Le principali cause dell’inquinamento

Spettacolare eruzione del Mount St. Helens, Stato di Washington (18 maggio 1980), che rilasciò nell'aria un'impressionante quantità di polveri.

Le cause dell'inquinamento atmosferico possono essere distinte in naturali o antropiche.

• Fonti naturali: vulcani (SO2), incendi (PM10), ghiaioni (amianto), processi biologici (allergeni).
• Fonti antropiche: traffico veicolare, riscaldamento domestico, industrie e attività artigianali, veicoli off road (treni, trattori, veicoli da cava ecc.), agricoltura e altre attività.

• Traffico veicolare: essenzialmente le emissioni provocate dal traffico dei veicoli dipendono dal tipo di combustibile, dal tipo di veicolo e dalla sua vetustà; tutti i motori termici producono acqua, se alimentati a combustibili fossili producono anidride carbonica (CO2 ), i veicoli alimentati a gasolio emettono principalmente particolato come PM10 e inferiori, idrocarburi (HC), ossidi di azoto (NOx) e biossido di zolfo (SO2).
• Un veicolo a benzina emette particolato, NOx e CO, mentre i veicoli a metano e GPL emettono NOx, particolato ultrafine e scarsi idrocarburi.
• Negli ultimi anni si tenta di adottare una logica di diminuzione delle emissioni da parte dei veicoli anche con l'introduzione delle fasce euro 1,2,3 ecc. e ponendo obbligatoria la marmitta catalitica e il filtro anti particolato.
• riscaldamento domestico: anche qui gli inquinanti emessi dipendono essenzialmente dal combustibile utilizzato, dalla tipologia di riscaldamento, dalla vetustà e dalla manutenzione dello stesso, gli inquinanti emessi sono all'incirca gli stessi dei veicoli con differenze prodotte da carbone e legna.
• industria e artigianato: gli inquinanti emessi sono i più svariati, questo perché sono moltissime le lavorazioni in campo industriale che quindi determinano inquinanti molto diversi tra loro in base alla lavorazione eseguita, e possono variare da solventi, nebbie acide a metalli polveri e altro..., in campo industriale le emissioni sono fortemente regolamentate e per questo le industrie devono utilizzare dei sistemi di abbattimento degli inquinanti che variano in base agli inquinanti stessi, per esempio per le poveri vengono utilizzati dei cicloni, filtri a maniche, filtri a tasche ed elettrofiltri; mentre per le nebbie o più in generale per le sostanze chimiche vengono utilizzati filtri a carboni attivi o filtri a umido.

I vari mezzi di trasporto possono impattare in modo differente sull'ambiente a seconda delle loro caratteristiche, innanzitutto maggiore è la dimensione e peso del mezzo e maggiore saranno le energie necessarie per accelerare e arrestare il mezzo, generando un impatto maggiore rispetto ad un mezzo piccolo di pari tecnologia, sia per quanto concerne gli inquinanti prodotti dal motore e dalla sua fonte d'alimentazione (benzina, gasolio, GPL, metano, elettricità, ecc) che dalle polveri prodotte da pneumatici e freni, ma anche l'impatto ambientale per produrre il mezzo varia molto sia dalle dimensioni che dalla tecnologia, oltre che dal processo produttivo adottato dalla relativa azienda, ultimo fattore è lo smaltimento a fine ciclo vitale del mezzo, alcune soluzioni che possono essere molto valide per ridurre la produzione d'inquinanti (i motori elettrici non producono CO? e polveri sottili) durante la fase di utilizzo nel ciclo vitale non sempre lo sono altrettanto per la produzione e dismissione del mezzo ed anche per quanto concerne la produzione del carburante o dell'elettricità, in alcuni casi si è visto come i mezzi a motore tradizionale, trasformati in veicoli a gas naturale possano essere competitivi con i veicoli elettrici nell'emissione di CO? e come questa vari enormemente a seconda di come viene prodotto il gas naturale (tradizionale, da rifiuti o biomasse oppure sintetico.

Rimanendo alle motorizzazioni tradizionali benzina e gasolio, gli studi recenti di Transport&Environment (centro di studi ambientalisti con sede a Bruxelles), hanno analizzato queste 2 tipologie di motore, in particolar modo l'intero processo vitale, il risultato ha evidenziato una maggiore produzione d'inquinanti CO? nel caso del motore diesel pur avendo questo un emissioni minore ai gas di scarico dei motori a benzina

L'inquinamento automobilistico quali le polveri sottili poi si ripercuotono nelle abitazioni, in cui si accumula assieme alle polveri prodotte da altre fonti, quali i camini e stufe, sigarette e la cucina, tuttavia l'impatto delle polveri prodotte dai veicolo è proporzionalmente minore rispetto ad altre fonti presenti in casa[7].

Principali inquinanti

Data la grande varietà di sostanze presenti in atmosfera, sono stati proposti numerosi metodi di classificazione: in primo luogo si può classificare in base alla composizione chimica, per cui si parla principalmente di composti che contengono zolfo, composti che contengono azoto, che contengono il carbonio e composti alogeni. In secondo luogo si può classificare in base allo stato fisico: gassoso, liquido o solido; infine si può suddividere in base al grado di reattività in atmosfera, in sostanze primarie o secondarie.

Gli inquinanti primari possono essere di tipo gassoso o particolato.

Tra i gas si segnalano:

• composti dello zolfo: i principali composti che contengono zolfo in atmosfera sono: il biossido di zolfo (SO2), il solfuro di carbonile (COS), il solfuro di carbonio (CS2), il solfuro di idrogeno (H2S), il dimetilsolfato (CH3)2SO4. Le loro sorgenti principali sono la decomposizione biologica, la combustione dei combustibili fossili e di materia organica, lo spray marino e le eruzioni vulcaniche. Il biossido di zolfo, che costituisce il 95% del totale delle emissioni antropiche di zolfo, deriva da processi di combustione, in dipendenza dal contenuto di zolfo del combustibile usato. Esso è altamente solubile in acqua ed ha quindi un tempo di residenza in atmosfera relativamente breve (da 12 ore a 7 giorni) in quanto viene rimosso dalle precipitazioni; viene rimosso attraverso la sua ossidazione ad anidride solforica in presenza di catalizzatori quali particelle carboniose, composti azotati, ferro e manganese;
• composti dell'azoto: i principali composti che contengono azoto sono: N2O, NO, NO2, NH3, HNO3, HONO, N2O5 ed i sali di NO3, NO2, NH4. Il più abbondante di questi in atmosfera è N2O che viene emesso principalmente per azione dei batteri nel suolo e secondariamente attraverso reazioni chimiche nella parte più alta dell'atmosfera. Non viene considerato inquinante in quanto chimicamente inerte alle temperature ordinarie. Sono invece considerati inquinanti il monossido e il biossido di azoto (NO e NO2). Il primo viene prodotto da sorgenti sia naturali che antropiche, ed in particolare in tutti i processi di combustione, Gli NOx (NO + NO2) infatti si formano per gran parte attraverso la fusione delle molecole di ossigeno e di azoto, costituenti l'atmosfera, fusione favorita dalle elevate temperature di combustione. La miscela di NOx emessa è costituita per lo più da NO, mentre buona parte dell'NO2 ha origine secondaria e si forma in atmosfera per ossidazione del monossido.
• composti del carbonio: In questa categoria i principali composti inorganici sono il monossido di carbonio (CO) e il biossido o anidride carbonica (CO2). L'anidride carbonica prodotta dalle attività umane deriva dai processi di combustione, mentre fino ad un secolo fa le emissioni erano bilanciate dalla rimozione da parte della vegetazione mediante la fotosintesi clorofilliana, il brusco aumento delle emissioni (causato dall'ampio uso di combustibili fossili) ha portato all'aumento delle concentrazioni di fondo. L'interesse che si è sviluppato attorno a questo composto è dovuto alle modificazioni climatiche su scala planetaria di cui è responsabile. Il monossido di carbonio invece è considerato altamente tossico in quanto avendo affinità con l'emoglobina impedisce l'ossigenazione dei tessuti. La sua sorgente primaria sono i fumi di scarico delle auto e in parte minore le centrali termoelettriche e gli impianti di riscaldamento; ha un tempo di residenza in atmosfera di circa un mese e viene rimosso mediante reazioni fotochimiche in troposfera. Hanno un ruolo fondamentale nella chimica dell'atmosfera ed in particolare nella regolazione delle capacità ossidative dell'atmosfera stessa i composti organici e cioè i composti costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Fanno parte di questa categoria numerosissimi composti catalogati in grosse classi di cui le principali sono: gli idrocarburi (suddivisi a loro volta in alcani come il metano, alcheni come l'etene, gli alchini come l'acetilene), gli aromatici come il benzene, le aldeidi come la formaldeide, i chetoni come gli acetoni;
• IPA : Idrocaburi policiclici aromatici, una larga gamma di sostanze prodotte dalla combustione di legna, nafta e gasolio, il più importante e unico normato è il Benzo(a) Pirene, considerato un forte cancerogeno.
• composti alogenati (HCl, HF, HBr, HCFC);
• radicali: il ruolo fondamentale dei radicali è insito nella loro definizione. Si intende infatti per radicale libero un atomo o un gruppo di atomi contenente almeno un elettrone dispari (che occupa solo un orbitale) eccitato. I radicali quindi sono di norma molto reattivi in quanto tendono ad appaiare gli elettroni. I radicali di maggior interesse, in quanto reagiscono con gran parte dei composti organici ed inorganici, sono il radicale ossidrile (OH) e idroperossido (HO2) durante il giorno e il radicale nitrato (NO3) di notte. La principale sorgente di OH in aria è la fotolisi dell'ozono, processo che produce atomi di ossigeno elettronicamente eccitati i quali reagiscono con il vapore acqueo sempre presente in atmosfera. Altre sorgenti dirette di radicali OH sono le fotodissociazioni di acido nitroso (HONO) e di perossido di idrogeno (H2O2) e la reazione tra HO2 e il monossido di azoto;

Il particolato si classifica in ragione del diametro delle particelle; si considerano grossolane quelle con diametro maggiore di 2.5 µm e fini quelle con diametro inferiore a 2.5 µm. Si distinguono inoltre come inalabili le particelle con diametro minore di 10 µm (PM10).

I principali inquinanti secondari di tipo gassoso sono:

• NO2 formato da NO primario;
• O3 formato per via fotochimica.

Entrambi questi gas intervengono nei complessi meccanismi di reazione che costituiscono il cosiddetto "smog fotochimico"

Il particolato secondario può derivare da reazioni chimiche e chimico-fisiche che coinvolgono inquinanti gassosi sia primari che secondari. I più noti sono:

• la trasformazione di SO2 in solfati SO4;
• la trasformazione di NO2 in nitrati NO3;
• la trasformazione di composti organici in particelle organiche.

Contaminanti gassosi

Contaminanti gassosi importanti sono:

• Monossido di carbonio, (CO): emesso principalmente dai processi di combustione, particolarmente dagli scarichi di veicoli con motori a idrocarburi, a causa di una combustione incompleta. Le concentrazioni maggiori si trovano generalmente nei pressi delle strade. L'inalazione in grandi quantità può causare mal di testa, fatica e problemi respiratori. Il limite massimo previsto per legge in Italia è di 10 mg/m³ in una media di 8 ore (D.M. 02-04-2002). Sopra i 500 mg/m³ può essere letale.
• Anidride carbonica, (CO2): anche questo gas è emesso principalmente dai processi di combustione, particolarmente dagli scarichi di veicoli con motori a idrocarburi. La concentrazione dell'anidride carbonica al di là di lievi variazioni stagionali si valuta che abbia subito un aumento, dal 1750 del 31%. Nel 2004 la concentrazione nell'atmosfera era di 379 ppm nell'era preindustriale di 280 ppm. È il gas serra maggiormente responsabile del riscaldamento globale dovuto ad attività antropiche.
• Alogenuri alchilici leggeri (CnH(2n + 2 - m)Xm, 1≤C≤4) come i
• Clorofluorocarburi (HxCClyFz), che distruggono lo strato di ozono della stratosfera.
• Metalli pesanti (Cd, Hg, Cr, Pb) e altri cosiddetti (spesso non si tratta di elementi metallici): tossici e spesso cancerogeni, mutageni e teratogeniformule, tra questi il
• Piombo (Pb) tra gli altri metalli pesanti molto diffuso per l'esteso uso industriale dello stesso.
• Ossidi di azoto (NOx): le emissioni sono principalmente nella forma di NO, che viene ossidato dall'ozono (O3) per formare il diossido d'azoto (NO2). L'ossido di azoto è irritante per gli occhi ed il tratto respiratorio. L'inalazione può causare edema polmonare, inoltre può avere effetti sul sangue, causando formazione di metaemoglobina. I vari ossidi di azoto reagiscono inoltre con gli idrocarburi nell'atmosfera per generare smog fotochimico. Può depositarsi in siti ecologicamente sensibili causando acidificazione ed eutrofizzazione. Gli ossidi di azoto, come d'altronde gli ossidi di zolfo sono anche precursori del particolato fine.
• Diossido di zolfo (SO2): generato dalla combustione di carburanti contenenti zolfo, principalmente nelle centrali elettriche e durante la fusione di metalli ed in altri processi industriali. Può essere contenuto in combustibili per autotrazione. Il diossido di zolfo causa le piogge acide
• Ozono (O3): se presente negli strati inferiori dell'atmosfera è un inquinante secondario, formato da reazioni fotochimiche che coinvolgono gli ossidi di azoto e alcuni composti organici volatili. Sebbene l'ozono presente negli strati superiori dell'atmosfera (stratosfera) aiuti a ridurre l'ammontare di radiazioni ultraviolette che raggiungono la superficie terrestre, quello presente nella bassa atmosfera è un gas irritante e può causare problemi alla salute e in particolare all'apparato respiratorio. Forte ossidante, può attaccare tessuti biologici e alcuni materiali, soprattutto materie plastiche).
• Composti organici volatili (ampia classe di composti a bassa tensione di vapore, spesso abbreviati in VOC, Volatile Organic Compounds): includono diversi composti chimici organici, tra cui il benzene(C6H6). Provengono da vernici, solventi, prodotti per la pulizia e da alcuni carburanti maggiormente volatili (benzina e gas naturale). Il benzene è un cancerogeno, mentre altri contribuiscono, fra le tante conseguenze, all'effetto serra. Comprendono sia gli idrocarburi sia composti contenenti ossigeno o/e alogeni, come aldeidi, eteri, alcoli, esteri, alogenuri alchilici. In Italia vengono definiti VOC composti organici che a 20 °C hanno una tensione di vapore di 0,01 KPa o superiore.

Particolato

Il particolato è un aerosol di piccole particelle solide classificate in base alle loro dimensioni. Le particelle atmosferiche sono di solito misurate in PTS (Polveri Totali Sospese): PM10 quando il diametro aerodinamico medio è minore di 10 micron (possono raggiungere i polmoni), PM2,5 quando il loro diametro aerodinamico medio è inferiore a 2,5 micron (più dannose perché possono passare attraverso i filtri delle vie aeree respiratorie superiori).

L'attenzione si sta ora focalizzando sull'impatto sulla salute di particelle ancora più piccole, le PM0,1 e le cosiddette nanopolveri (ancora più fini), che penetrando ulteriormente a fondo, sono ritenute ancora più dannose.

Aria interna

Per Inquinamento atmosferico si definisce in generale quello dell'ambiente libero; la qualità dell'aria interna, parametro importante per la salute umana, viene ovviamente alterato oltre che dalle emissioni in casa anche dalla qualità dell'aria esterna all'ambiente considerato, base su cui si sovrappongono eventuali altri inquinanti.