L’Aria del Nobili

Questo progetto è stato ideato dalla classe 1°E dell’ IIS NOBILI , in particolare da:
Salvatore D’Amicis – Sante Granato – Andrea Grossi – Adam Ibrahim – Mattia Prandi – Mattia Saccheggiani – Alessandro Simonetti – Riccardo Talami

Con il sostegno dei professori:
Paola Benassi – Emilia De Leonibus – Luca Pecchini

 

L’aria è un miscuglio omogeneo di sostanze aeriformi (gas e vapori) che costituisce l’atmosfera terrestre.

La composizione dell’aria dipende dall’altitudine. Per una data altitudine, il rapporto tra la quantità di azoto e la quantità di ossigeno contenuti nell’aria è circa costante grazie all’equilibrio tra il consumo e l’apporto continuo di tali elementi associati ai cicli dell’azoto e dell’ossigeno; mentre la concentrazione di vapore acqueo è variabile. Per questo motivo si indicano spesso le proprietà dell’aria privata dal vapore acqueo, che viene detta “aria secca”.

L’aria secca al suolo è composta all’incirca per il 78,09% in volume da azoto (N2), per il 20,9% da ossigeno (O2), per lo 0,93% da argon (Ar) e per lo 0,04% da anidride carbonica (CO2), più altri componenti in quantità minori, tra cui anche particelle solide in sospensione che costituiscono il cosiddetto “pulviscolo atmosferico”.
L’aria umida può contenere fino al 7% in volume di vapore acqueo; la percentuale di vapore acqueo nell’aria corrisponde al tasso di umidità relativa dell’aria e dipende dalla temperatura.

Il tasso di anidride carbonica risulta molto variabile a seconda del periodo temporale considerato. In particolare le attività umane (industria, inquinamento, combustione e deforestazione) hanno prodotto nell’ultimo secolo un grosso incremento di questa percentuale, passata da circa 280 ppm nel 1900 a 315 ppm nel 1970 e a 400 ppm (0,04%) negli ultimi anni. La concentrazione di tale componente sembra essere (insieme a quella del metano ed altri gas) uno dei responsabili principali dell’effetto serra.

L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO HA DIVERSE FONTI, SOPRATTUTTO ANTROPICHE:

– utilizzo di combustibili fossili nella produzione di elettricità, nei trasporti, nell’industria e nelle abitazioni;
– processi industriali con utilizzo di solventi (ad esempio nell’industria chimica e mineraria) ;
– agricoltura;
– trattamento dei rifiuti;
– fenomeni naturali: eruzioni vulcaniche, polveri aerodiffuse, spuma del mare…

Sul sito dell’Agenzia Regionale per la prevenzione, l’ambiente e l’energia dell’Emilia-Romagna (Arpae) troviamo importanti informazioni sui principali inquinanti atmosferici: quali sono, qual è la loro origine, quali danni producono e quali sono i valori limite consentiti dalla legge. Presentiamo qui una sintesi:

Particolato PM10
Il particolato è l’inquinante atmosferico che provoca i maggiori danni alla salute umana in Europa. È costituito da particelle così leggere che possono fluttuare nell’aria. Il termine PM10 identifica le particelle, solide o liquide, di diametro aerodinamico inferiore o uguale ai 10 μm (1 μm = 1 millesimo di millimetro). Le particelle PM10 penetrano in profondità nei nostri polmoni. Queste particelle possono essere costituite da diversi componenti chimici, di cui i principali sono solfati, nitrati, ammonio, e da una frazione carboniosa (nerofumo) dovuta principalmente alla combustione, possono essere presenti anche alcuni metalli pesanti come l’arsenico, il cadmio, il mercurio e il nickel. L’effetto del particolato sulla nostra salute e sull’ambiente dipende dalla sua composizione chimica.

Alcune particelle vengono emesse direttamente nell’atmosfera, altre si formano come risultato di reazioni chimiche che coinvolgono i gas precursori, vale a dire l’anidride solforosa, gli ossidi di azoto, l’ammoniaca e i composti organici volatili. Gran parte delle particelle emesse direttamente derivano dalle attività umane, principalmente dalla combustione di combustibili fossili e biomasse. Un importante contributo alle emissioni di particelle è rappresentato dai gas di scarico dei veicoli con motori a combustione interna, ma anche dall’usura dei pneumatici, dei freni e dell’asfalto. Sono dovuti alle attività umane anche gran parte dei gas precursori. Il PM10 può avere anche origine naturale (ad esempio erosione dei suoli, eruzioni vulcaniche, incendi di boschi e praterie, aerosol marino). L’origine dell’inquinamento da PM10 varia sensibilmente da zona a zona e nel corso del tempo.

Particolato PM2,5
Il particolato fine (PM2,5, ossia particolato con un diametro minore di 2,5 micron) è composto da particelle solide e liquide così piccole che non solo penetrano in profondità nei nostri polmoni, ma entrano anche nel nostro flusso sanguigno, proprio come l’ossigeno. Queste particelle possono essere costituite da diversi componenti chimici tra cui alcuni metalli pesanti come l’arsenico, il cadmio, il mercurio e il nickel. La frazione carboniosa (nerofumo) costituisce uno dei componenti principali del particolato fine. Il recente studio dell’Organizzazione mondiale della sanità dimostra che l’inquinamento da particolato fine è particolarmente pericoloso per la salute.

Alcuni componenti del particolato fine (con un diametro minore di 2,5 micron) vengono emessi direttamente nell’atmosfera, altri si formano come risultato di reazioni chimiche che coinvolgono i gas precursori, vale a dire l’anidride solforosa, gli ossidi di azoto, l’ammoniaca e i composti organici volatili. Il PM2,5 può avere anche origine naturale (ad esempio erosione dei suoli, eruzioni vulcaniche, incendi boschivi e aerosol marino). L’origine dell’inquinamento da PM2,5 varia sensibilmente da zona a zona e nel corso del tempo. Il nerofumo, uno dei componenti comuni della fuliggine rilevato principalmente nel particolato fine, è il risultato della combustione incompleta di combustibili – sia di combustibili fossili che del legno. Nelle aree urbane le emissioni di nerofumo sono causate principalmente dal trasporto stradale, in particolare dai motori diesel. Sono dovuti alle attività umane anche gran parte dei gas precursori.

Metalli pesanti
Nel particolato atmosferico sono presenti metalli di varia natura. I principali sono cadmio (Cd), zinco (Zn), rame (Cu), nichel (Ni), piombo (Pb), arsenico (As) e ferro (Fe). Tra i metalli che sono stati oggetto di monitoraggio, quelli a maggiore rilevanza sotto il profilo tossicologico sono il nichel, il cadmio, l’arsenico e il piombo. I composti inorganici del nichel, del cadmio e dell’arsenico sono classificati dalla Agenzia Internazionale di Ricerca sul Cancro come cancerogeni per l’uomo. Per il piombo è stato evidenziato un ampio spettro di effetti tossici, in quanto tale sostanza interferisce con numerosi sistemi enzimatici.

I metalli presenti nel particolato atmosferico provengono da una molteplice varietà di fonti: il cadmio e lo zinco sono originati prevalentemente da processi industriali, il rame e il nichel provengono dalla combustione, il piombo dalle emissioni autoveicolari (ma è diminuito tantissimo dopo l’adozione della benzina “verde”) . Le maggiori fonti antropogeniche dell’arsenico sono le attività estrattive, la fusione di metalli non ferrosi e la combustione di combustibili fossili. Il ferro proviene dall’erosione dei suoli, dall’utilizzo di combustibili fossili e dalla produzione di leghe ferrose.

Ozono
L’ozono (O3) è una forma speciale e altamente reattiva di ossigeno ed è composto da tre atomi di ossigeno. Nella stratosfera, uno degli strati più alti dell’atmosfera, l’ozono ci protegge dalle pericolose radiazioni ultraviolette provenienti dal sole. Ma nello strato più basso dell’atmosfera – la troposfera – l’ozono è, di fatto, un’importante sostanza inquinante che influisce sulla salute pubblica e l’ambiente. L’ozono è reattivo e fortemente ossidante. Alti livelli di ozono corrodono i materiali, gli edifici e i tessuti vivi. L’ozono riduce la capacità delle piante di eseguire la fotosintesi e ostacola il loro assorbimento di anidride carbonica. Indebolisce inoltre la crescita e la riproduzione delle piante, con il risultato di minori raccolti e di uno sviluppo ridotto di boschi e foreste. Nel corpo umano provoca infiammazioni ai polmoni e ai bronchi. Non appena esposto all’ozono, il nostro corpo cerca di impedirne l’entrata nei polmoni. Questa reazione riduce l’ammontare di ossigeno che inaliamo. Inalare meno ossigeno rende il lavoro del cuore più difficile. Quindi per le persone che già soffrono di disturbi cardiovascolari o respiratori, come l’asma, picchi di ozono possono essere debilitanti e persino fatali.

L’ozono a livello del suolo si forma come risultato di reazioni chimiche complesse tra gas precursori, come gli ossidi di azoto e i composti organici volatili, che sono catalizzate dalla radiazione solare, di conseguenza questo inquinante è tipicamente estivo e assume valori di concentrazione più elevati nelle estati contrassegnate da alte temperature e elevata insolazione. L’immissione di inquinanti primari (prodotti dal traffico, dai processi di combustione, dai solventi delle vernici, dall’evaporazione di carburanti, etc.) favorisce quindi la produzione di un eccesso di ozono rispetto alle quantità altrimenti presenti in natura durante i mesi estivi. Gran parte dell’ozono presente in Europa è dovuto all’inquinamento, sebbene alcuni processi naturali, come i fulmini o l’intrusione dalla stratosfera, possano aumentare la concentrazione di ozono al suolo. Anche i composti organici volatili, uno dei principali gruppi di gas precursori dell’ozono, sono in parte di origine naturale. Si stima che in Emilia-Romagna circa il 20% di composti organici volatili sia di origine naturale.

Biossido di azoto
Il biossido di azoto (NO2) è un gas reattivo, di colore bruno e di odore acre e pungente. L’NO2 è un importante inquinante dell’aria che, come l’ozono, risulta dannoso per il sistema respiratorio. L’esposizione a breve termine all’NO2 può causare diminuzione della funzionalità polmonare, specie nei gruppi più sensibili della popolazione, mentre l’esposizione a lungo termine può causare effetti più gravi come un aumento della suscettibilità alle infezioni respiratorie. L’NO2 è fortemente correlato con altri inquinanti, come il PM, perciò negli studi epidemiologici è difficile differenziarne gli effetti dagli altri inquinanti. L’ NO2 è uno dei composti dell’azoto che producono effetti negativi sugli ecosistemi, come l’acidificazione e l’eccesso di nutrienti (eutrofizzazione). L’eccesso di azoto nutriente può causare cambiamenti negli ecosistemi acquatici e marini e causare perdita di biodiversità. Gli ossidi di azoto giocano un ruolo principale nella formazione di ozono e contribuiscono alla formazione di aerosol organico secondario, determinando un aumento della concentrazione di PM10 e PM2,5.

Il biossido di azoto (NO2) si forma prevalentemente dall’ossidazione di monossido di azoto (NO). Questi due gas sono noti con il nome di NOx. Le maggiori sorgenti di NO ed NO2 sono i processi di combustione ad alta temperatura (come quelli che avvengono nei motori delle automobili o nelle centrali termoelettriche). L’NO rappresenta la maggior parte degli NOx emessi; per gran parte delle sorgenti, solo una piccola parte di NOx è emessa direttamente sotto forma di NO2 (tipicamente il 5-10 %). Fanno eccezione i veicoli diesel, che emettono una proporzione maggiore di NO2, fino al 70% degli NOx complessivi, a causa del sistema di trattamento dei gas di scarico di questi veicoli.

Benzene
Il benzene (C6H6) è una sostanza chimica liquida e incolore dal caratteristico odore aromatico pungente. A temperatura ambiente volatilizza assai facilmente, cioè passa dalla fase liquida a quella gassosa. L’effetto più noto dell’esposizione cronica riguarda la potenziale cancerogenicità del benzene sul sangue. L’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) classifica il benzene come sostanza cancerogena di classe I, in grado di produrre varie forme di leucemia.

In passato il benzene è stato ampiamente utilizzato come solvente in molteplici attività industriali e artigianali (produzione di gomma, plastica, inchiostri e vernici, nell’industria calzaturiera, nella stampa a rotocalco, nell’estrazione di oli e grassi etc.). La maggior parte del benzene oggi prodotto (85%) trova impiego nella chimica come materia prima per numerosi composti secondari, a loro volta utilizzati per produrre plastiche, resine, detergenti, pesticidi, intermedi per l’industria farmaceutica, vernici, collanti, inchiostri, adesivi e prodotti per la pulizia. Il benzene è inoltre contenuto nelle benzine in cui viene aggiunto, insieme ad altri composti aromatici, per conferire le volute proprietà antidetonanti e per aumentarne il “numero di ottani”, in sostituzione totale (benzina verde) o parziale (benzina super) dei composti del piombo.

Monossido di carbonio
Il monossido di carbonio (CO), incolore e inodore, è un tipico prodotto derivante dalla combustione. Il CO viene formato in modo consistente durante la combustione di combustibili con difetto di aria e cioè quando il quantitativo di ossigeno non è sufficiente per ossidare completamente le sostanze organiche. A bassissime dosi il CO non è pericoloso, ma già a livelli di concentrazione nel sangue pari al 10-20% il soggetto avverte i primi sintomi dovuti all’esposizione a monossido di carbonio, quali lieve emicrania e stanchezza.

La principale sorgente di CO è storicamente rappresentata dal traffico veicolare (circa l’80% delle emissioni a livello mondiale), in particolare dai gas di scarico dei veicoli a benzina. La concentrazione di CO emessa dagli scarichi dei veicoli è strettamente connessa alle condizioni di funzionamento del motore: si registrano concentrazioni più elevate con motore al minimo e in fase di decelerazione, condizioni tipiche di traffico urbano intenso e rallentato. La continua evoluzione delle tecnologie utilizzate ha comunque permesso di ridurre al minimo la presenza di questo inquinante in aria.

Biossido di zolfo
L’assenza di colore, l’odore acre e pungente e l’elevata reattività a contatto con l’acqua sono le caratteristiche principali degli ossidi di zolfo, genericamente indicati come SOx. In natura tale tipo di inquinamento è causato dalle eruzioni vulcaniche. A livello antropico, SO2 e SO3 sono prodotti nelle reazioni di ossidazione per la combustione di materiali in cui sia presente zolfo quale contaminante, ad esempio gasolio, nafta, carbone, legna, utilizzati, in misura molto maggiore sino a qualche anno fa, per la produzione di calore, vapore, energia elettrica e altro. Fino a non molto tempo fa il biossido di zolfo costituiva il principale indicatore dell’inquinamento di origine umana.

Idrocarburi policiclici aromatici – Benzo(a)pirene
Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) costituiscono un numeroso gruppo di composti organici formati da uno o più anelli benzenici. In generale si tratta di sostanze solide a temperatura ambiente, scarsamente solubili in acqua, altamente affini ai grassi presenti nei tessuti viventi e degradabili in presenza di radiazione ultravioletta. Il composto più studiato e rilevato è il benzo(a)pirene che ha una struttura con cinque anelli aromatici condensati. È una delle prime sostanze di cui si è accertata la cancerogenicità ed è stato quindi utilizzato come indicatore dell’intera classe di composti policiclici aromatici. In particolare, nove persone su centomila esposte a una concentrazione di 1 ng/m3 di benzo(a)pirene sono a rischio di contrarre il cancro, da cui è stato individuato il limite proposto.

Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici sono contenuti nel carbone e nei prodotti petroliferi (particolarmente nel gasolio e negli oli combustibili). Essi vengono emessi in atmosfera come residui di combustioni incomplete in alcune attività industriali (cokerie, produzione e lavorazione grafite, trattamento del carbon fossile) e nelle caldaie (soprattutto quelle alimentate con combustibili solidi e liquidi pesanti); inoltre, sono presenti nelle emissioni degli autoveicoli (sia diesel che benzina). La presenza di questi composti nei gas di scarico degli autoveicoli è dovuta sia alla frazione presente come tale nel carburante, sia alla frazione che per pirosintesi ha origine durante il processo di combustione. Sorgente significativa di IPA è la combustione di biomassa legnosa per il riscaldamento domestico.

La normativa regolamenta la gestione della qualità dell’aria, andando a definire per gli inquinanti i valori limite, valori obiettivo, soglie di informazione e di allarme, ecc. Vai alla tabella dei parametri normativi.