Combustibili fossili ed inquinamento

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1 Prof.ssa Matilde Pietrafesa Università Mediterranea Reggio Calabria Dipartimento DIIES dell Informazione, delle Infrastrutture e dell Energia Sostenibile Combustibili fossili ed inquinamento 16/03/2016 1

2 Atmosfera 500 km 80 km km km 0 km L atmosfera è l involucro gassoso, spesso circa km, che avvolge la Terra A causa dell attrazione gravitazionale la sua densità è massima negli strati più bassi e tende a diminuire rapidamente al crescere dell altezza: la troposfera contiene infatti ca. l 80% della massa dell intera atmosfera e di tale quantità il 50% si trova nello strato sottostante i 5 km di altezza; il 99% si trova in ogni caso entro la stratosfera (sotto i 30 km) 16/03/2016 2

3 Composizione dell'aria I tre componenti gassosi fondamentali sono azoto, ossigeno ed argon, a cui si aggiunge vapor d acqua, la cui concentrazione varia in funzione delle condizioni meteorologiche. Ossigeno 21.0% Argon 0.9% Altri 0.1% 16/03/ Azoto 78.0%

4 Inquinamento atmosferico Ogni modificazione dell aria atmosferica dovuta all introduzione nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da ledere o da costituire un pericolo per la salute umana o per la qualità dell ambiente L inquinamento degli ambienti aperti è detto inquinamento esterno, quello prodotto nei luoghi confinati (come gli edifici) inquinamento indoor 16/03/2016 4

5 Scala dell inquinamento Globale Effetto serra «Buco» nello strato di ozono Regionale Piogge acide Locale Inquinamento da trasporti e riscaldamento Smog nelle aree urbane 5 16/03/2016

6 Inquinamento Globale Gli effetti dell inquinamento su scala globale, dovuti alle emissioni di gas di serra, hanno dato origine ai cambiamenti climatici, per i tempi ristretti entro cui si sono verificati, che non hanno consentito un naturale adattamento degli ecosistemi. 16/03/2016 6

7 Inquinamento Regionale Le piogge acide, dovute a elevate quantità di gas inquinanti emesse nell atmosfera, possono far avvertire i loro effetti negativi anche a distanza di centinaia o migliaia di chilometri 16/03/2016 7

8 Inquinamento Locale Le emissioni dei mezzi di trasporto, dei generatori di calore e dei rifiuti generano sostanze inquinanti che manifestano i loro effetti inquinanti a breve distanza 16/03/2016 8

9 Inquinamento indoor E dovuto all'aria viziata, ai vapori, al fumo di sigaretta e alle esalazioni chimiche presenti all'interno degli ambienti. I materiali edili (calcestruzzo, vernici), gli arredi (mobili, moquette, tessuti sintetici) e i prodotti di pulizia (detersivi) sprigionano vapori nocivi e possono causare effetti dannosi sugli abitanti. La situazione è peggiore nelle case in cui si trovano impianti di condizionamento mal funzionanti, campi elettromagnetici, infiltrazioni da radon. E stata anche caratterizzata una malattia causata dagli edifici, definita dall OMS Sindrome da edificio malato, che presenta sintomi come nausee, irritazioni, allergie, ecc. 16/03/2016 9

10 Sorgenti inquinanti Gli inquinanti immessi in atmosfera vengono prodotti soprattutto dalle centrali termoelettriche, dai veicoli, dagli impianti di riscaldamento, dagli inceneritori e dalle industrie. Essi generalmente hanno origine da fenomeni di combustione incompleta che liberano, oltre all anidride carbonica ed al vapor d acqua, ossidi di carbonio, di azoto, di zolfo, metano ed altri idrocarburi, composti organici volatili, particolato solido e liquido 16/03/

11 Origine degli inquinanti Gli inquinanti vengono solitamente distinti in due gruppi principali: quelli di origine antropica e quelli naturali. Finora ne sono stati catalogati circa 3000, prodotti per lo più dalle attività umane La produzione antropica di inquinamento è strettamente legata alla produzione e all uso di energia 16/03/

12 Classificazione degli inquinanti atmosferici Possono suddividersi in primari e secondari. Ambedue possono essere di origine naturale o antropica I primari sono quelli già presenti nelle emissioni I secondari sono conseguenza di reazioni tra i primari, o tra i primari e i componenti naturali dell'atmosfera 16/03/

13 Inquinanti gassosi Primari composti del carbonio (ad es. HC, CO) composti dello zolfo (ad es. SO 2, H 2 S) composti dell'azoto (ad es. NO x, NH 3 ) composti alogenati Secondari NO 2, originato dall'no O 3, originato da reazioni fotochimiche 16/03/

14 Particolato Particolato, polveri sottili, polveri sospese (PTS), sono termini che identificano comunemente l'insieme delle particelle sospese in aria. Il particolato è l inquinante considerato oggi di maggiore impatto nelle aree urbane, composto da tutte le particelle solide e liquide disperse in atmosfera, aventi diametro che va da pochi nanometri fino ai 500 micron e oltre (cioè da miliardesimi di metro a mezzo millimetro). Si indica con PM (Particulate Matter) seguito dal diametro aerodinamico massimo delle particelle. 16/03/

15 Diametro del particolato PM 10 formato da particelle con diametro inferiore a 10 µm, una polvere inalabile, in grado di penetrare nel tratto respiratorio superiore (naso e laringe) PM 2,5 particolato fine, con diametro inferiore a 2,5 µm, una polvere in grado di penetrare profondamente nei polmoni, specie durante la respirazione dalla bocca. Se le dimensioni sono > 10 µm, il particolato non è in grado di penetrare, se non in piccola parte, nel tratto respiratorio superando la laringe se le dimensioni sono < 2,5 µm la polvere è in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli. 16/03/

16 Penetrazione del particolato nell apparato respiratorio in base al diametro 16/03/

17 Effetti dell inquinamento Cambiamenti climatici Effetti sugli ecosistemi Effetti sulla salute dell uomo Effetti sulla vegetazione Effetti sui monumenti 16/03/

18 Effetti sulla salute dell uomo Gli effetti dell inquinamento sono dannosi per la salute umana e di altre specie viventi: gli ossidi di zolfo e di azoto possono provocare danni all apparato respiratorio l ossido di carbonio può provocare danni al sistema nervoso, cardiovascolare e muscolare il piombo può causare gravi anemie e danni al sistema nervoso il benzene ed i composti organici volatili, oltre a procurare danni al sistema nervoso, possiedono un accertato potere cancerogeno 16/03/

19 Inquinamento globale: a) EFFETTO SERRA Sole Atmosfera 16/03/

20 Effetto serra 16/03/

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22 Lunghezze d onda Spettro visibile

23 Irraggiamento di un corpo nero Legge di Planck E n T C 1 C2 Legge di Wien T C max 3 5 T e 1 C W m m C m K 3 C m K 4

24 Emissione del Sole e della Terra

25 Spettri di emissione Sole Il Sole si comporta come un corpo nero a T = 5800 K e il massimo di emissione si ha nel visibile (λ = 0.5 mm). Del totale la radiazione UV, quella più energetica, è pari a circa il 7%, la radiazione visibile circa il 45%, la radiazione IR circa il 48% Terra La Terra può essere considerata un corpo nero a T = 288 K. Lo spettro di emissione è prevalentemente compreso fra 4 e 25 mm (IR termico) e il massimo si ha per λ = 10 mm. La radiazione IR è invisibile e trasporta grandi quantità di energia che si traducono in perdita di calore dalla superficie terrestre.

26 Gas di serra e Protocollo di Kyoto I gas di serra regolamentati dal Protocollo di Kyoto sono: anidride carbonica (CO 2 ) metano (CH 4 ) protossido di azoto (N 2 O) idrofluorocarburi (HFC) perfluorocarburi (PFC) esafluoruro di zolfo (SF 6 ) Il trattato prevedeva l'obbligo per i Paesi industrializzati di operare una riduzione media delle emissioni inquinanti in misura non inferiore al 5,2% rispetto ai valori registrati nel /03/

27 Protocollo di Kyoto Trattato internazionale per la riduzione delle emissioni di gas di serra sottoscritto nel 1997 a Kyoto, da più di 160 Paesi, con l obiettivo di impedire interferenze antropiche pericolose per il sistema climatico. E entrato in vigore nel 2005, dopo la ratifica da parte della Russia. Gli USA hanno firmato ma non ratificato. I Paesi in via di sviluppo non erano stati invitati a ridurre le loro emissioni al fine di non ostacolare la loro crescita economica con oneri gravosi Non prevedeva sanzioni 16/03/

28 Paesi aderenti al Protocollo di Kyoto In verde: stati che hanno firmato e ratificato In rosso: stati che hanno firmato ma non ratificato In giallo: stati che non hanno aderito

29 40% Ripartizione degli oneri di riduzione delle emissioni tra gli Stati membri dell UE 30% -21,0% -21,0% 25,0% 27,0% 20% 10% 0% Lussemburgo Danimarca Germania Austria Regno Unito Repubblica Ceca Estonia Lettonia Lituania Repubblica Slovacca Slovenia Belgio Italia Olanda Polonia Ungheria 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 4,0% 13,0% 15,0% -10% -20% -13,0% -12,5% -8,0% -8,0% -8,0% -8,0% -8,0% -8,0% -7,5% -6,5% -6,0% -6,0% -6,0% Cipro Finlandia Francia Malta Svezia Irlanda Spagna Grecia Portogallo -30% -28,0% -40%

30 Provenienza dei gas serra CO 2 : prodotta dall impiego dei combustibili fossili in tutte le attività di produzione e trasformazione dell energia CH 4 : prodotto dalle discariche dei rifiuti, dagli allevamenti zootecnici e dalle coltivazioni di riso N 2 O: prodotto nel settore agricolo e nelle industrie chimiche HFC, PFC e SF 6 : impiegati nelle industrie chimiche e manifatturiere 16/03/

31 Incremento delle concentrazioni 16/03/

32 Global Warming Potential Capacità di serra in relazione a quella della CO 2, convenzionalmente posta: GWP = 1, su diversi intervalli temporali (generalmente 100 anni) 16/03/

33 Contributi dei vari gas alla CO 2eq CO 2eq : Unità di misura che considera la somma ponderata della capacità di serra di tutti i 6 gas Anche se tutti gli altri gas hanno un potere climalterante molto più elevato, la CO 2 rimane comunque il principale gas ad effetto serra 16/03/

34 Inventario nazionale delle emissioni e degli assorbimenti E una valutazione quantitativa dei gas di serra emessi dai vari settori produttivi di un territorio e della capacità di assorbimento degli stessi gas da parte delle risorse naturali presenti Attualmente la metodologia più accreditata internazionalmente è prodotta dal comitato IPCC che studia gli effetti sul pianeta dei cambiamenti climatici ed il riscaldamento globale (IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories) 16/03/

35 Segno del bilancio positivo e negativo In Italia attualmente la maggior parte delle realtà locali presentano Bilanci positivi (emissioni prodotte superiori alle capacità di assorbimento del territorio) In caso di Bilancio negativo (capacità di assorbimento del territorio superiore alle emissioni prodotte) è possibile convertire il credito ambientale in Carbon credits, titoli negoziabili da immettere sul mercato, cedendoli a soggetti produttori di CO 2 per mettersi in regola con gli obblighi normativi di riduzione delle emissioni 16/03/

36 Categorie emissive IPCC La metodologia IPCC suddivide le emissioni di gas serra inventariandole in base a quattro settori di provenienza, a loro volta suddivisi in sotto-categorie emissive: Energy Industry Waste Agriculture, Forestry and Land Use 16/03/

37 Categorie emissive IPCC Fuel Combustion Activities Fugitive Emissions from Fuels Carbon Dioxide Transport and Storage Livestock Land Aggregate Sources and non-co 2 Emissions Sources on Land Solid Waste Disposal Incineration and Open Burning of Waste Biological Treatment of Solid Waste Wastewater Mineral Industry Chemical Industry Metal Industry Non-Energy Product from Fuels and Solvent Use Electronics Industry Product Uses as Substitutes for Ozone Depleting Substances 16/03/

38 Flussi di emissione e assorbimento della CO 2 Emissioni Emissioni nette nette in in atmosfera atmosfera emissione emissione emissione emissione Energia Energia Processi Processi industriali industriali Rifiuti Rifiuti Agricoltura, Agricoltura, Foreste Foreste ed ed Uso Uso del del Suolo Suolo assorbimento 16/03/

39 Stima delle emissioni x è il gas serra analizzato AD è il dato di attività, ovvero l informazione che si possiede (kwh prodotti, m 3 o kg bruciati, km percorsi, ecc.); EF è il fattore di emissione del gas esaminato x 16/03/

40 Fattori di emissione della CO 2 16/03/

41 Emissioni complessive di CO 2eq E CO2eq = x GWP x E x E x : emissioni dei singoli gas di serra GWP x : potenziale di riscaldamento globale 16/03/

42 (ktco 2eq /y) Bilancio di gas di serra Reggio Calabria Removals Emissions 16/03/

43 Contributi dei vari settori alle emissioni CO 2eq CO2eq 16/03/

44 Interventi di riduzione delle emissioni riduzione dei consumi di combustibili nel trasporto e per il riscaldamento incremento dell efficienza energetica uso di fonti energetiche rinnovabili raccolta differenziata dei rifiuti diffusione di corrette abitudini ambientali Assorbimento tramite: riforestazione e uso diffuso del verde in aree urbane 16/03/

45 Emissioni di CO 2 16/03/ Fonte: Agenzia europea dell ambiente 2005

46 b) «Buco nell ozono» 16/03/

47 «Buco» nello strato di ozono 16/03/

48 n La formazione della maggior parte dell ozono della stratosfera avviene a più di 30 km di altezza, in corrispondenza della zona equatoriale dove risulta più rilevante l irraggiamento solare n Le radiazioni UV dissociano l ossigeno molecolare in ossigeno atomico che, per la sua reattività, si combina rapidamente con una molecola di ossigeno, originando l ozono n Gli HCFC hanno pesanti conseguenze sull ozonosfera poiché vengono spezzati dai raggi ultravioletti, liberando atomi di cloro che a loro volta spezzano l ozono 16/03/

49 Formazione dell ozono Radiazione U.V. O O O O O O O Radiazione U.V. O O O O O 16/03/

50 Assottigliamento dello strato di ozono Radiazione U.V. Cl F C H Cl Idrogeno Clorofluorocarburo (HCFC) Si trova in: frigoriferi condizionatori bombolette spray... F C Cl O O Radiazione U.V. Cl O Cl H Cloro Cl Cl O O O O Ozono O O O O O O O O si stima che una molecola di cloro possa trasformare in ossigeno molecole di ozono 16/03/

51 Piogge acide n L acqua piovana è naturalmente acida essendo una soluzione di acido carbonico, con un ph compreso tra 5 e 6,5: n n n Con il termine piogge acide (ph < 5) si intende invece il fenomeno della deposizione acida (sia in forma umida che secca) dovuta per lo più ad agenti inquinanti immessi nell atmosfera. In particolare gli ossidi di zolfo e, in parte minore, gli ossidi di azoto, reagendo con l acqua formano acido solforico ed acido nitrico, con danni notevoli per l attività vegetativa delle piante. Se questa deposizione acida avviene sotto forma di precipitazioni (piogge, neve, nebbie, rugiade, ecc.) si parla di deposizione umida, in caso contrario il fenomeno consiste in una deposizione secca. 16/03/

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55 n Le piogge acide accelerano il decadimento dei materiali da costruzione e delle vernici, compromettono la bellezza ed il decoro degli edifici, delle statue e delle sculture.

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57 Inquinamento urbano L'inquinamento urbano è dovuto alla concentrazione degli inquinanti presenti nell'aria, dovuti prevalentemente alle emissioni di gas di scarico delle automobili o sistemi di riscaldamento, combinati al clima 16/03/

58 Smog fotochimico È un particolare inquinamento dell aria che si produce nelle giornate caratterizzate da forte insolazione. Gli ossidi di azoto e i composti organici volatili generano un complesso sistema di reazioni fotochimiche indotte dalla luce ultravioletta, portando alla formazione di ozono ed altri inquinanti secondari 16/03/

59 Smog solforoso (Londra) Questo smog di colore grigio-nerastro è frequente nelle ore prossime all'alba, in condizioni di bassa insolazione, bassa velocità del vento e temperatura prossima a 0 C. Più comune nelle stagioni autunnale ed invernale, si produce quando il fumo ed il biossido di zolfo liberati dalla combustione del carbone si combinano con la nebbia. 16/03/