INQUINAMENTO ATMOSFERICO/EMISSIONI INQUINANTI IN ATMOSFERA

Definizione di "Inquinamento atmosferico"

Il primo passo nel definire l'inquinamento atmosferico consiste nel chiarire il confine tra sostanze inquinanti e non inquinanti. E' necessario fare una distinzione tra inquinante e contaminante: un contaminante è "ogni cosa che viene aggiunta all'ambiente che causa una deviazione dalla composizione geochimica media"; l'inquinante, invece, per essere considerato tale deve essere un contaminante responsabile di causare effetti nocivi all'ambiente, inteso in senso lato come unione sia della parte naturale che di quella antropica.
I fenomeni di inquinamento sono il risultato di una complessa competizione tra fattori che portano ad un accumulo degli inquinanti ed altri che invece determinano la loro rimozione e la loro diluizione nell'atmosfera. L'entità e le modalità di emissione (sorgenti puntiformi, diffuse, altezza di emissione ecc.), i tempi di persistenza degli inquinanti e il grado di mescolamento dell'aria sono alcuni dei principali fattori che producono variazioni spazio-temporali della composizione dell'aria.
Questo è uno dei problemi maggiormente sentiti dalle popolazioni dei grandi agglomerati urbani, di cui ci si è iniziati a preoccupare solamente dagli anni settanta. Da quell'epoca, infatti, in alcuni paesi sono state via via attuate delle politiche per la riduzione degli agenti chimici e di numerose altre sostanze contaminanti presenti nell'aria. Queste azioni per una maggior salvaguardia dell'ambiente hanno dato dei risultati per l'abbassamento delle concentrazioni di alcuni inquinanti come il biossido di zolfo, il piombo e il monossido di carbonio; per altri, ad esempio il biossido di azoto, l'ozono e il particolato atmosferico, agenti per i quali si è scoperto più recentemente la loro criticità per quanto riguarda la salute, non hanno portato i risultati sperati.

Cos'è un emissione?

Con il termine emissione si intende qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell’atmosfera che possa causare inquinamento atmosferico.    
La fonte emissiva o sorgente può essere, ad esempio, un impianto produttivo od il traffico automobilistico che scorre lungo un’arteria viaria.    
La “potenza” della sorgente emissiva è definita attraverso il flusso di massa, ovvero la massa di sostanza inquinante emessa per unità di tempo, espressa ad esempio in grammi/secondo, grammi/ora o chilogrammi/giorno.
L’approccio integrato alla problematica dell’inquinamento atmosferico, attraverso l’ormai consolidato schema DPSIR (Determinanti, Pressioni, Stato, Impatti e Risposte), richiede, tra le altre componenti, anche un’adeguata conoscenza della qualità e quantità delle emissioni rilasciate nel territorio dalle varie fonti di emissione di natura antropica e non solo (le Pressioni).
Tale conoscenza è acquisita e continuamente aggiornata sia attraverso i controlli delle sorgenti industriali effettuati dall’autorità competente sia attraverso studi commissionati dagli Enti Locali e dalla Regione volti ad indagare anche le altre fonti di emissione in atmosfera (quali ad es. il traffico, l’agricoltura, ecc.).
L’informazione sulle fonti di pressione è utilizzata per:

• la pianificazione degli interventi di contenimento dell’inquinamento atmosferico a scala temporale annuale e pluriennale
• a redazione di relazioni sullo stato della qualità dell’aria
• la costruzione della modellistica di dispersione degli inquinanti atmosferici.

Tipologie di fonti emissive

Se la fonte emissiva è localizzata si può parlare di emissione puntuale (tipico esempio è un camino industriale), lineare (un tratto di strada cui sono associate le emissioni degli autoveicoli che la percorrono) od areale (un serbatoio da cui evapora un certo inquinante). Se invece l’emissione dell’effluente gassoso non è effettuata attraverso uno o più camini (ovvero non è convogliata), si parla in generale di emissione diffusa. L’emissione totale è la somma delle emissioni diffuse e delle emissioni convogliate.    
Le sorgenti emissive possono essere classificate anche come continue o discontinue in base alle modalità di “funzionamento” nel tempo (ad es. nel corso dell’anno), e in fisse (ad es. un impianto per la produzione di energie elettrica) o mobili (ad es. taluni macchinari utilizzati in agricoltura) a seconda della loro dislocazione nello spazio.

Principali cause di inquinamento

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 veicolare 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.

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, ce 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 (Zanetti, 1990):
• 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, CFC);
• 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.

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.

Contaminanti gassosi:

• 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, escluso il metano. 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.

Effetti degli inquinanti sulla salute umana

• Monossido di carbonio (CO): Gli effetti negativi del monossido di carbonio sulla salute umana sono legati alla capacità del CO di unirsi all'emoglobina del sangue formando la carbossiemoglobina (COHb). In questo modo il CO occupa il posto normalmente occupato dall'ossigeno, così da ridurre la capacità del sangue di trasporto dell'ossigeno e di conseguenza la quantità di ossigeno che il sangue lascia nei tessuti. Inoltre vi è la possibilità che il CO si unisca ad alcuni composti presenti nei tessuti stessi riducendo la loro capacità di assorbire ed usare ossigeno (Horowitz, 1982). La concentrazione di COHb presente nel sangue è naturalmente legata alla concentrazione di CO presente nell'aria che viene respirata (Cobrun et al., 1965). Molti sono gli studi fatti per capire il legame tra la percentuale di COHb nel sangue e gli effetti sanitari macroscopici. I danni arrecati dal COHb alla salute umana sono legati essenzialmente agli effetti sul sistema cardiovascolare e sul sistema nervoso.
• PM10: il PM10 interessa principalmente l'apparato respiratorio e cardiocircolatorio, il PM10 tende a depositarsi nelle vie respiratorie e va ad interessare varie parti del sistema respiratorio in base alla propria dimensione, infatti il PM10 (particelle con diametro minore a 10 micron) tendono a depositarsi nella parte superiore(faringe) mentre con diametri piferiori le polveri tendono a depositarsi sempre più in profondità fino a raggiungere anche le pareti alveolari (PM0,65), queste polveri possono comportare l'insorgenza di tumori e di disturbi vari.
• Benzo(a) Pirene B(a) P: è una sostanza classificata da vari enti e associazioni internazionali come cancerogeno o sospetto cancerogeno.
• Ozono: L'ozono ha effetti a carico del sistema respiratorio tra cui alterazioni irritative delle prime vie aeree e dei polmoni, cefalea e lacrimazione, dolori toracici, faringiti, bronchiti ed altri disturbi minori.
• Ossidi di azoto: interessano sempre l'apparato respiratorio, causano effetti acuti come infiammazione delle mucose, diminuzione delle funzionalità respiratoria ed edema polmonare; come effetti cronici può provocare alterazioni polmonari a livello cellulare, ed aumento della suscettibilità alle infezioni batteriche.
• Anidride solforosa: può provocare bronchiti, tracheiti, spasmi bronchiali, difficoltà respiratoria, asma ed enfisema
• Benzene: è stato classificato dalla IARC come sostanza cancerogena per l'uomo di classe I in grado di produrre varie forme di leucemia.
• Metalli: in particolare da metalli pesanti come cadmio, mercurio, cromo e piombo sono quelli maggiormente tossici che a seguito di accumulo possono causare danni ai reni, al sistema nervoso, sistema immunitario azoto e anche in alcuni casi effetti cancerogeni.

Effetti degli inquinanti sull'ambiente

I principali effetti che gli inquinanti provocano nell'ambiente sono l'effetto serra, e le piogge acide poi naturalmente comportano anche altri problemi come il buco dell'ozono ed altri problemi meno visibili sulla flora e fauna.
•    Effetto serra: è un fenomeno climatico che consiste nel riscaldamento degli strati inferiori dell'atmosfera, per effetto della schermatura che offrono alcuni gas in essa contenuti (gas serra), quest'ultimi risultano trasparenti alle radiazioni di lunghezza d'onda più corta ed opachi a quelle con lunghezza d'onda più ampia, questo fa sì che le radiazioni con lunghezza d'onda minore riescano ad attraversare questi gas arrivando alla superficie terrestre, dove vengono in parte assorbite ed in parte riflesse; la parte assorbita viene rilasciata sotto forma di infrarossi che hanno una lunghezza d'onda maggiore e quindi rimangono intrappolati dai gas serra.
L'effetto serra di per sé non è un fenomeno negativo perché senza di esso la superficie terrestre si presenterebbe con una temperatura media inferiore ai -18 °C invece degli attuali +15 °C, ma può diventare dannoso nel caso si continui ad emettere inquinanti in modo incontrollato (gas serra regolamentati dal protocollo di Kyoto: CO2, CH4, N2O, PF, HCF, SF6)
•    Piogge acide: l'acqua piovana di norma ha un PH d circa 5,5 quindi leggermente acida a causa della presenza di anidride carbonica (CO2) che forma acido carbonico, a causa dell'inquinamento si disciolgono anche biossido di zolfo (SO2) e vari ossidi di azoto che formano rispettivamente acido solforico (H2SO4) ed acido nitrico (HNO3), che abbassano notevolmente il PH formando le piogge acide; le piogge acide hanno un impatto ambientale notevole, i principali effetti sono corrosione dei monumenti, danneggia le foglie delle piante impedendo la fotosintesi, interferisce sullo sviluppo degli embrioni degli animali acquatici, distrugge i batteri necessari alla decomposizione delle sostanze organiche con conseguente accumulo di sostanze tossiche nei fondali e aumentando l'acidità del suolo influenza il tipo di piante che vi possono crescere inoltre favorisce il passaggio in soluzione di metalli pesanti tossici come il mercurio.

Normativa italiana

 Elenco di alcune norme riguardanti gli inquinanti atmosferici, limiti e obblighi per la Comunità Europea (CEE) e attuati in Italia:

• DPR n°203/88
• DPCM n°30/83
• Art. 174 TCE
• Direttiva CE 96/62 cosiddetta (direttiva quadro)
• Direttive CE "figlie" 1999/30, 2000/69, 2002/03, 2004/107
• Direttiva CE 2008/50
• D.Lgs n°155/2010

La direttiva CE 2008/50 definisce e riorganizza le normative precedenti in un testo unico, tiene in considerazioni e linee guida sviluppate dall'OMS su base di studi scientifici, definisce un elenco di inquinanti normati, fornisce le definizioni di aria e ambiente, inquinanti e livelli, delinea gli obbiettivi da ottenere in futuro, definisce i limiti, i livelli critici soglie di allarme e di informazione ecc. Il D.Lgs 155 del 2010 recepisce l'ultima direttiva europea e ne costituisce l'applicazione a livello italiano.

Come ridurre l'inquinamento atmosferico

Ormai è noto come l'inquinamento atmosferico sia un problema sempre più presente in Italia e nel resto del mondo. Ovviamente il compito più importante per tentare di ridurre l'inquinamento atmosferico spetta alle Nazioni (basti pensare al protocollo di Kyoto che attraverso l'accordo avvenuto tra molti Stati è riuscito a far ridurre le emissioni di gas inquinanti e di CO2) ma, anche noi possiamo fare la nostra piccola parte tenendo a mente alcune semplici cose; Infatti per contribuire alla riduzione dell'inquinamento atmosferico e risparmiare qualcosa basterebbe:

• Scegliere di spostarsi attraverso l'utilizzo di pullman o treni o di qualsiasi altro mezzo pubblico.
• Comprare veicoli ibridi o elettrici.
• Controllare prima dell'acquisto di un elettrodomestico che sia a basso consumo.
• Migliorare il più possibile l'isolamento termico delle nostre case in modo da non abusare troppo di riscaldamenti.
• Evitare di lasciare accese lampadine laddove non sia necessario e scegliere lampadine a risparmio energetico.
• Installare pannelli solare o altri impianti che usano e producono energia pulita.

Lo Studio Cardillo & Tripodi, attraverso una rete di collaboratori professionisti potrà fornire un servizio di predisposizione delle pratiche da inoltrare agli Enti preposti al rilascio delle autorizzazioni alle emissioni in atmosfera.