Emissioni di particolato ultrafine e nanopolveri da combustioni industriali ed utenze di riscaldamento civile

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Aurelia Arcuri
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1 Emissioni di particolato ultrafine e nanopolveri da combustioni industriali ed utenze di riscaldamento civile Stefano CERNUSCHI, Giovanni LONATI, Senem OZGEN

2 Premesse Particolato ultrafine (UP) e nanopolveri (NP) Dimensioni < 0,1 µm (UP) - 0,05 µm (NP) Presenze diffuse in atmosfere di fondo da fonti naturali Contributi origine antropica intenzionali: nanotecnologie, nanomateriali, attività industriali collaterali: combustione, traffico, processi industriali Implicazioni ambientali livelli outdoor/indoor inventario sorgenti/emissioni ruolo fonti effetti salute Contesto informativo ampia disponibilità per emissioni da traffico valutazioni limitata per fonti stazionarie (combustione, industria) 1

prelievo/metodiche in fase di definizione contributi delle frazioni

3 Premesse Particolato ultrafine (UP) e nanopolveri (NP) Problematiche della misura significato in termini di numero, massa trascurabile protocolli di prelievo/metodiche in fase di definizione contributi delle frazioni condensabili da specie semivolatili attivati da diluizione/raffreddamento gas in atmosfera 2

4 Indagini sperimentali Progetto ULTRAPART Caratterizzazione emissioni di ultrafine e nanopolveri da sorgenti di combustione e processi industriali caldaie/stufe riscaldamento civile a biomassa, gasolio, gas utenze termiche industriali a biomassa impianti termovalorizzazione rifiuti (WtE) Concentrazioni in numero e distribuzioni dimensionali Valutazione effetti di condensazione tramite diluizione controllata dei gas 3

5 Metodologie sperimentali Linea di campionamento Sonda di prelievo + dispositivo diluizione Sistema di prelievo con diluizione e conteggio finale particelle Impattore ELPI Range: 0, µm 4

Metodologie sperimentali Sorgenti Utenze riscaldamento civile Caldaia avanzata a pellet di legna (150 kw th ) con ciclone per rimozione polveri Caldaie

urbani/assimilabili Linee depurazione gas in configurazione BAT o secco + SCR (2 impianti) o secco/umido + SCR (2 impianti) o secco/umido + SNCR (1 impianto)

6 Metodologie sperimentali Sorgenti Utenze riscaldamento civile Caldaia avanzata a pellet di legna (150 kw th ) con ciclone per rimozione polveri Caldaie convenzionali a gasolio e gas (100 kw th ) Caminetto chiuso a legna (11 kw th ) Termovalorizzatori (WtE) 5 impianti, potenzialità t/g, rifiuti urbani/assimilabili Linee depurazione gas in configurazione BAT o secco + SCR (2 impianti) o secco/umido + SCR (2 impianti) o secco/umido + SNCR (1 impianto) Processi industriali Centrale termica a biomasse (cippato legno vergine) con SNCR + ESP/FF Combustore termico rigenerativo per conversione NMVOC da desorbimento suoli contaminati 5

7 Metodologie sperimentali Modalità esecuzione indagine Prelievi convenzionali "a caldo" Prelievi con diluizione ("a freddo"): DR = 15 > 40 Aria ambiente 6

8 WtE - depurazione a secco Concentrazione totale (particelle/cm 3 ) 7

9 WtE - depurazione a secco Frazioni in numero (%) 8

10 WtE - depurazione a secco Distribuzioni dimensionali 1.2E E+04 Concentrazione (cm -3 ) 1.0E E E E E E E+04 A caldo C = 3000 cm Dp Concentrazione (cm -3 ) 1.0E E E E E E E+04 Bassa diluizione C = cm Dp a t Concentrazione (cm -3 ) 1.0E E E E E+03 Media diluizione C = cm -3 Concentrazione (cm -3 ) 1.0E E E E E+03 Alta diluizione C = cm E E Dp Dp

11 WtE - depurazione a secco/umido Concentrazione totale (particelle/cm 3 ) 10

12 WtE - depurazione a secco/umido Frazioni in numero (%) 11

13 WtE - depurazione a secco/umido Distribuzioni dimensionali Concentrazione (cm -3 ) 6.0E E E E E E+04 A caldo C = cm -3 Concentrazione (cm -3 ) 6.0E E E E E E+04 Bassa diluizione C = cm E Dp E Dp Concentrazione (cm -3 ) 6.0E E E E E E+04 Media diluizione C = cm -3 Concentrazione (cm -3 ) 6.0E E E E E E+04 Alta diluizione C = cm E Dp E Dp

14 FF efficienza rimozione y ( ) Efficienza in numero (%) ,14% 97,21% 98,54% 98,85% 99,03% 99,00% 99,98% 100% 100% Efficienza totale UP+NP (< 100 nm) = 96,8% FP (100 nm - 1 µm) = 98,9% - >99,9% ,01 0,10 1,00 10,00 Diametro (μm) 13

15 Caldaia a pellet Concentrazione totale (particelle/cm 3 ) Ambient air Dilution sampling IQR media min max TN (particelle/cm E E Media = 4, E E Aria ambiente Bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 14

16 Caldaia a pellet Frazioni in numero (%) 0.007<dp< <dp< <dp<10 100% Frazione dimensionale (%) 80% 60% 40% 20% 0% 74% 73% 68% 28% 19% 19% 6% 7% 5% Bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 15

17 Caldaia a pellet Distribuzioni dimensionali 3.0E+07 Concentrazione (cm -3 ) 2.5E E E E E E+00 Bassa diluizione C = cm Dp E E+07 Concentrazione (cm -3 ) 2.5E E E E E+06 Media diluizione C = cm -3 Concentrazione (cm -3 ) 2.5E E E E E+06 Alta diluizione C = cm E Dp E Dp

18 Caminetto chiuso Concentrazione in numero (particelle/cm 3 ) TN (particelle/cm Media = 6, Media = Campionamento a caldo Campionamento a freddo Aria ambiente A caldo Bassa diluizione IQR media min max A: alta diluzione M: media diluizione B: bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 17

19 Caminetto chiuso Effetto condizioni operative fase iniziale 1: initial phase intermedia 2: intermediate fase finale 3: final phase numero di particelle (cm -3 ) 1.0E E E E E+06 ELPI tempo relativo (s) NMHC NMHC (mg m -3 ) 0 18

20 Caminetto chiuso Frazioni in numero (%) Frazione dimensionale (%) Aria ambiente A caldo Bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 19

21 Caminetto chiuso Concentrazione p [ (10 8 µ cm -3 ) ] Distribuzioni dimensionali Concentrazione (10 8 cm -3 ) Bassa diluizione C = cm Dp [µm] A caldo C = cm Dp [µm] Concentrazione (10 8 cm -3 ) Alta diluizione C = cm Dp [µm] 20

22 Caldaia a gasolio Concentrazione in numero (particelle/cm 3 ) Ambient air Hot sampling Dilution sampling E+07 TN (particelle/cm E E+07 Media = 3, E E+04 IQR media min max Aria ambiente A caldo Bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 21

23 Caldaia a gasolio Frazioni dimensionali Frazione dimensionale (%) 100% 80% 60% 40% 20% 0% 74% 23% A caldo 0,007<dp<0,05 0,05<dp<0,1 0,1<dp<10µm 97% 96% 89% 10% 3% 2% 1% 4% 0% 1% Bassa diluizione Media diluizione Alta diluizione 22

24 Sintesi comparativa 23

25 Sintesi comparativa 24

26 Conclusioni Emissioni UF/NP fortemente dipendenti da tipo impianto (configurazione, presidi depurazione gas/polveri), combustibile, condizioni operative UF largamente prevalenti per tutte le emissioni indagate Effetto condensabili nel modificare presenze/caratteristiche dimensionali al camino Emissioni da sorgenti industriali ben controllate uno-tre ordini di grandezza inferiori a utenze civili riscaldamento a biomassa/gasolio livelli confrontabili con aria ambiente/di combustione Possibilità elevate efficienze di cattura con filtri a tessuto, tanto per componente primaria che di origine condensabile 25

27 Ringraziamenti Gruppo di ricerca ULTRAPART Politecnico di Milano: S. Cernuschi, G. Lonati, S. Ozgen, R. Tardivo LEAP (Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza): S. Signorini, M. Sutti Personale tecnico degli impianti indagati per supporto e collaborazione durante le misure 26

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