By Gli inquinanti principali
Continuiamo il discorso iniziato nell’articolo “L’inquinamento atmosferico” iniziando ad entrare nello specifico dei principali inquinanti atmosferici su scala locale.
Il particolato
Il particolato è una particella che viene prodotta come scarto del processo di combustione, si può presentare in forma solida o in forma liquida e le sue dimensioni possono variare dai pochi nanometri al 700 micrometri. In base alle dimensioni useremo tecnologie diverse negli impianti di smaltimento.
Il “range” di particolato che ci interessa maggiormente, specie per gli impianti di rimozione è compreso tra 0,1 e 100 micrometri. Le particelle di particolato più piccole infatti vengono definite nanoparticelle e la loro rimozione risulta molto più complessa, in quanto non potremmo utilizzare i classici metodi che sfruttano la gravità e neanche un precipitatore elettrostatico (che vedremo più avanti). Nello specifico, le dimensioni di particolato più comuni sono il PM10 ed il PM2.5 (rispettivamente il particolato con diametri di 10 e 2.5 micrometri).
Un altra classificazione del particolato, oltre alle dimensioni, è effettuata in base alla sua composizione chimica, che potremo conoscere in base al combustibile dal quale è stato prodotto.
Rapportando superficie e volume potremo conoscerne la forma ed in tal modo cercare di evitare uno degli aspetti più cruciali e pericolosi di questa particella, cioè la possibilità di diventare un nucleo di adsorbimento per altre specie chimiche più pericolose come metalli pesanti.
Gli effetti del particolato
Il particolato per l’ uomo non è intrinsecamente tossico, il problema si verifica tuttavia quando tra i prodotti della combustione oltre al particolato si producono anche ossidi di zolfo (cioè quasi sempre in impianti a vapore o che non sfruttino combustibili puliti come il metano). Con il suo odore acre lo zolfo farà dilatare le nostre narici rendendo inutili le mucose e “aiuterà” il particolato (che nel frattempo potrebbe aver adsorbito altri materiali tossici) a superare le nostre difese immunitarie.
Sulle piante il particolato ha un effetto ancora più nocivo perché posandosi sulle foglie riflette la luce e non permette di effettuare la fotosintesi.
Gli ossidi di zolfo SOx
Tra i prodotti della combustione abbiamo spesso gli ossidi di zolfo, tra le principali reazioni di formazione abbiamo:
La prima reazione avviene molto rapidamente e porta alla formazione di anidride solforosa, una sostanza inodore, fortemente irritante e nociva per gli occhi ed il tratto respiratorio che può portare, se inalata per molto tempo, dalla formazione di edema polmonare acuto fino a causare la morte.
La seconda reazione avviene in seguito alla formazione di anidride solforica e forma l’acido solforico che è inodore ed incolore. Quest’ultimo si lega facilmente con il carbonato di calcio presente nei materiali da costruzione portando alla formazione di gesso, che si può facilmente sciogliere in acqua sviluppando le cosiddette piogge acide.
H2SO4 + CaCO3 → CaSO4 +CO2 +H2O
L’emissione di ossidi di zolfo quindi non solo è nociva per l’uomo ma deteriora gli edifici e porta alla formazione della pioggia acida.
Gli ossidi di azoto
Un’altro prodotto sempre presente nelle più comuni combustioni è l’ossido di azoto. A meno di combustione con solo ossigeno (in quel caso si parla di ossicombustione), la classica combustione “brucia” il combustibile in presenza di aria, che essendo composta dal 78% di azoto, produrrà inesorabilmente NOx
Le principali reazioni di formazione degli ossidi di azoto sono:
N + ½ O2 → NO
NO + ½ O2 → NO2
Gli NOx si possono dividere in: Thermal – Prompt – Fuel
Thermal NOx
La legge di produzione degli NOx termici è regolata dalle tre relazioni fondamentali di Zeldovich che portano alla formulazione della legge sulla variazione della concentrazione di NO nel tempo:
- z = 1 – e– (R1 +R2 + R3)/([NO])
dove z è inteso come il rapporto tra la concentrazione di NO in formazione e quella NO all’equilibrio, R1,2,3 sono invece fattori che tengono conto della velocità di formazione della reazione K che a sua volta varia secondo una legge di Arrhenius
K = Ka – (E/RT)
con E = energia, R costante dei gas e T = temperatura.
Esplicitati quindi tutti i termini della legge 1. possiamo osservare come essa indichi una crescita doppiamente esponenziale della concentrazione di NO con l’aumento di temperatura. Questo significa che innalzare la temperatura per bruciare più facilmente o per ottenere più potenza nella combustione produrrà un notevole aumento di ossidi di azoto inquinanti!
Specie nei grandi impianti che sfruttano la combustione come gli impianti a vapore è necessario trovare un compromesso sul livello di temperatura, in modo che non sia nè deficitante per rendimenti e potenze, nè produca quantità di NOx sopra le norme consentite.
Prompt NOx
Vengono prodotti in maniera molto rapida reagendo con i prodotti incombusti della combustione portando alla formazione di NO e materiale organico. Rispetto ai Thermal ed ai Fuel sono una minima quota nella produzione totale di ossidi di azoto. Per ridurne la produzione è necessario migliore l’efficienza della combustione in modo da evitare il più possibile prodotti incombusti.
Fuel NOx
Sono strettamente legati alla presenza di azoto nel combustibile, per ridurli viene solitamente migliorata la camera di combustione a seconda dell’esigenza. Si cerca infatti di evitare una combustione del tipo diffusiva a favore di una combustione premiscelata che permetta di controllare il rapporto aria – combustibile riducendo la temperatura e la produzione di Fuel NOx
Gli ossidi di azoto sono nocivi specialmente per le vie respiratorie dell’uomo e particolarmente pericolosi nel caso in cui, reagendo, “disattivino” il ferro dell’emoglobina ( o lo sostituiscano con il carbonio).
Composti organici volatili – COV
I composti organici volatili (o in sigla COV) sono inquinanti principali che contribuiscono alla formazione di secondari, Sono tra i principali responsabili dell’ aumento di concentrazione di ozono a bassa quota (nocivo) e riduzione di ozono ad alta quota (quello che ci protegge dalle radiazioni solari troppo forti per capire).
Tra i COV troviamo i Cloro – Fluoro – Carburi detti CFC che venivano usati come fluidi refrigeranti perchè presentavano ottime prestazioni nel ciclo inverso e sono presenti anche nelle bombolette spray, ma che hanno contribuito a danneggiare l’ozono stratosferico fino alla formazione del cosiddetto buco dell’ozono.
Fanno parte dei COV anche il metano (CH4) – il Toluene ed il Benzene.
Il metano è un gas serra, che riflette quindi le radiazione solari contribuendo all’innalzamento della temperatura. E’ un gas che viene trovato in natura ma l’utilizzo da parte dell’uomo come carburante ne ha incrementato l’emissione. Ciononostante rispetto ai suoi “compagni” di categoria è quasi innocuo.
Il Toluene ed il Benzene sono prodotti molto stabili della combustione interna e se inalati possono portare alla formazioni di leucemie. Sono carburi molto pericolosi e possono legarsi tra loro a formare un’altro inquinante ancora più nocivo, il Benzopirene.
Tra gli inquinanti locali sono presenti anche gli ossidi di carbonio che si producono sempre durante il processo di combustione ma che spesso non portano alla formazione di anidride carbonica a causa del “congelamento” della cinetica delle reazioni di ossidazione.
Altro inquinante è il piombo, che emesso come il particolato si assorbe anche su base carboniosa (è cancerogeno). Veniva aggiunto nella benzina come antidetonante per permettere di resistere ad alte temperature e raggiungere grandi potenze di esercizio. Essendo cancerogeno è stato però eliminato permettendo il passaggio dalla cosiddetta benzina rossa a quella verde.
Terminiamo qui la rassegna degli inquinanti principali su scala locale, proseguiremo questa serie di articoli sulla conoscenza degli inquinanti e dei loro effetti descrivendo nel prossimo articolo gli inquinanti secondari!
Consigliamo anche la lettura dell’articolo sulle problematiche ambientali dell’ILVA, i cui parametri saranno più chiari grazie a questo articolo.
Fonti
- Immagine pioggia acida
- Cau G. – Cocco D. – “L’impatto Ambientale dei Sistemi Energetici”, 4 edizione, SGEditoriali
