SOSTANZE INQUINANTI


Il crescente sviluppo industriale, l’aumento delle emissioni di prodotti della combustione, gli agglomerati urbani sempre più estesi sono solo alcune delle cause di uno dei più gravi problemi della società moderna: l’inquinamento atmosferico.

L’AEA (Agenzia Europea dell’Ambiente) definisce l’inquinamento come l’alterazione, causata direttamente o indirettamente dall’uomo, delle proprietà biologiche, fisiche, chimichedell’ambiente, quando si crea un rischio o un potenziale rischio per la salute dell’uomo o la sicurezza e il benessere di ogni specie vivente. L’inquinamento atmosferico è l’alterazione delle condizioni naturali dell’aria dovuta all’emissione di composti inquinanti in atmosfera.

Le fonti di inquinamento possono essere Naturali (eruzioni vulcaniche che liberano SO2, incendi in cui si libera PM10) o antropiche (attività di origine umana).


Gli inquinanti possono essere divisi in due categorie: primari se sono emessi direttamente in atmosfera tali e quali, cioè non subiscono modificazioni una volta emessi, oppure secondari se si generano in atmosfera a seguito di reazioni chimiche tra varie sostanze in esse presenti, quali inquinanti primari o no.


I principali composti che causano inquinamento atmosferico sono:

  • Biossido di Zolfo (SO2): generato dalla combustione di carburanti contenenti zolfo, nelle centrali elettriche, durante la fusione di metalli e nella lavorazione del greggio. Causa le piogge acide e malattie respiratorie
  • Ossidi di azoto (NOX): generati nei processi di combustione dei veicoli a motore, nelle centrali elettriche e negli impianti di riscaldamento. Causano malattie respiratorie, smog fotochimico e piogge acide.
  • Composti organici volatili (VOCs): un particolare accenno va dato a questi composti di cui tanto si parla oggi in quanto non sono solo inquinanti atmosferici ma sono anche i maggiori responsabili dell’inquinamento indoor. Infatti, molti prodotti e materiali presenti nelle abitazioni domestiche contengono VOCs che possono essere rilasciati col tempo come ad esempio: pitture e prodotti associati, pavimenti vinilici; materiali in legno; multistrato (MDF); moquette; controsoffitti; isolanti. I VOCs (dall’acronimo inglese Volatile Organic Compounds) o COV (Composti Organici Volatili) che dir si voglia sono una serie di composti diversi, all’incirca più di 300, caratterizzati da una certa volatilità o meglio in grado di evaporare con facilità già a temperatura ambiente. Come dice lo stesso nome questi composti organici sono una serie di sostanze tutte contenenti carbonio, presenti in atmosfera principalmente in forma gassosa. I COV possono essere semplici idrocarburi cioè composti organici a base esclusivamente di carbonio e idrogeno, di natura alifatica (catena lineare o ramificata di cui il capostipite è il metano – CH4) o aromatica (catene cicliche di cui il capostipite è il benzene – C6H6); o molecole più complesse contenenti atomi di azoto, ossigeno, cloro e altri elementi. Della famiglia dei COV fanno parte gli idrocarburi aromatici (benzene e derivati, toluene, etilbenzene, xileni noti come BTEX), gli idrocarburi alifatici (dal n‐esano al n-esadecano e i metilesani), gli idrocarburi clorurati (cloroformio, diclorometano, clorobenzeni), gli alcoli (etanolo, propanolo, butanolo e derivati), gli esteri, i chetoni e le aldeidi (formaldeide). Il principale ruolo atmosferico dei composti organici volatili è connesso alla formazione di inquinanti secondari.

I COV hanno sia origine naturale sia antropica.


I composti organici volatili di origine naturale provengono dalle piante; i terpeni, ad esempio, sono una famiglia di COV pressoché ubiquitaria nelle piante superiori, e particolarmente accumulata in alcune specie (es: rosmarino, lavanda, menta, agrumi, prezzemolo, anice, camomilla). I COV sono prodotti e si accumulano in tutti gli organi della pianta (steli, foglie, gemme, fiori, semi, frutti, legno, radici), sebbene siano maggiormente presenti negli organi
aerei.


I COV di origine antropica sono molecole costruite dall’uomo, utilizzando alcuni derivati dalla raffinazione del petrolio, che consentono ad esempio la produzione di solventi organici largamente impiegati nella produzione di vernici ed inchiostri, nei trattamenti delle superfici (lavaggi, verniciature, stampe), nel rivestimento del cuoio e nella produzione di calzature, nella conversione della gomma, nell’estrazione di oli vegetali, nel settore della chimica farmaceutica, nei processi di combustione incompleta e di evaporazione di solventi e carburanti. Il benzene, in particolare, è presente nell'aria principalmente per effetto delle emissioni autoveicolari. In generale i COV interferiscono sui processi respiratori ed irritano gli occhi. Causano malattie respiratorie, sono cancerogeni e contribuiscono allo smog fotochimico.

  • IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici): sono altri composti organici del carbonio costituiti da più anelli benzenici. In atmosfera sono state identificate più di cento specie di IPA a partire dal naftalene presente in fase gassosa con due anelli benzenici fino a composti con sette o più anelli che possono essere adsorbiti sul particolato. Storicamente gli IPA rappresentano la prima specie chimica ad essere stata identificata come cancerogena. L’origine degli IPA è associata principalmente ad attività antropiche, quali processi industriali, riscaldamento domestico, produzione di energia, traffico, essendo prodotti da processi di combustione incompleta di carbone, olio, legno ed altri materiali organici. L’esposizione agli IPA comporta vari danni a livello ematico e polmonare. Secondo l’International Agency for Research on Cancer (IARC) tra gli IPA sono probabili cancerogeni per l’uomo il benzo(a)pirene, il benz(a)antracene e il dibenz (a, h) antracene; mentre sono possibili cancerogeni il benzo(b)fluorantene, il benzo(k)fluorantene e l’indeno (1,2,3,‐c, d) pirene.
  • Anidride carbonica (CO2): prodotta dall’impiego di combustibili fossili in tutte le attività energetiche, industriali e nei trasporti. Causa effetto serra
  • Ozono (inquinante secondario): si genera nella troposfera per reazioni tra NO2 e VOCs con i raggi UV. È responsabile di malattie respiratorie e smog fotochimico. L’emissione in atmosfera dei composti organici volatili (COV o VOCs) concorre alla formazione del cosiddetto smog fotochimico, ovvero un fenomeno di inquinamento favorito dalla radiazione ultravioletta solare, che vede coinvolti oltre ai COV anche gli ossidi di azoto (che come abbiamo detto provengono da ogni combustione, per cui dal traffico, dai riscaldamenti, da produzioni industriali, da stoccaggio e distribuzione di carburanti…); tale fenomeno si evidenzia proprio con la formazione di Ozono nella troposfera, ossia nella parte dell’atmosfera nella quale viviamo.
  • Le polveri sottili: possono essere paragonate a un killer lento e silenzioso, sono così piccole da poter essere inalate e man mano si accumulano nel sistema respiratorio. Quando si parla di polveri sottili di solito si fa riferimento alle cosiddette PM 10, ma negli ultimi dieci anni gli scienziati hanno messo in evidenza un’altra forma di inquinamento legato alle polveri sottili da un diametro minore, le PM 2,5.
    Quanto sono grandi le polveri sottili e cosa significano le diciture PM 10 e PM 2,5? Le polveri sottili PM 10 hanno un diametro di 10 micron, così come le polveri sottili PM 2,5, misurano solo 2,5 micron. Per comprendere queste dimensioni, vi basterà immaginare lo spessore di un capello, le polveri sottili hanno un diametro 30 volte inferiore rispetto a quello di un nostro capello! Se le polveri sottili da un diametro di 10 micron sono inalabili e si accumulano nei polmoni, quelle da un diametro da 2,5 micron sono addirittura respirabili, ciò significa che possono penetrare nei nostri polmoni fino ad accumularsi nel sangue e raggiungere varie parti del nostro organismo. Così, se i danni legati alle polveri sottili di PM 10 sono circoscritti al sistema respiratorio, quelli legati alle polveri sottili PM 2,5 potrebbero estendersi anche ad altri tessuti. I danni ambientali delle polveri sottili sono legati alla deturpazione dei monumenti, reperti e pietre; le polveri sottili sono dei coadiuvanti dell’azione delle piogge acide. I danni peggiori sono quelli che le polveri sottili causano alla salute umana e anche alla fauna: le polveri sottili sono trasportate ovunque dal vento e si depositano nel suolo agricolo come sul manto stradale, il traffico automobilistico alza queste polveri e i passanti le inalano/respirano, danneggiandosi inconsapevolmente. Ancora, le polveri sottili possono accumularsi nei corsi d’acqua o nel suolo fino a raggiungere le falde acquifere rendendo i laghi e i torrenti acidi, modificando così l’equilibrio dei nutrienti delle acque e dei bacini fluviali. Si parla spesso di polveri sottili, pulviscolo atmosferico, polveri totali sospese e particolato indicando con questi termini sostanze sospese in aria senza alcun riferimento alle dimensioni o alla natura di tali particelle (fibre, metalli pesanti, inquinanti liquidi, gassosi, solidi, particelle carboniose…). Quando si parla di polveri sottili si fa riferimento al particolato o particolato sospeso ovvero, si parla di tutte quelle particelle disperse nell’atmosfera (o accumulate nel suolo e nei corsi d’acqua) che hanno un diametro che va da pochi nanometri fino a 500 micron, è per questo che nello specifico si effettua una divisione tra polveri sottili PM 10 e PM 2,5. Le polveri sottili con un diametro superiore ai 10 micron sono definite “particolato grossolano”, l’attenzione a queste polveri sottili non è tale da destare grossa preoccupazione in quanto riescono a superare la laringe e penetrare nel sistema respiratorio umano solo in minima parte. Ancora, l’ambiente è interessato dal dramma delle particelle ultrasottili anche dette nanopolveri (particolato ultrafine) si tratta di polvere respirabile che può raggiungere gli alveoli polmonari, queste hanno un diametro inferiore ad 1 micron mentre le nanopolveri rientrano nell’ordine di grandezza dei nanometri (in ordine di descrizione, PM 1, PM 01 e PM 0,001).
    Dal momento che quando si parla di polveri sottili si fa riferimento a una grossa quantità di particelle è ovvio che non vi è un’unica fonte. Generalizzando si può affermare che le polveri sottili più piccole si formano principalmente da residui della combustione. Possono essere generate da fenomeni naturali, come l'erosione del suolo o, più comunemente, dai gas di scarico delle automobili o dall'inquinamento degli impianti industriali.

 

PROCESSI DI OSSIDAZIONE AVANZATA

Non è possibile trattare e purificare tutta l’aria che ci circonda. L’unico modo per combattere l’inquinamento è la prevenzione: ridurre il più possibile le emissioni di sostanze tossiche e utilizzare fonti di energia alternativa ossia fonti rinnovabili di energia (solare, eolica…). Tuttavia ci sono diversi metodi tradizionali di depurazione dell’aria.

Ad esempio negli impianti industriali è necessario depurare l’aria che viene utilizzata in fase di produzione e questo lo si fa attraverso metodi tradizionali come:

  • adsorbimento su carboni attivi. Si sfrutta la capacità di adsorbimento di questi materiali per rimuovere gli inquinanti dal flusso di aria.
  • incenerimento termico. L’inquinante viene immesso in un bruciatore (1000‐1200°C) e riscaldato fino ad innescare l’ossidazione a anidride carbonica e acqua. È una tecnica versatile ma molto costosa.

A questi metodi tradizionali di depurazione, si sono affiancati negli ultimi anni nuove tecnologie alternative.

Tra queste hanno suscitato un grande interesse i processi di ossidazione avanzata (AOPs dall’acronimo inglese Advanced Oxidation Processes)

Questi ultimi sono una serie di processi che generano specie chimiche ad elevato potere ossidante in grado di degradare molecole di inquinanti presenti in atmosfera.
Questi processi di ossidazione avanzata si stanno affermando negli ultimi anni e si pongono come una valida alternativa ai sistemi convenzionali di depurazione.
Possono condurre ad una completa degradazione degli inquinanti recalcitranti o, eventualmente, ad una trasformazione di questi in molecole biodegradabili.

Tra i vari processi di ossidazione avanzata quello che ha trovato più largo impiego è la fotocatalisi eterogenea. La ricerca e la tecnologia hanno dimostrato come l’inquinamento e lo sporco possano essere combattuti semplicemente e a bassi costi.

 

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