Lo sviluppo economico e sociale è legato alla richiesta sempre crescente di energia. Attualmente la fonte principale di energia risiede nei combustibili fossili.

Classificazione delle fonti di energia

Convenzionali petrolio gas naturale, carbone, nucleare

alternative energia geotermica, solare, vento, biomasse

rinnovabili legno, vento, sole, energia idroelettrica

non rinnovabili combustibili fossili, materiali radioattivi.

Problemi legati all’uso di combustibili fossili

L’avvicinarsi del momento in cui la disponibilità di petrolio e di gas naturale comincerà a ridursi e l’impatto delle emissioni di gas serra da parte dei combustibili fossili, con i conseguenti cambiamenti climatici, richiedono scelte immediate per migliorare l’efficienza energetica e avviare la transizione verso una economia basata soprattutto sulle fonti rinnovabili.

La storia dell’uomo è caratterizzata da periodiche crisi di disponibilità della fonte energetica principale, crisi che ha portato allo sviluppo di nuove fonti. Si è passati quindi dal dominio della legna al dominio del carbone e poi del petrolio. La crisi petrolifera degli anni 70 ha favorito l’ introduzione del gas naturale, fonte energetica fino a quel momento considerata poco interessante a tal punto da suscitare delusione negli anni 50 la scoperta che i giacimenti della pianura padana contenevano quasi esclusivamente metano.

I nuovi sistemi energetici devono soddisfare le esigenze di:

· attenuare gli effetti del cambiamento climatico

· ridurre le sostanze inquinanti

· affrontare il problema dell’esaurimento delle risorse petrolifere

Si devono quindi adottare misure atte a promuovere :

· l’utilizzo più efficiente dell’energia

· lo sviluppo di fonti energetiche esenti da carbonio

Classificazione dei combustibili

COMBUSTIBILI SOLIDI

La legna costituisce in teoria una fonte di energia rinnovabile ed ha un potere calorifico da 2500 Kcal/Kg a 4400 Kcal/Kg.

Per distillazione secca della legna si ottiene il carbone di legna.

I carboni fossili derivano da materiale legnoso sottoposto ad alte pressioni e temperature mediante un processo denominato fossilizzazione.

Sono classificati in base all’età e al grado di fossilizzazione in :

1. Antracite di era paleozoica, priva di umidità, peso specifico 1,3-1,7, potere calorifico tra 7700 e 9200 Kcal/Kg

2. Litantrace da cui si ottiene il coke per distillazione a secco, il gas di città ed il catrame, con umidità dall’1 al 3%, peso specifico 1,2-1,5 e potere calorifico da 7200 a 8700 Kcal/Kg

3. Lignite contiene spesso quantità di zolfo che ne riducono il valore commerciale, di era cenozoica, con umidità del15-45%, peso specifico 1-1,3 e potere calorifico da 5500 a 7200 Kcal/Kg

4. Torba di era cenozoica, con elevato contenuto di acqua, peso specifico circa 1 e potere calorifico da 3000 a 4500 Kcal/Kg

CARBONI ARTIFICIALI

1. coke, ottenuto dalla distillazione secca del litantrace usato negli alti forni e in fonderia

2. coke di petrolio usato per la fabbricazione di elettrodi di grafite e come combustibile

3. carbone di legna impiegato per usi domestici

Il carbone costituisce un quarto circa del combustibile a livello mondiale. Viene usato soprattutto per la produzione di energia termoelettrica e negli alti forni per la produzione siderurgiche.

Prodotto	Resa
Carbone (Antracite)	8000 kcal/kg
Carbone (Litantrace)	7300 kcal/kg
Lignite	4500 kcal/kg
Torba	4000 kcal/kg
Carbone di legna	8000 kcal/kg
Biocombustibile	6120 kcal/kg
Legna umida (40%)	2300 kcal/kg
Legna asciutta (15%)	3490 kcal/kg
Metano	8.500 kcal/m³
Gasolio	10.000 kcal/l
GPL	9.000 kcal/m³
Benzina	10350 kcal/kg

Problematiche ambientali

Effetto serra e cambiamenti climatici sono le conseguenze più gravi del progressivo accumulo nella atmosfera di biossido di carbonio prodotto dalla combustione dei prodotti contenenti carbonio.

La combustione dei combustibili fossili provoca inoltre la immissione in atmosfera di inquinanti.

Il D.P.R. n.203/1988 definisce inquinamento atmosferico “ ….. ogni modificazione della normale composizione o stato fisico dell’aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali e di salubrità dell’aria; da costituire pericolo ovvero pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell’uomo; da compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell’ambiente; alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati ….”

Le fonti che contribuiscono alla alterazione della composizione della atmosfera sono l’industria, il traffico, il riscaldamento.

Si classificano gli inquinanti in inquinanti primari e secondari:

· inquinanti primari sono immessi in atmosfera direttamente da cause antropiche

· inquinanti secondari si formano per reazioni dagli inquinanti primari

ATTIVITA ANTROPICHE e AMBIENTE

L’uomo ha modificato con la sua attività le caratteristiche del mondo.

Per ecologia si intende lo studio del rapporto tra organismi viventi e condizioni dell’ambiente circostante con particolare attenzione al modo di funzionare e di evolversi nel tempo.

Perciò è molto importante il rapporto:

ATTIVITA ANTROPICHE

AMBIENTE

La complessità delle tematiche ambientali richiede la necessità di affrontare i problemi tenendo conto delle reti di interazione che li producono e che li legano.

Perciò è necessario studiare i problemi dell’ambiente con un approccio sistemico, cioè come insieme di fattori interagenti, per il quale possiamo utilizzare il seguente modello:

Ambiente

Biosfera

Geosfera Sociosfera

Biosfera = insieme degli organismi viventi e delle loro interazioni

Litosfera = comprende i materiali allo stato solido

Geosfera Atmosfera = comprende i materiali allo stato aeriforme

Idrosfera = comprende i materiali in fase liquida

Sociosfera = uomo e attività antropiche, salute

Inquinanti

Biossido di ZoLfo

Caratteristiche fisico chimiche: È un gas incolore, non infiammabile, dall'odore pungente, solubile in acqua. Deriva dall'ossidazione dello zolfo presente nei combustibili fossili, carbone e petrolio.

Origine: Piccole quantità derivano in natura da emissioni vulcaniche e da processi biochi- mici microbici. Le fonti principali sono antropiche: centrali termoelettriche, impianti industriali (fonderie e raffinerie di petrolio), impianti di riscaldamento domestico non alimentati a gas naturale, traffico veicolare, in particolare diesel.
Effetti sull'uomo e sull'ambiente: A basse concentrazioni è un gas irritante per la pelle, gli occhi e le mucose dell'apparato respiratorio, mentre a concentrazioni più elevate può provocare patologie respiratorie come asma e bronchiti.
In atmosfera l'S0₂ si ossida ad anidride solforica e, in presenza di umidità, si trasforma in acido solforico, responsabile del fenomeno delle piogge acide, con conseguenti danni sugli ecosistemi acquatici e sulla vegetazione.

Ossidi di azoto

Caratteristiche fisico chimiche: In atmosfera sono presenti sia il monossido di azoto (NO)
biossido di azoto (N0₂), quindi si considera come parametro rappresentativo la somma pesata dei due, definita ossidi di azoto (NO_x). Il biossido di azoto è un gas di colore rosso bruno, dall'odore pungente ed altamente tossico e corrosivo. È un inquinante secondario che si produce per ossidazione del monossido di azoto, di limitata tossicità.

Origine: Le emissioni di ossido di azoto da fonti antropiche derivano da processi di com- bustione in, presenza d'aria e ad elevata temperatura (centrali termoelettriche, impianti di riscaldamento, traffico).

Effetti sull'uomo e sull'ambiente: L'inalazione del biossido di azoto determina una forte irritazione delle vie aeree. L'esposizione continua a concentrazioni elevate può causare bronchiti, edema polmonare, enfisema. L'N0₂ contribuisce alla formazione dello smog fotochimico, in quanto precursore dell'ozono troposferico, e concorre al fenomeno delle piogge acide, reagendo con l'acqua e originando acido nitrico

Composti organici volatili non metanici

Caratteristiche fisico chimiche: Sono una classe di composti organici molto vari: idrocarburi alifatici , aromatici (benzene, toluene, xileni), ossigenati (aldeidi, chetoni), ecc. Lo stato di aggregazione (solido, liquido e gassoso) in cui possono presentarsi e la loro reattività dipendono dalla diversa struttura molecolare.
Come gli NOx sono i precursori dell'ozono troposferico.
Origine: Si originano da evaporazione dei carburanti durante le operazioni di rifornimento nelle stazioni di servizio, dai serbatoi e dagli stoccaggi, e dalle emissione di prodotti incombusti dagli autoveicoli e dal riscaldamento domestico. Fonti secondarie, ma non trascurabili, sono le emissioni di solventi da attività di grassaggio, lavaggio a secco e ti nteggiatura.
Effetti sull'uomo e sull'ambiente: Gli effetti sull'uomo e sull'ambiente sono molto diffe- renziati in funzione del composto. Tra gli idrocarburi aromatici volatili il benzene è il più pericoloso perché risulta essere cancerogeno per l'uomo.

Monossido di carbonio

Caratteristiche fisico chimiche: è un gas incolore, inodore,infiammabile e molto tossico che si forma dalla combustione incompleta degli idrocarburi presenti in carburanti e combustibili.

Origine: Inquinante tipico delle aree urbane, proviene dai gas di scarico dei veicoli e aumenta in relazione a condizioni di traffico intenso e rallentato. E inoltre emesso dagli impianti di riscaldamento e da processi industriali come la raffinazione del petrolio, la produzione di acciaio e ghisa.

Effetti sull’uomo e sull’ambiente: L’elevata pericolosità e tossicità di questo gas è dovuta alla sua affinità con l’emoglobina, 200-300 volte superiore all’ossigeno. Questa caratteristica gli consente di legarsi facilmente con l’emoglobina del sangue e di ostacolare l’ossigenazione dei tessuti, dei muscoli e del cervello, con conseguenti effetti acuti e alla fine cronici (aumento di cardiopatie e di disturbi circolatori).

PTS – Polveri totali sospese – PM10 – Polveri con diametro inferiore ai 10 μ

Caratteristiche fisico chimiche: il articolato è costituito da microscopiche particelle e goccioline di origine vulcanica ed inorganica in sospensione nell’aria. Hanno composizione varia : metalli, fibre di amianto, sabbie, ceneri, solfati, nitrati, idrocarburi policiclici pesanti, polveri di carbone e di cemento.

Origine: le principali fonti antropiche sono gli impianti termici, i motori diesel, l’attriro dei pneumatici sull’asfalto.

Effetti sull’uomo e sull’ambiente: la tossicità del PTS è legata alòla sua composizione chimica, al suo potere adsorbente e alla sua dimensione. I PM10 sono la frazione più pericolosa perché in grado di superare tutte le barriere naturali del nostro sistema respiratorio e di penetrare nei polmoni. L’inalazione di particelle metalliche può danneggiare il sistema nervoso e quello circolatorio. Sostanze organiche come gli idrocarburi policromatici o di amianto possono avere azione cancerogena.

Ozono
Caratteristiche fisico chimiche: L'ozono è un gas incolore dall'odore acre, tipico inquinante secondario, non è emesso da nessuna sorgente diretta, ad eccezione delle stampanti laser, delle fotocopiatrici e delle scariche elettriche durante i temporali.
Origine: In natura si origina da più molecole d'ossigeno per azione della radiazione ultra- violetta ed è concentrato nella stratosfera, una fascia compresa tra 20 e 40 Km dal suolo, fungendo da filtro dei raggi ultravioletti dannosi per la biosfera. Negli ultimi decenni que- sto "scudo protettivo" ha subito un parziale danneggiamento a causa dell'azione di sostan- ze come i clorofluorocarburi e gli ossidi di azoto.
Negli strati più bassi dell'atmosfera (troposfera), l'ozono è normalmente presente in basse quantità, ma, soprattutto nel periodo estivo, in presenza di alte temperature, forte irrag- giamento solare ed elevata concentrazione dei cosiddetti "precursori" (idrocarburi e NO₂)' che attivano e alimentano le reazioni fotochimiche, si verifica un notevole incremento delle concentrazioni di ozono. Tale formazione ha la sua origine nell'ambiente urbano, dove si possono verificare episodi acuti di inquinamento da smog fotochimico.
Effetti sull'uomo e sull'ambiente: A causa del suo elevato potere ossidante reagisce con ogni tipo di sostanza biologica ed esercita la sua azione per contatto diretto, in forma gas- sosa. L'ozono è irritante per le mucose e per gli occhi e a causa della sua elevata tossicità provoca difficoltà respiratorie, attacchi d'asma e mal di testa.
Può provocare anche grossi danni alla componente vegetale degli ecosistemi (invecchia- mento fogliare, ingiallimento e necrosi) e al patrimonio storico-artistico.

Idrocarburi
Caratteristiche fisico chimiche: Sono composti formati solo da atomi di idrogeno e carbonio. Il Ioro stato di aggregazione dipende dal numero di atomi di carbonio presenti nella struttura molecolare. Sono i precursori di inquinanti secondari come l'ozono ed altri ossidanti.
Origine: In natura derivano da decomposizione di materia organica, in misura minore da attività geotermica e da combustioni spontanee.
Le fonti antropiche principali sono il traffico, diversi processi industriali e gli impianti di combustione.
Effetti sull'uomo e sull'ambiente: Gli idrocarburi in atmosfera interagiscono con gli NO e gli atomi di ossigeno formando composti ossidati e radicali liberi, che a loro volta, reagen- do con gli NO, provocano la formazione di ozono troposferico.

PRODOTTI della COMBUSTIONE con effetti sull’AMBIENTE

· Monossido di carbonio CO

· Idrocarburi incombusti HC causa di smog fotochimico

· Ossidi di azoto NOx causa di piogge acide e smog fotochimico

· Anidride solforosa SO₂ causa di piogge acide

· Particolato

· Biossido di carbonio CO₂ causa dell’effetto serra (global warming)

INQUINAMENTO A LIVELLO DEL SUOLO

Occorre distinguere il concetto di emissioni da quello di concentrazioni di inquinanti.

Per emissioni si intendono le quantità di inquinante introdotto in atmosfera da una certa fonte inquinante e in un determinato intervallo di tempo e viene di solito espressa in tonnellate/anno.

Per concentrazione si intende la quantità di sostanza presente in atmosfera per unità di volume.

UNITA DI MISURA DI CONCENTRAZIONE DEI GAS

La concentrazione dei gas presenti nell’aria può essere espressa secondo varie unità di misura:

1. parti in volume di sostanza in un bilione di parti di aria ppb

2. parti in volume di sostanza in un milione di parti di aria ppm

3. microgrammi di sostanza per metro cubo di aria mg/m³

SMOG FOTOCHIMICO

Attualmente l’atmosfera delle nostre città è caratterizzata dalla elevata concentrazione di idrocarburi e di ossidi di azoto, che in presenza di forte irradiazione danno luogo alla formazione di smog fotochimico o smog ossidante.

La principale fonte di smog fotochimico è costituita dagli scarichi emessi dagli autoveicoli. La più comune manifestazione di questo tipo di smog è una foschia di colore giallo-bruno dovuta alla presenza di minuscole goccioline di acqua, in sospensione nell’aria, contenenti in soluzione i prodotti delle reazioni chimiche che si verificano tra gli inquinanti presenti nell’aria. I prodotti delle reazioni che avvengono nello smog possono provocare danni alla salute dell’uomo, alle piante e a certi materiali.

Una caratteristica dell’atmosfera terrestre è quella di essere un ambiente ossidante a causa dell’elevata concentrazione di ossigeno, di conseguenza tutte le sostanze gassose che vengono liberate nell’aria subiscono ossidazione.

Il fenomeno dello smog fotochimico viene talvolta denominato come “strato dell’ozono nel posto sbagliato”. I principali prodotti che innescano un episodio di smog fotochimico sono emessi nell’aria come inquinanti dagli scarichi dei veicoli con motori a combustione interna:

· ossido di azoto NO

· molecole incombuste di idrocarburi

Altri idrocarburi sono presenti per evaporazione di solventi, combustibili liquidi ed altri composti organici che vengono complessivamente indicati come composti organici volatili o COV. Un altro importante fattore nella produzione dello smog fotochimico è rappresentato dalla luce solare, che aumenta la concentrazione dei radicali liberi che partecipano ai processi di formazione dello smog.

Condizioni per cui si verifichi lo smog fotochimico sono :

· intenso traffico di veicoli, tanto che si possano accumulare nell’aria sufficienti quantità di NO, HC o COV

· clima caldo e intensa irradiazione solare perché le reazioni, alcune peraltro fotochimiche, possano avvenire velocemente

· la massa di aria deve rimanere ferma affinché i reagenti non siano diluiti

In alcune grandi città questi fattori sono presenti per posizione geografica e per densità di popolazione: ne consegue il grave problema per città come Los Angeles, Città del Messico, Roma, Milano, Tokyo ecc.

I prodotti finali dello smog sono ozono, acido nitrico, composti organici ossidati.

CHIMICA DEGLI INQUINANTI PRIMARI E SECONDARI

Attualmente l’atmosfera delle nostre città è invece caratterizzata dalla elevata concentrazione di idrocarburi e di ossidi di azoto, che in presenza di forte irradiazione danno luogo alla formazione di smog fotochimico o smog ossidante.

· ossido di azoto NO

· molecole incombuste di idrocarburi

Altri idrocarburi sono presenti per evaporazione di solventi, combustibili liquidi ed altri composti organici che vengono complessivamente indicati come composti organici volatili o COV. Un altro importante fattore nella produzione dello smog fotochimico è rappresentato dalla luce solare, che aumenta la concentrazione dei radicali liberi che partecipano ai processi di formazione dello smog.

Condizioni per cui si verifichi lo smog fotochimico sono :

· intenso traffico di veicoli, tanto che si possano accumulare nell’aria sufficienti quantità di NO, HC o COV

· clima caldo e intensa irradiazione solare perché le reazioni, alcune peraltro fotochimiche, possano avvenire velocemente

· la massa di aria deve rimanere ferma affinché i reagenti non siano diluiti

I prodotti finali dello smog sono ozono, acido nitrico, composti organici ossidati.

COV + NO + luce solare ® O₃ + HNO₃ + composti organici ossidati

Inquinanti primari Inquinanti secondari

NO luce solare O₃

HC HNO₃

COV prodotti organici ossidati

I gas inquinanti contenenti ossidi di azoto sono prodotti da qualsiasi combustione con fiamma di combustibili fossili in presenza di aria. Infatti alle elevate temperature che si raggiungono parte dell’ossigeno e dell’azoto presenti nell’aria reagiscono tra loro per formare ossido di azoto NO. La formazione dell’ossido è tanto maggiore quanto più elevata è la temperatura di fiamma. L’ossido di azoto è poi ossidato a biossido di azoto e insieme forma la miscela degli ossidi di azoto che è indicata con la sigla NO_x.

N₂ + O₂ ® 2NO

2NO + O₂ ® 2NO₂

REAZIONI RADICALICHE

La troposfera è un sistema nel quale l’ossigeno atmosferico ha una funzione ossidante che si manifesta attraverso reazioni catalizzate da specie radicaliche generate dalla radiazione solare. Il radicale OH, generato dalla reazione fotochimica dell’ozono ad opera dei raggi UV aventi lunghezza d’onda < 310 nm, è responsabile della degradazione ossidativa di quasi tutte le specie atmosferiche.

UV-B

O₃ O₂ + O

O + H₂O 2OH

Si definiscono radicali liberi quelle specie chimiche che derivano dalla rottura omolitica di un legame, in cui ognuno degli atomi contraenti mantiene uno degli elettroni prima condivisi.

I radicali liberi sono pertanto specie chimiche dotate di un elettrone spaiato, perciò estremamente reattive. Due specie radicaliche reagiscono molto facilmente tra loro per formare una specie molecolare, oppure con una molecola per formare altri radicali oppure ancora dar luogo alla formazione di due radicali:

NO₂ + OH HNO₃

CH₄ + OH CH₃ + H₂O

NO₂ NO + O

REAZIONI FOTOCHIMICHE

Una reazione innescata da un input di energia sotto forma di energia luminosa è detta reazione fotochimica. Infatti una molecola può assorbire un fotone e riutilizzare l’energia per reagire fotochimicamente. Ogni fotone è dotato di una quantità di energia E che è in relazione con la frequenza e con la lunghezza d’onda della luce:

E = hν

λν = c

Ad esempio una molecola di ossigeno può assorbire un fotone di λ = 241 nm o minore e può dissociarsi: si dice che ha subito fotolisi.

OSSIDAZIONE DEGLI IDROCARBURI IN TROPOSFERA

Nella troposfera il radicale OH è prodotto per reazione del vapore acqueo con gli atomi di ossigeno che provengono dalla decomposizione chimica dell’ozono:

hν

O₃ O₂ + O

O + H₂O 2OH

Il radicale OH è responsabile dell’inizio della serie di reazioni di ossidazione degli idrocarburi. Gli idrocarburi più reattivi sono quelli contenenti un doppio legame C=C. Essi reagiscono nel modo seguente con formazione di composti organici ossigenati:

Fonte: C. Baird, Chimica Ambientale, Zanichelli

ridisegnato da D.J.Spelding, Air Pollution, Oxford, Oxford University Press, 1974

Risulta interessante osservare come la distribuzione degli inquinanti nell’aria, durante la giornata vari in funzione dell’ora. La concentrazione di HC e di ossidi di azoto raggiunge valori massimi nelle prime ore , mentre le aldeidi che ne derivano per ossidazione raggiungono il massimo di concentrazione alcune ore più tardi, per diminuire entro la metà del pomeriggio decomposte fotochimicamente.

L’ozono comincia a formarsi e raggiunge il massimo di concentrazione solo nelle ore più avanzate, dopo che tutto l’NO si è ossidato ad NO₂ per opera dei perossiradicali liberi.

NO₂® NO + O

O₂ + O ® O₃

DESTINO DEI RADICALI LIBERI

OH + NO₂ ® HNO₃ principale reazione “pozzo” dei radicali OH

OH + NO ® HONO ® OH + NO

L’aumento serale della concentrazione di OH è dovuta alla decomposizione di acido nitroso HONO prodotto nel pomeriggio.

2 OH ® H₂O₂

2 HOO ® H₂O₂ + O₂

RCHO + OH ® R- C = O + H₂O

Nel pomeriggio, quando la concentrazione di NO è bassa, avviene invece la formazione di un nitrato, ad esempio:

Il perossiacetilnitrato è un agente irritante degli occhi ed è velenoso per le piante. Nel pomeriggio di una giornata di smog fotochimico l’aria è perciò caratterizzata dalla presenza di agenti ossidanti come l’ozono, il perossido di idrogeno, l’acido nitrico e il PAN.

RIDUZIONE DELLO SMOG FOTOCHIMICO

Per ottenere un miglioramento nella qualità dell’aria occorre intervenire riducendo:

· le emissioni di NO

· le emissioni di COV e di idrocarburi, in particolare di quelli contenenti doppi legami che sono più reattivi.

Per quanto riguarda la riduzione di emissione di NO, essa può essere ottenuta attraverso due sistemi:

1. abbassando la temperatura della fiamma; sono infatti allo studio motori in cui la combustione possa avvenire a temperature minori del consueto

2. controllando l’emissione degli scarichi degli autoveicoli alimentati a benzina con l’uso dei convertitori a tre vie (marmitte catalitiche). Infatti utilizzando una superficie impregnata con un catalizzatore a base di rodio, il convertitore trasforma prima gli ossidi di azoto in azoto e ossigeno utilizzando HC, CO e H₂come riducenti ed in seguito, con un catalizzatore a base di platino e/o di palladio, CO e HC sono ossidati.

Quando il convertitore funziona correttamente gli scarichi di HC, CO e NOx sono ridotti fino al 90%, tuttavia prima che il motore sia riscaldato e quando accelera o decelera si verificano emissioni inquinanti.

Anche le centrali elettriche producono emissioni di ossidi di azoto; per ridurle alcuni impianti sono stati modificati con l’introduzione di convertitori catalitici su vasta scala, in cui la riduzione degli ossidi di azoto avviene da parte dell’ammoniaca oppure dell’urea che è introdotta direttamente nella fiamma di combustione.

4 NH₃ + 4 NO + O₂ ® 4 N₂+ 6 H₂O

2 CO(NH₂)₂ + 4 NO + O₂ ® 4 N₂ + 2 CO₂ + 4 H₂O

Effetti sulla salute

L’inquinamento dell’aria che respiriamo si manifesta a livello dei polmoni. Quando nell’aria che respiriamo sono presenti elevati livelli di ozono e di biossido di zolfo si possono avere episodi di insufficienza respiratoria. Negli anni cinquanta si registrarono episodi di smog causato da fuliggine e zolfo che crearono problemi anche molto gravi alle persone già sofferenti di problemi respiratori, causando morti per bronchiti.

Lo smog fotochimico provocato dagli ossidi di azoto è oggi un problema più grave, in quanto l’ozono produce irritazione dell’apparato respiratorio, respiro corto e dolori toracici non solo alle persone che già soffrono di tali disturbi ma anche a persone giovani ed in buona salute. Inoltre alcuni scienziati ritengono che una esposizione cronica ad elevati livelli di ozono nelle città provochi un invecchiamento precoce del parenchima polmonare. Infatti l’ozono reagisce facilmente con sostanze contenenti doppi legami C=C, che sono presenti nel tessuto polmonare.

PIOGGE ACIDE

Il nome di piogge acide sta ad indicare il fenomeno di precipitazioni più acide della pioggia “normale”. La CO₂ presente nella atmosfera già di per sé contribuisce a conferire carattere acido alla pioggia, anche in atmosfera non inquinata. Infatti:

CO_2(g) + H₂O_(g) ® H₂CO_3(aq)

H₂CO_3(aq) ®H⁺ + HCO₃^-

Gli ioni H⁺ provenienti dalla ionizzazione dell’acido carbonico sono la fonte di questa acidità, ne consegue che la pioggia “normale” ha un pH @ 5.

Viene considerata acida una pioggia con pH > 5:principali responsabili sono H₂SO₄ ed HNO₃, che provengono rispettivamente dagli inquinanti SO₂ed NO_x. Questi ultimi possono essere trasportati anche a lunga distanza dal luogo dove sono stati prodotti.

SO₂ è prodotta in modesta quantità da fonti naturali come i vulcani e dalla ossidazione di sostanze contenenti zolfo prodotte dalla decomposizione di materiale vegetale. Grandi quantità di biossido di zolfo sono prodotte dalle attività antropiche: - dalla combustione del carbone

- dalla lavorazione del petrolio

- dalla industria metallurgica (molti metalli sono ottenuti per “arrostimento” dai loro minerali cioè per trattamento dei solfuri con ossigeno)

ad es. 2NiS + 3O₂® 2NiO + 2 SO₂

EFFETTO SERRA

Il problema del riscaldamento globale è considerato il più rilevante a livello planetario. Secondo gli attuali modelli di descrizione dell’atmosfera si prevede che nei prossimi decenni si verificherà un riscaldamento globale planetario significativo. La radiazione solare che raggiunge la Terra è destinata:

· per il 50% a raggiungere la superficie terrestre ed esserne assorbita

· per il 20% ad essere assorbita dai gas presenti nell’atmosfera ( UV dall’ozono, IR da CO₂ ed H₂O)

· per il 30% ad essere riflessa

Affinché la temperatura della terra rimanga costante le quantità di energia emessa ed assorbita devono essere uguali. L’energia emessa ha 4< l< 50 mm, regione nota come infrarosso termico, e si manifesta come calore. Alcuni gas componenti dell’aria come biossido di carbonio assorbono alcune radiazione dell’infrarosso termico e le riemettono in tutte le direzioni: in tal modo, parte della radiazione IR emessa dalla superficie terrestre e dall’atmosfera non arriva nello spazio ma ritorna sulla superficie terrestre riscaldandola.

Questo fenomeno è noto come “ effetto serra” e contribuisce al riscaldamento della superficie terrestre. L’aumento nell’atmosfera di sostanze capaci di assorbire la radiazione termica infrarossa potrebbe causare un aumento della temperatura della superficie terrestre indicato come “aumento dell’effetto serra”.

Gas responsabili dell’effetto serra:

· biossido di carbonio (CO₂)

· vapore acqueo

· metano (CH₄)

· protossido di azoto (N₂O)

· ozono (O₃)

· CFC

L’osservazione dei grafici della variazione della concentrazione atmosferica di CO₂ dal 1960 ad oggi mostra una crescita costante con andamento dentellato dovuto agli effetti stagionali. Infatti, in primavera e in estate grandi quantità di CO₂ sono allontanate dall’atmosfera per effetto della fotosintesi clorofilliana ( fissazione del carbonio ). In autunno e in inverno si verifica la decomposizione del materiale organico vegetale che riforma la CO₂ precedentemente fissata.

Gran parte dell’aumento della concentrazione di CO₂ atmosferica osservata è dovuta alle attività antropiche che utilizzano la combustione dei combustibili fossili.

Tra le principali fonti di emissione ricordiamo:

· Scarichi degli autoveicoli

· Scarichi degli impianti di riscaldamento

· Attività di produzione e trasporto merci

· Raffinazione del petrolio

· Deforestazione mediante incendi

EMISSIONI DI CO₂ in funzione dell’energia prodotta

C + O₂ CO₂

CH₄ + 2 O₂ CO₂ + 2H₂O

C₇H₁₆ + 11 O₂ 7 CO₂ + 8H₂O

C₁₇H₃₆ + 26 O₂ 17 CO₂ + 18H₂O

Combustibile	Potere calorifico	CO₂prodotta
Gasolio 1kg	10000 Kcal	3 kg
Metano 0,85 kg	10000 Kcal	2,3 kg
Benzina 0,97 kg	10000 Kcal	2,8 kg
Carbone x kg	10000 Kcal	3,8 kg

PARTICOLATI

I particolati sono le minuscole particelle solide o liquide sospese nell’aria, dove formano un “aerosol”, foschia che riduce la visibilità. Un aerosol è infatti un miscuglio di particelle solide o liquide di diametro inferiore a 100 mm. Una delle principali fonti di particolato è costituita dalle emissioni dei motori diesel. Le particelle presenti nell’atmosfera sono polveri, fuliggine, caligine e nebbia: gran parte della massa totale di tutti i tipi di particelle presenti in sospensione nell’aria è costituita da carbonio. I particolati fini sono prodotti dalla coagulazione di particelle ancora più piccole provenienti da molecole gassose. Ad esempio l’acido solforico è presente nell’aria come aerosol. La respirazione di questi aerosol acidi provoca effetti nocivi. Inoltre l’acido solforico e l’acido nitrico presenti nell’aria possono reagire con l’ammoniaca derivata dai processi di decomposizione del materiale organico e formare solfato o nitrato di ammonio.

H₂SO_4(aq) + 2 NH_3(g)® (NH₄)₂SO_4(aq)

Questi sali prima formatisi in soluzione possono poi per evaporazione dell’acqua cristallizzare e rimanere presenti come particelle solide.

Le particelle più grosse si depositano facilmente al suolo, mentre le più piccole cadono molto lentamente: la velocità di deposizione è infatti direttamente proporzionale al quadrato del diametro secondo la legge di Stoke:

n = g d² (r₁ - r₂) /18h

Il particolato fine è composto da particelle con diametro inferiore a 2,5 mm che rimangono nell’aria per giorni o settimane. Le particelle con diametro superiore a 2,5 mm costituiscono il particolato grossolano e sedimentano velocemente.

Il particolato totale in sospensione PTS è una misura della concentrazione dei particolati nell’aria che viene data in mg/m³.

Aspetti legislativi

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