Emissioni di Polveri Ultrafini da impianti di combustione

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1 Palazzo Pirelli Milano, 20 aprile 2011 Emissioni di Polveri Ultrafini da impianti di combustione prof. Stefano Consonni Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Presidente LEAP Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Il Consorzio LEAP Il LEAP (Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza) è un consorzio nato nel 2005 su iniziativa della sede piacentina del Politecnico di Milano. Attualmente riunisce: La sede di Piacenza del Politecnico 5 Dipartimenti del Politecnico Comune di Piacenza Provincia di Piacenza Fondazione di Piacenza e Vigevano a2a SpA Iren SpA Groppalli Srl Unical AG SpA 1. Energia 2. Elettronica e Informazione 3. Elettrotecnica 4. Chimica, Materiali e Ing. Chimica 5. Ing. Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie e Rilevamento (DIIAR) Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

2 Sede e gruppo di lavoro LEAP Il LEAP ha sede a Piacenza nel complesso della Centrale Emilia presso l ex officina trasformatori. Il gruppo di lavoro è costituito da 18 ricercatori, di cui 9 a tempo pieno, guidati da Presidente, Direttore e dai Professori del Politecnico che hanno la responsabilità scientifica delle varie attività svolte. LEAP è certificato UNI EN ISO 9001:2008 LEAP fa parte di: Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Le attività del LEAP Ricerca in cinque settori: 1.generazione di energia termica ad alta efficienza; 2.produzione di energia o combustibili da biomasse, rifiuti e residui; 3.termoidraulica degli impianti nucleari; 4.tecnologie per lo sfruttamento dei combustibili fossili e cattura della CO 2 ; 5.energie rinnovabili o assimilate. Consulenza e servizi: 1.analisi e simulazioni di impianti a fonti rinnovabili; 2.prove su impianti: misure di temperatura in camere combustione, misurazione di particolato fine e nano particelle in atmosfera e in flussi convogliati, misurazione di concentrazioni di inquinanti in flussi gassosi. Laboratori sperimentali: 1. Heat_Box: valutazione delle prestazioni di caldaie fino a 100 kw di potenza e per la taratura di contatori di energia termica di piccola taglia; 2. Wind_Box:prove termofluidodinamiche su condotti da fumo per generatori di calore di piccola e media taglia; 3. CO2_Box, un laboratorio per la determinazione delle proprietà termodinamiche di miscele a base di CO2. Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

3 Attività sperimentali del LEAP Prove su impianti: Laboratori sperimentali: Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni La squadra inter-disciplinare della ricerca LEAP Proff. Aldo Coghe e Stefano Consonni, ing. Matteo Perotti (Dip. di Energia del Politecnico di Milano), prof. Agostino Gambarotta (Univ. di Parma): fenomenologia della formazione di polveri nei processi di combustione in impianti fissi e mobili letteratura sulle emissioni da impianti fissi e mobili Proff. Stefano Cernuschi e Michele Giugliano (DIIAR del Politecnico di Milano): presenza di polveri ultrafini in atmosfera acquisizione della strumentazione progettazione ed esecuzione delle campagne di prova analisi, interpretazione dei dati raccolti nelle prove Proff. Enrico Bergamaschi (Univ. di Parma) e Pietro Apostoli (Univ. di Brescia): presenza polveri ultrafini in ambienti indoor implicazioni igienico-sanitarie dell'esposizione a polveri ultra-fini Ricercatori Politecnico e assegnisti di ricerca LEAP: ingg. Senem Ozgen, Giovanni Sghirlanzoni, Ruggero Tardivo Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

4 Il sostegno di Federambiente Stipula contratto di ricerca Federambiente-LEAP - 15 gennaio 2007 Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Articolazione dello Studio Fase 1 (9 mesi) : revisione della letteratura definizione dello Stato dell'arte progettazione campagna sperimentale acquisizione strumenti Fase 2 (15 mesi): messa a punto tecniche di misura esecuzione misure analisi ed interpretazione dei risultati redazione rapporti Fase 3 (15 mesi) : sperimentazione su caminetto a legna sperimentazione su filtro a maniche speciazione chimica (analisi composizione) aggiornamento su fonti mobili Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

5 Le dimensioni dell'ultrafine 1 nanometro (nm) = 1 milionesimo di millimetro Dimensioni particelle, nm Polvere pesante Nanoparticelle (NP) Ceneri Volanti Polvere sedimentata Particolato Ultrafine (PU) Polvere da cemento Spore di muffa Particolato Fine (PF) = PM2,5 Polline Capelli umani Fumo da olio/grassi di cottura Batteri Polvere atmosferica in sospensione Polvere domestica Smog Fumo di tabacco Fuliggine Carbone da toner per fotocopiatrici Virus 0,001 0,01 0, Dimensioni particelle, μm Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Al confine tra Stato gassoso e Stato solido Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

6 Fenomenologia della formazione (fuliggine) Schema della formazione di particolato nei processi di combustione in fiamme premiscelate omogenee Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Gli ordini di grandezza delle concentrazioni Concentrazioni di PU in aree caratterizzate aree rurali e marine aree urbane bordi strada con traffico ambienti domestici cucine zone fumatori ristoranti autobus Numero particelle per cm3 Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

7 Polveri ultrafini e realtà naturale Le particelle di dimensioni nanometriche (1-100 nm) sono presenti sulla terra da milioni di anni ed il genere umano è da sempre esposto ad un fondo di Particelle Ultrafini e Nano-Particelle generate da processi naturali Su tale fondo si è innestato col tempo il contributo delle attività antropiche I temi di fondo sono la comprensione di: presenze in atmosfera (e ambienti indoor) fonti/emissioni legame tra emissioni e presenze livelli di esposizione ed implicazioni sanitarie Tra le fonti, certamente figurano gli impianti di combustione fissi (caldaie, centrali) e mobili (automobili, aerei, etc.) Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni La peculiare declinazione italiana dell'ultrafine A differenza di tutti gli altri Paesi, in cui il dibattito è motivo di approfondimento di ricerca, in Italia alcune componenti dell ambientalismo hanno postulato una connessione diretta tra combustione dei rifiuti e presunti effetti sulla salute del Particolato Ultrafine. Ciò prescindendo dai complessi meccanismi che presiedono la generazione, l'emissione e la diffusione degli inquinanti, nonché l'esposizione alla loro azione Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

8 Dal combustibile all'impatto sulla salute Impatto sulla salute Esposizione Presenza in atmosfera (inquinamento) Generazione inquinante Emissione Diffusione in atmosfera Combustione Materiale combustibile Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Combustione, emissioni di polveri e rifiuti La formazione di particelle solide nei processi di combustione é un fenomeno noto e studiato da molto tempo. Al pari delle altre combustioni, la combustione dei rifiuti può avere certamente un ruolo nella problematica dell ultrafine. Allo stato attuale non esistono elementi che possano giustificare per la combustione dei rifiuti un ruolo più critico (ai fini delle emissioni di particolato ultra-fine) di altre combustioni (carbone, biomasse, altri combustibili). Obiettivo di questo studio é stato, tra l'altro, verificare qual é la situazione su impianti industriali in esercizio Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

9 Concentrazioni per impianti fissi, da letteratura Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni L'indagine sperimentale Termo-utilizzatore Hera - Bologna Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

10 Riepilogo dei risultati Livelli di concentrazione Particelle cm -3 (scala logaritmica) Caldaie Motori Diesel Termovalorizzatori Motori benzina Aria ambiente Pellet Caminetto Gasolio Gas naturale Milano Brescia Bologna Diesel senza DPF Diesel con DPF Benzina MPI Benzina GDI Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni In definitiva - 1 La presenza di polveri ultrafini e nano-particelle é una normale caratteristica degli ambienti esterni e confinati frequentati dall'uomo Tra le fonti, certamente figurano tutti i processi di combustione La misura richiede strumenti e tecniche molto sofisticate e impegnative I fenomeni che hanno luogo in atmosfera possono giocare un ruolo molto rilevante emissione non implica necessariamente inquinamento La difficoltà della misura e l'importanza dei fenomeni che hanno luogo a valle dell'emissione rendono al momento velleitaria la redazione di inventari emissivi Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

11 In definitiva - 2 I postulati circa il collegamento tra emissioni di ultrafini e termo-utilizzazione non hanno riscontri, né fenomenologici né sperimentali Tra gli impianti esaminati, le concentrazioni (in numero) maggiori si riscontrano per: caldaie a legna e gasolio caminetti motori Diesel senza filtro antiparticolato motori a benzina a iniezione diretta Non esistono allo stato attuale elementi scientifici, né probanti né sospetti, per vincolare la termoutilizzazione dei rifiuti a causa del ruolo presunto sulle presenza in atmosfera di particolato ultrafine Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Il lavoro non é finito Misure in ambiente, grazie al sostegno della Fondazione di Piacenza e Vigevano Progettazione ulteriori campagne su altre tipologie di impianti e di ambienti: turbogas centrali a combustibile fossile centrali a biomasse termo-utilizzatori con altre tecnologie di trattamento fumi varietà di caldaie per riscaldamento ambienti esterni e confinati SONO benvenute osservazioni, critiche, suggerimenti costruttivi che aiutino a fare passi avanti nella comprensione del fenomeno SIAMO ESTRANEI a dibattiti ideologici, privi di evidenza scientifica quantitativa Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni

12 Ringraziamenti Federambiente e tutte le aziende che hanno sostenuto il progetto Dott. Daniele Fortini, ing. Gianluca Cencia, ing. Antonio Bonomo I colleghi di Univ. di Parma e Univ. di Brescia: prof. Enrico Bergamaschi prof. Agostino Gambarotta prof. Pietro Apostoli Tutti i collaboratori LEAP e Politecnico di Milano: prof. Aldo Coghe ing. Matteo Perotti ing. Senem Ozgen ing. Ruggero Tardivo ing. Giovanni Sghirlanzoni amm.ne LEAP: dott.ssa Marina Bacis, Sig.na Mariangela Gatti Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni Grazie dell'attenzione Emissioni di polveri ultrafini da combustione - S. Consonni