CARATTERIZZAZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMISSIONI IN AMBIENTE Progetto «SELVA» Scenari Energetici nel Lazio e Valutazione Ambientale dell’Uso di Biomasse CARATTERIZZAZIONE E VALUTAZIONE DELLE IMMISSIONI IN AMBIENTE A. Cecinato, C. Balducci, P. Romagnoli, M. Perilli 21 Giugno 2012 ore 9.30 CNR - Area della Ricerca di Roma 1, Montelibretti (RM)

Concentrazioni di benzo[a]pirene, nicotina, cocaina e n-alcani nelle polveri atmosferiche a Montelibretti e Roma (2006-07)

Composizione media della legna e della carbonella impiegate per il riscaldamento domestico

(variano in misura importante secondo il tipo di legno) Fattori d’emissione della legna da ardere utilizzata nel riscaldamento domestico fattori d'emissione (g/kg) (variano in misura importante secondo il tipo di legno)

Sostanze contenute nei fumi della combustione di biomassa composizione media del particolato (%)

Inquinanti dell’atmosfera gassosi (vapori mescolati a N2, O2, Ar, H2O) solidi (polveri sospese) liquidi (disciolti nelle piogge, nella nebbia) (p.es. fumi, fuligine) (p.es. idrocarburi) (p.es. acido formico) non regolamentati regolamentati (p.es. formaldeide, ftalati, rame) (p.es. benzene, NO2, O3, PM10)

Concentrazioni medie d’inquinanti tossici in atmosfera: Formaldeide: 10000 ng m-3 PM10: 30000 ng m-3 Ozono: 50000 ng m-3 Benzo(a)pirene: 0.5 ng m-3 Diossine: 0.001 ng m-3 Cocaina: 0.1 ng m-3 Cannabinoidi: 0.1 ng m-3 Nicotina: 10 ng m-3

Della polvere sospesa si studiano: Definizione: La polvere sospesa è il materiale solido fine che a causa delle sue proprietà fisiche, quando è riversato in aria rimane fluttuante per abbastanza tempo per essere trasportato e/o trasformato. La polvere sospesa così definita si distingue sia dall’aerosol liquido (nebbie, condensa), sia dalle polveri sedimentabili e dalle nano-particelle. Della polvere sospesa si studiano: Le proprietà fisiche (dimensioni, superficie, porosità, densità, proprietà radioattive, elettriche e ottiche, …) Le proprietà biologiche (respirabilità, tossicità a breve e lungo termine su batteri, cellule e organismi,…) Le proprietà chimiche (composizione media e di singola particella; solubilità dei componenti,….)

Vi sono almeno quattro ragioni per studiare la composizione del particolato atmosferico: Trarre informazioni sulla tossicità ambientale Identificare le sorgenti d’inquinamento e valutarne i contributi percentuali Conoscere il bilancio di massa degli inquinanti e dei componenti dell’atmosfera Discriminare l’effetto della reattività atmo-sferica sulla natura e entità degli inquinanti

La composizione del particolato atmosferico è molto variabile e dipende da tre elementi principali: 1. La natura e l’intensità delle sorgenti d’emissione; 2. I meccanismi di formazione, di decomposizione e di abbattimento degli inquinanti, indotti dalla luce e dagli ossidanti; 3. La diluizione e il trasporto degli inquinanti, generati dai venti e dall’evoluzione dello strato superficiale dell’atmo- sfera.

specie inorganiche il carbone elementare (EC); Il materiale particolato atmosferico possiede una composizione complessa che comprende: specie inorganiche (solfati, nitrati, cloruri, ammonio, ossidi, silicati); il carbone elementare (EC); e migliaia di composti del carbonio (OC). Questi formano la frazione organica del particolato o materiale particolato organico (POM).

Componenti inorganici del particolato atmosferico metalli Alluminio Arsenico Berillio Cobalto Cromo Ferro Manganese Nichel Vanadio anioni Sodio Potassio Calcio Magnesio Stagno Zinco Mercurio Piombo Rame cationi Bromuro Cloruro, Ioduro Fluoruro Nitrato Solfato Carbonato Silicato Ammonio

Composizione della frazione organica del particolato specie neutre specie acide esteri idrocarburi policiclici aromatici IPA acidi carbossilici saturi, insaturi alcani, alcheni nitro-IPA alcoli acidi ftalici ossigenati e solforati fenoli, nitrofenoli aldeidi, chetoni ftalati, esteri nitrili acidi solfonici e fosfonici alogenati (PCB, (PCDD/F) specie basiche ammine aza-eterociclici * l’estratto organico contribuisce per 20-50 % alla massa * l’estratto organico contribuisce per 50-100% alla tossicità

Campionatore di polveri sospese ad alto flusso campion. personale a basso flusso campionatore a medio flusso impattore/ campionatore multistadio Campionatori diffusionali

Procedura di trattamento e analisi chimica del particolato sospeso

n-Alcani nelle emissioni antropogeni-che e naturali: composizione relativa Indice CPI25: stima dell’impatto relativo delle fonti naturali sulle polveri sospese

Composti organici apolari Il particolato sospeso contiene alcani e alcheni lineari, idrocarburi aliciclici e ramificati, alchilbenzeni. Gli n-Alcani hanno un numero di carbonio compreso tra 16 e 40. polveri di città polveri rurali

Polveri atmosferiche: profilo percentuale degli n-alcani in estate e in inverno presso un sito semi-rurale Fumo di tabacco: presenza caratteristica di iso-alcani dispari e anteiso-alcani pari

Idrocarburi policiclici aromatici (IPA o PAH) Generalmente presenti in aria in piccole quantità Tuttavia assai studiati, perchè noti cancerogeni Il benzo[a]pirene è generalmente riconosciuto come il più tossico: è un indice di qualità ambientale Rapporto tra le concentrazio-ni indoor e outdoor di PAH in alcune città

Idrocarburi policiclici aromatici IPA atmosferici (IPA cancerogeni, benzo(a)pirene) Congeneri più leggeri (naftalene, acenaftilene, acenaftene, fluorene) sono presenti nei particolati d’emissione e, in aria, come gas

Profilo GC - MS di IPA nel particolato atmosferico

Principali fonti di IPA e BaP in ambienti indoor: Impianti di riscaldamento Cucina, preparazione di cibi Penetrazione dall’esterno Auto/motoveicoli (garages) Candele, lumini Processi e prodotti di lavoro Risospensione polveri Fumo di tabacco

(mai più di tre RDIPA per volta) La distribuzione percentuale di IPA d’emissione varia con la na-tura della sorgente e le condizioni al contorno; essa trova una rispondenza nelle immissioni rapporti diagnostici tra concentrazioni di IPA per lo studio delle fonti d’inquinamento: Benz(a)antracene/Crisene Benzo(b)fluorantene/Benzo(a)pirene Crisene/Benzo(a)pirene Fluorantene/Pirene Benzo(e)pirene/Benzo(a)pirene CP(IPA)/S(IPA) Indeno(1,2,3-cd)pirene/Benzo(ghi)perilene Fenantrene/S(Metilfenantreni) Benzo(ghi)perilene/Benzo(a)pirene (mai più di tre RDIPA per volta)

Rapporti diagnostici di IPA in alcuni tipi d’emissione

Composti fortemente polari associati al particolato sospeso e d’emissione: natura

Composti fortemente polari associati al particolato sospeso e d’emissione: fonti combustione di legna acido deidroabietico acido pimarico retene colesterolo pneumatici cottura di carne benzotiazolo HO

Composti tipici delle emissioni di biomassa b-sitosterol b-sitosterol levoglucosan

e della Vostra cortese attenzione Grazie per l’occasione di questo incontro e della Vostra cortese attenzione Chiunque sia interessato, può contattare l’istituto (direzione@iia.cnr.it) o direttamente il sottoscritto (cecinato@iia.cnr.it)