Particelle fini e ultrafini: la necessità di approfondire la conoscenza sulle emissioni di particolato ultrafine

1. Particelle fini e ultrafini: la necessità di approfondire la conoscenza sulle emissioni di particolato ultrafine Prof. Ennio Carnevale Dipartimento di Energetica Università degli Studi di Firenze Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

2. Particolato fine e ultrafine Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

3. Particolato fine e ultrafine • Per quanto non completamente assestata, si va affermando nella comunità scientifica la convenzione che definisce: • particelle ultrafini (PU) gli agglomerati solidi o liquidi di dimensione inferiore a 100 nanometri (1 nanometro = 10-9 m ) • nanoparticelle (NP) gli agglomerati di dimensione inferiore a 50 nanometri • Si tratta di una distinzione del tutto arbitraria, dal momento che non c’è alcuna soluzione di continuità tra le dimensioni del singolo atomo o molecola ed agglomerati via via sempre più grandi. • Alcuni autori con questi termini intendono intervalli granulometrici diversi, pur fissando il limite superiore di 100 nm per le ultrafini. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

4. Particolato fine e ultrafine Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

5. Particolato fine e ultrafine In sospensione nell’atmosfera terrestre si apprezzano quote significative di particelle ultrafini provenienti da processi naturali e da attività umane. Sia le presenze naturali che quelle antropiche si avvalgono di contributi cosiddetti primari, vale a dire particolato emesso come tale dalla sorgente,e secondari,risultanti da processi di formazione in atmosfera che coinvolgono precursori emessi dalle sorgenti allo stato gassoso. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

6. PF e PU – effetti epidemiologici Gli studi di serie temporali hanno indagato effetti acuti correlabili a variazioni giornaliere nei livelli di PF (PM2,5) e PU (PM0,1). Le principali evidenze possono essere così riassunte: (i) esiste un debole effetto delle PF/PU sia sulla mortalità totale che sulla mortalità per cause respiratorie e cardiovascolari; (ii) le PF sono tendenzialmente associate a effetti immediati (latenza di 0-1 giorni) prevalentemente respiratori, mentre le PU a effetti relativamente ritardati (latenza di 4-5 giorni) prevalentemente cardiovascolari; (iii) gli effetti delle due frazioni, ove misurate, appaiono indipendenti. Da quest’ultima osservazione consegue che la misura delle PF non può essere utilizzata come indicatore di esposizione a PU. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

7. Particolato fine – effetti tossicologici Le sole caratteristiche dimensionali non sono di per sé in grado di condizionare la tossicità, pur producendo una risposta flogistica polmonare di maggior entità rispetto a PF aventi la stessa composizione chimica a parità di massa. Poiché a parità di massa la superficie complessiva di un aerosol costituito da PU è molto maggiore, le particelle hanno una maggiore probabilità di adsorbire e veicolare sulla loro superficie sostanze tossiche di natura organica od inorganica. La composizione chimica, in particolare l’abbondanza in composti aromatici ed elementi metallici di transizione, la presenza di contaminanti di origine batterica o virale, la reattività chimica, la solubilità dei componenti (che a sua volta condiziona la persistenza) appaiono essenziali nella modulazione della tossicità. La variabilità di tali caratteristiche spiegherebbe la variabilità negli effetti sanitari osservati in zone diverse Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

8. Particolato ultrafine – fonti mobili Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

9. Particolato ultrafine – fonti mobili- riduzione • sviluppo di tecnologie motoristiche innovative (in particolare per il processo di ricambio della carica, l’iniezione e la combustione) • adozione di sistemi di post-trattamento • interventi sul combustibile. • Attualmente, il maggior contributo all’abbattimento del particolato è garantito da sistemi di post-trattamento dei gas di scarico: • convertitori catalitici • trappole per particolato. • I convertitori catalitici sono in grado di agire solo parzialmente sul particolato ultrafine, se non per quanto riguarda l’abbattimento della frazione organica (catalizzatori ossidanti) e degli NOx, che rappresentano uno dei più importanti precursori di particolato secondario. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

10. Particolato ultrafine – fonti fisse Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

11. Particolato ultrafine – fonti fisse - rimozione Per gli impianti di combustione fissi, le migliori tecnologie commerciali oggi disponibili per il controllo delle emissioni di polveri sono i filtri a maniche che possono garantire efficienze di rimozione superiori al 99%. Le indagini sulle PU sono generalmente confinate al settore della combustione di solidi in centrali termoelettriche ed utenze termiche di varia tipologia. Le efficienze osservate sono inoltre spesso riportate in termini di massa e non di numero delle particelle, rendendo particolarmente difficoltosa la valutazione delle prestazioni dei diversi apparati. Riduzione nei livelli di rimozione per le classi dimensionali tra 0,1 μm ed 1-2, direttamente riconducibile ai meccanismi inerziali e diffusionali responsabili della cattura delle particelle. Elevata captazione nel complesso. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

12. Particolato ultrafine – impianti termici civili Le concentrazioni di polveri ultrafini nei fumi emessi da caldaie per riscaldamento civile spaziano da valori simili a quelli riscontrabili per l’aria ambiente, per le caldaie a gas naturale, fino a valori di oltre mille volte superiori, per le caldaie a legna e gasolio Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

13. Considerazioni finali La combustione è una delle tante attività antropiche che, assieme ad una serie di fonti naturali, emette anche particolato ultrafine. Per ciò che riguarda le combustioni fisse gli elementi che regolano l’emissione di PU sono principalmente la qualità del combustibile (si va dalla legna con emissioni importanti fino al gas che mostra i valori più bassi) e l’esistenza di apparati per la rimozione del particolato fine che, se si tratta soprattutto di filtri a manica, mostrano ottime prestazioni anche per le PU. Per quanto riguarda le combustioni mobili, è possibile individuare nel traffico veicolare una fonte certamente significativa, nel senso che in prossimità di flussi rilevanti di traffico si apprezzano presenze elevate di PU rispetto al fondo urbano. Le iniziative in atto per il controllo del particolato fine mostrano risultati apprezzabili anche nella riduzione del numero totale di particelle emesse dai motori diesel. Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.

14. Considerazioni finali Necessità ulteriore di indagini di caratterizzazione delle emissioni di PU da fonti fisse e mobili Necessità di misurare il numero di particelle anziché la massa  apparecchiature dedicate Aggiornamento delle apparecchiature di misura disponibili localmente Necessità di indagare l’effettiva efficienza di rimozione di dispositivi di cattura/rimozione per fonti fisse mobili Necessità di indagare l’efficacia di presidi tecnologici innovativi a combustione Necessità di caratterizzare l’aria ambiente in termini di PU Necessità di sviluppare appropriate catene modellistiche per la simulazione della formazione di particolato secondario in atmosfera e dell’introduzione nei modelli del parametro numero di particelle (anziché massa). Firenze, 2 Ottobre 2009 - Esperienze avanzate di riduzione delle polveri sottili: le strategie e i migliori esempi da seguire per il risanamento della qualità dell’aria nell’area metropolitana fiorentina.