SMOG:FAQ:sorgenti

Sorgenti

  • Quali sono le sorgenti di PM10?
  • Esistono sorgenti naturali di PM10?
  • Quali sono le sorgenti antropogene di PM10?
  • Ma se le polveri sottili restano sospese per mesi e si spostano per molti chilometri, le concentrazioni misurate in città non sono solo dovute esclusivamente alle attività dell’agglomerato urbano. Qual’e’ il contributo locale delle città alle concentrazioni misurate nei punti di monitoraggio urbani?
  • Qual’e’ l’importanza relativa delle singole fonti?
  • Spesso si sente citare l’importanza del riscaldamento domestico come fonte di polveri sottili nelle città, è così ?
  • Quali sono le sorgenti di PM10?

    Moltissime sono le sorgenti di PM10 anche se non tutte hanno la stessa importanza. Esempi di sorgenti sono le automobili o le onde che si infrangono sugli scogli, le ciminiere e le eruzioni vulcaniche. Possiamo quindi suddividere le sorgenti di PM10 in naturali e antropogene (dovute alle attività umane). Usualmente nelle aree urbane le sorgenti più significative sono proprio quest’ultime.

    Esistono sorgenti naturali di PM10?

    Esistono anche sorgenti naturali di particolato fine. Per esempio nelle zone costiere si formano molte goccioline (120 micron) quando le onde si infrangono negli scogli, e possono avere una discreta importanza per le PM10. Il vento inoltre può sollevare le polveri prodotte da processi naturali di erosione causati dal vento stesso, dall’acqua o da variazioni di temperatura. Le polveri sospese trascinate dal vento possono provenire da zone molto distanti come capita con la sabbia del deserto del Sahara nelle zone a nord-est del Mediterraneo. In alcune zone (come in Sicilia), un’altra fonte di emissioni di polveri sottili è l’attività vulcanica, caratterizzate soprattutto dalla presenza di alte concentrazioni di SO2.

    Quali sono le sorgenti antropogene di PM10?

    Trasporto su strada
    Le emissioni di particolato connesse al trasporto su strada sono usualmente le più significative nelle aree urbane, per quanto riguarda le PM10.
    In genere i veicoli con motore diesel emettono una quantità maggiore di particolato fine rispetto ai veicoli con motore a benzina. Questo è dovuto alla maggiore viscosità del carburante che non permette un’ottimale miscelazione con l’ossigeno e favorisce quindi la formazione di prodotti intermedi allo stato liquido o solido. Altrettanto certo è il legame fra la cilindrata del veicolo e la quantità del particolato prodotto: più potente è il veicolo e maggiore è la quantità di particolato prodotto.
    L’incrocio di queste due osservazione fa si che i mezzi commerciali pesanti siano i maggiormente inquinanti assieme agli autobus, seguiti dai commerciali leggeri e dalle automobili.
    Complessivamente da fonti ANPA-IIASA-TNO (elaborazione ARPAV-ORAR) la stima nel Veneto delle emissioni di PM10 negli anni 1998-2001, in relazione al tipo di categoria veicolare è:

    Le emissioni diesel sono principalmente composte da fuliggine, idrocarburi volatili e solfati. Le dimensioni delle particelle emesse varia da 0,01 a 0,05 micron se sono appena state prodotte e da 0,05 a 2,5 micron nel caso di coaguli di vecchie polveri.
    Oltre agli scarichi dei motori, ci sono altre fonti di PM10 connesse al traffico su strada. Molte polveri sottili vengono infatti prodotte dall’usura di gomme, freni e dall’abrasione dell’asfalto. Queste particelle hanno dimensioni che variano presumibilmente tra 3-30 micron.
    I vari contributi percentuali delle emissioni di PM10 nel traffico veicolare su strada, per processo emissivo, sono stimate come segue:

    • 74 – 76 % dovuto alla combustione;
    • 5 – 6 % dovuto alla consunzione dei freni;
    • 9 – 10 % dovuto alla consunzione delle gomme;
    • 9 – 10 % dovuto all’ abrasione del manto stradale.

    Una fonte secondaria di PM10 è la risospensione. Non è una vera e propria fonte di PM10, dato che non genera nuove sostanze, ma rimette in circolazione del particolato già esistente che si era depositato sul suolo. Un recente studio (Jaecker-Voirol & Pelt, 2000) stima che un veicolo può rimettere in sospensione una quantità di PM10 pari al doppio o addirittura al triplo di quella che emette un veicolo diesel percorrendo la stessa distanza.

    Impianti di combustione domestici
    L’utilizzo di carbone negli impianti di riscaldamento è stato per anni la fonte principale di PM10 nelle città europee, durante i periodi invernali. Oggi il carbone non viene più usato negli impianti domestici (ad eccezione di alcune città come Belfast) e grazie alle nuove strategie di abbattimento delle polveri negli impianti di riscaldamento, queste sorgenti di PM10 hanno perso importanza.
    La stagionalità dell’inquinamento da PM10 potrebbe portare a pensare che un grande contributo alla formazione del particolato venga dagli impianti di riscaldamento, poiché le maggiori concentrazioni si registrano proprio in coincidenza al funzionamento degli stessi. In realtà l’aumento delle concentrazioni di polveri sospese nei periodi invernali dipende da altri motivi, collegati alla stratificazione dell’atmosfera che nei mesi freddi permette una limitata miscelazione dell’aria.

    Impianti di combustione industriali
    Le emissioni industriali possono essere un’importante fonte di PM10 nelle aree urbane. L’importanza di queste sorgenti varia a seconda della loro ubicazione e delle tecnologie di abbattimento utilizzate. A seconda del tipo di processo industriale, la dimensione delle particelle emesse varia da 0,5 a 100 micron.

    Inceneritori urbani ed industriali
    Dagli inceneritori vengono emessi due tipi di inquinanti: gas combusti e ceneri.
    Le ceneri sono composte da fuliggine, tracce di metalli, polveri di minerali e materiale bruciato parzialmente di dimensioni comprese tra 5 e 150 micron. La quantità e la dimensione del particolato emesso dipende dal tipo di inceneritore e dagli scrubbers utilizzati. Le polveri separate con gli scrubbers devono essere smaltite in discariche controllate.

    Cantieri, cave e miniere
    Le particelle provenienti da cantieri edili hanno usualmente dimensioni maggiori di 10micron, e quindi non fanno parte delle PM10. Possono comunque essere presenti particelle di dimensioni minori. Per quanto riguarda le polveri prodotte in cave e miniere, nella maggior parte dei casi esse hanno dimensioni maggiori di 3 micron e quindi possono influenzare il valore del PM10 misurato in zone limitrofe. Altre sorgenti di polveri sottili sono i cementifici e le industrie di ceramica.

    Incendi boschivi o fuochi agricoli
    Possono essere importanti sorgenti di PM10 sia le emissioni dirette dalle fiamme, sia il materiale bruciato sollevato dal vento. Le particelle delle sostanze bruciate sono composte da materia organica, nerofumo e materiale inorganico e hanno dimensioni minori di 10 micron. Questo tipo di contributo al particolato fine può sembrare episodico, ma nelle zone dove spesso sono presenti incendi, diventa significativo. Ogni anno nei paesi mediterranei circa 50000 incendi (prevalentemente dolosi) bruciano 700000-1000000 ettari di boschi (un area pari a metà della superficie della regione Veneto".
    http://www.regione.emilia-romagna.it/web_gest/notizie/2001/ago/incendi.htm

    Agricoltura
    La più importante sorgente di particolato fine tra le attività agricole deriva dalla presenza di concimi di sintesi che favoriscono la produzione di importanti componenti di PM10 in molte aree (ad es. la reazione dell’ammoniaca con acido solforico e con l’acido nitrico produce solfato di ammonio e nitrato di ammonio che si ritrovano tra i componenti dei Pm10 in aree rurali).

    Riassumendo:

    Costituenti delle particelle atmosferiche e principali fonti

    Primario (PM <2.5) Primario (PM >2.5) Secondario
    sostanze naturale antropogena naturale antropogenica naturale antropogenica
    ione solfato aerosol marino combustibili fossili aerosol marino   ossidazione del solfato emesso da aerosol marino, aree umide, vulcani, incendi ossidazione del solfato emesso dalla combustione di combustibili fossili
    ione nitrato         ossidazione del nitrato prodotto da suoli e incendi ossidazione del nitrato emesso dalla combustione di combustibili fossili e gas scarico motori per autotrasporto
    minerali erosione polveri derivanti da pavimentazioni stradali, agricoltura e foreste erosione polveri derivanti da pavimentazioni stradali, agricoltura e foreste    
    ione ammonio         animali e suoli allevamenti animali, fognature, fertilizzazione
    carbonio organico incendi incendi, combustione biomasse, gas scarico   pavimentazioni stradali (asfalto) ossidazione di terpeni e cere vegetali, incendi ossidazione gas scarico da trasporto, incedni e combustione biomasse
    carbonio elementare incendi gas scarico da trasporto, combusrione biomasse, incendi   pavimentazioni stradali (asfalto)    
    metalli attività vulcanica combustione combustibili fossili, rivestimenti freni erosione, detriti organici      
    elementi biogeni virus e batteri   piante, insetti, polline, spore fungine, aggregati batterici      


    [ »  Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.I]

    Ma se le polveri sottili restano sospese per mesi e si spostano per molti chilometri, le concentrazioni misurate in città non sono solo dovute esclusivamente alle attività dell’agglomerato urbano. Qual’e’ il contributo locale delle città alle concentrazioni misurate nei punti di monitoraggio urbani?

    Da un lato, l’estrema mobilità di questo inquinante tende ad omogeneizzare le concentrazioni di particolato su larga scala, dall’altro, nelle città le fonti di PM10 si addensano causando la formazione di una sorta di plateau nei valori di inquinamento. Dall’analisi del particolato, Lenschow et al., 2001 [ in »Osservatorio PM10] trova che il PM10 campionato in un sito di misura ad alto traffico nella città di Berlino ha per circa un terzo origine regionale, per un altro terzo origine urbana e per il restante terzo origine locale. Gli stessi dati sono riassunti nel seguente grafico.

    origine geo dei pm10

    In un agglomerato urbano, secondo il modello concetuale proposto da Lenschow et al., 2001 [ in »Osservatorio PM10], le concentrazioni misurate sarebbero la sovrapposizione di un fondo regionale, di fondo urbano e di un contributo locale dovuto al traffico.

    schematizzazione della composizione dei pm10 a berlino

    Come rappresentato nella figura qui sopra, la stazione di fondo regionale (3, rurale secondo la terminologia usata dalla normativa italiana) misura un livello di inquinamento inferiore a 20 µg/m3. Man mano che si entra in città tale livello di fondo aumenta fino a superare i 30 µg/m3 , rilevato dalle centraline di fondo urbano (2). Su questo livello di fondo si vanno a sovrapporre poi picchi di concentrazioni di PM10 molto localizzati dovuti al traffico locale e misurati dalle centraline rappresentative di zone di traffico urbano (1).
    [»Osservatorio PM10]

    Qual’e’ l’importanza relativa delle singole fonti?

    Dare delle stime di ripartizione tra le varie fonti è un problema di difficile soluzione e di scarsa generalità. Questo tipo di valutazione viene di solito affrontato utilizzando modelli statistici o deterministici e ricercando, nei campioni raccolti, composti riconducibili a determinate fonti.

    Da una serie di studi considerati in [1] e riferiti a città americane:

    • la combustione di combustibili fossili e di biomasse è la fonte principale per i PM2.5
    • in particolare la combustione di prodotti derivati del petrolio può arrivare a contribuire fino al 40% della concentrazione misurata, con una importanza maggiore per i gas di scarico (esausti) dei motori diesel e a benzina.

    Esempi di ripartizione riferiti alla città di Berlino sono riportati in Lenschow et al.2001 [»Osservatorio PM10] ottenuti con l’analisi del particolato e riassunti nella tabella seguente:

    Fonti di PM10:contributi percentuali delle differenti fonti al PM10 presente nell’aria a Berlino in un sito ad alta intensità di traffico

    Fonte locale urbana regionale totale
    Industria 0% 3% 14% 17%
    Domestica 0% 5% 2% 7%
    Traffico produzione 14% 15% 6% 35% 53%
    risospensione 11% 5% 2% 18%
    Agricoltura 0% 0% 3% 3%
    Altro 0% 7% 1% 8%
    Natura 1% 2% 8% 11%
    Totale 27% 37% 36% 100%

    Come presentato nella figura seguente, si può dunque stimare che il traffico, nel suo complesso, incide per più dell 50% all’inquinamento da PM10 nei contesti urbani e può dunque essere indicato come il responsabile principale. E’ importante sottolineare quanti pesi la componente dovuta alla risospensione, che contribuisce per più di un terzo alla quantità imputata al traffico.

    ripartizione fonti pm10 a berlino

    Un altra ripartizione esemplificativa e riferita ad una stazione di fondo urbano della città di Milano è riportata in Marcazzan et al., 2003 e viene riassunta nella seguente tabella:

    Fonti di PM10: contributi percentuali delle varie fonti al PM10 presente nell’aria a Milano in una stazione di fondo urbano

    Fonte %
    Industria 7%
    Traffico 26%
    Suolo 14%
    composti secondari 52%
    Totale 100%

    La concentrazione di PM10, in una situazione di fondo urbano, per Milano ha per 26% origine dal traffico. Questa stima è confrontabile con quella di Berlino dove, facendo le opportune trasformazioni , si ottiene un contributo del traffico pari a 28%.
    [»Osservatorio PM10]
    [1 »  Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.I]

    Spesso si sente citare l’importanza del riscaldamento domestico come fonte di polveri sottili nelle città, è così ?

    In alcune città il contributo dato dal riscaldamento alle emissioni di PM10 può anche essere rilevante, ma non in altre città che sono ampiamente metanizzate.
    A Padova, ad esempio, l’84,8 % degli impianti è alimentato a gas metano. I restanti si suddividono così: 12,8 % a gasolio, 2 % a olio combustibile, 0,3 % a nafta, 0,2 % a GPL: in totale solo 4.058 (su 62.243) non sono a gas.
    Anche prendendo in considerazione i 732 impianti con la maggiore potenza termica, quelli superiori a 350 KW, le proporzioni non cambiano di molto, solo un quarto di questi non è alimentato a metano
    La combustione del metano produce anidride carbonica ed acqua. Se dunque l’emissione di anidride carbonica contribuisce a dare il suo contributo a quel fenomeno gravissimo di inquinamento globale che è l’effetto serra, tuttavia la combustione del metano evita di aggiungere ancora inquinanti come ossidi di azoto, micropolveri, IPA, tipici del traffico.
    Se le cifre sugli impianti termici (la fonte dei dati è il Settore Ambiente del Comune di Padova) non bastassero per dimostrare lo scarso contributo dato dal riscaldamento all’emissione di PM10 a Padova si aggiunga che in nessuna delle Relazioni annuali sulla qualità dell’aria che Comune di Padova e ARPAV hanno redatto dal 1999 ad oggi quello del riscaldamento è stato indicato come problema prioritario per la qualità dell’aria. Legambiente non è contraria all’intervento su quel 15% di impianti termici cittadini non a metano, ed anzi ha sempre proposto di avviare programmi per un uso più razionale e pulito dell’energia. Ma in ordine alle priorità di lotta al Pm10 questo è l’ultimo dei problemi. Se mediamente, a livello nazionale, il traffico è il responsabile per più del 50% delle emissioni di polveri sottili, il suo contributo sale ancora nella Pianura Padana. A Padova, con una metanizzazione così spinta è improbabile che il contributo del riscaldamento possa superare.