si sommano a quelli naturali già presenti, aumentando le loro

concentrazioni atmosferiche, inclusi nuovi gas generati dalle attività umane. Il

riscaldamento globale è il risultato di un effetto serra potenziato/alterato dall'uomo, che

innalza in modo anomalo la temperatura media terrestre e altera l'equilibrio naturale del

pianeta.

Impatti del Riscaldamento Globale

Il riscaldamento globale comporta impatti ambientali significativi, tra cui ondate di calore,

uragani e alluvioni. Ci sono anche effetti indiretti come l'alterazione della biodiversità,

cambiamenti negli ecosistemi e crisi idriche, che possono sfociare in conflitti per l'accesso

a risorse naturali sempre più scarse a causa del cambiamento climatico.

Gas Serra Principali

I gas serra sono gas atmosferici che assorbono e riemettono la radiazione infrarossa dalla

superficie terrestre, contribuendo al riscaldamento dell'atmosfera. Possono essere di

origine naturale o antropica.

Per valutarne l'effetto clima-alterante, si considerano tre fattori:

1. Concentrazione atmosferica: maggiore la presenza, maggiore l'influenza.

2. Tempo di vita atmosferico: alcuni gas persistono per decenni, amplificando l'effetto

a lungo termine.

3. Struttura molecolare: determina la capacità di assorbire la radiazione infrarossa.

I principali gas serra includono:

• Vapore acqueo (H₂O): Ha il ruolo maggiore nell'effetto serra, contribuendo per

circa il 60-70%. Non è soggetto a regolamentazioni perché ha un tempo di

permanenza molto breve, con le precipitazioni che ristabiliscono l'equilibrio quando

la concentrazione aumenta. È un gas serra naturale, la cui presenza in atmosfera è

dovuta principalmente all'evaporazione da oceani, fiumi, suoli e piante. Non è

emesso direttamente in quantità rilevanti dalle attività umane. Tuttavia, l'aumento

delle temperature causato dall'attività umana (tramite emissioni di CO₂, CH₄, ecc.)

incrementa la capacità dell'aria di trattenere vapore acqueo, creando un

meccanismo di feedback positivo: più calore porta a più vapore acqueo, che a sua

volta aumenta l'effetto serra e quindi ulteriore calore.

• Anidride carbonica (CO₂): Contribuisce per circa il 10% all'effetto serra. È il gas

su cui si concentrano maggiormente le politiche ambientali perché non esiste un

meccanismo naturale che ne riequilibri rapidamente le concentrazioni. Le sue fonti

principali sono la combustione di combustibili fossili, la deforestazione e varie

attività industriali.

• Metano (CH₄): Contribuisce per circa l'8%. È rilasciato da attività agricole,

allevamenti e processi industriali. Sebbene meno concentrato della CO₂, è molto

più potente nel trattenere calore.

• Gas fluorurati: Sono di origine esclusivamente antropica. Pur presenti in basse

concentrazioni, sono estremamente pericolosi a causa della loro lunga persistenza

in atmosfera e della loro elevata efficienza radiativa. Derivano principalmente da

processi industriali, in particolare nei settori della refrigerazione ed elettronica.

• Ossidi di azoto (NOₓ): Il loro contributo stimato è inferiore all'1%, ma hanno un

forte potere assorbente e la loro concentrazione è in aumento.

Global Warming Potential (GWP): Il Global Warming Potential (GWP) è uno strumento

per quantificare il contributo dei diversi gas serra al riscaldamento globale. Serve come

metrica comparativa per confrontare l'energia trattenuta in atmosfera da 1 kg di un