Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Milano, 22 maggio 2009 Emissionidi PolveriFinie Ultrafini da impianti di combustione Stefano Consonni Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Presidente LEAP Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 1 La squadra inter-disciplinare della ricerca LEAP Proff. Aldo Coghe e Stefano Consonni (Dip. di Energia del Politecnico di Milano) e 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 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 2
Il sostegno di Federambiente Stipula contratto di ricerca Federambiente-LEAP - 15 gennaio 2007 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 3 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 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 4
Le dimensioni dell'ultrafine Dimensioni particelle, nm 1 10 100 1000 10000 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 0,1 1 10 100 1000 Dimensioni particelle, μm Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 5 Al confine tra Stato gassoso e Stato solido Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 6
Fenomenologia della formazione (fuliggine) Schema della formazione di particolato nei processi di combustione in fiamme premiscelate omogenee Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 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 10 100 1000 10000 100000 1000000 Numero particelle per cm3 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 8
Gli ambienti di lavoro Processo Concentrazione nel range 14-673 nm (particelle/cm³) Esterno, ufficio oltre 10 000 Fusione di silice oltre 100 000 280-520 Molatura oltre 130 000 17-170 Brasatura oltre 400 000 36-64 Taglio al Plasma oltre 500 000 120-180 Panificazione oltre 640 000 32-109 Pista d atterraggio oltre 700 000 < 45 Saldatura con elettrodo rivestito 54 000-3 500 000 33-126 Saldatura su acciaio 100 000-40 000 000 40-600 Range dimensionale magg. rappresentato (nm ) Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 9 Gli ambienti domestici locali domestici cucine pulizie fumo numero particelle per cm 3 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 10
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.) Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 11 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 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 12
Dal combustibile all'impatto sulla salute Impatto sulla salute Esposizione Presenza in atmosfera Generazione inquinante Emissione Diffusione in atmosfera Combustione Materiale combustibile Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 13 Combustione, emissioni di polveri e rifiuti La formazione di particelle solide nei processi di combustione é un fenomeno not e studiato da molto tempo Al pari di tutte le altre combustioni, la combustione dei rifiuti può avere certamente un ruolo nella problematica dell ultrafine. Tuttavia, non esistono allo stato attuale elementi che possano giustificare per la combustione dei rifiuti un ruolo più critico (ai fini delle emissioni di particolato ultra-fine) di altre combustioni di materiale solido (carbone, biomasse) né, più in generale, di altri combustibili. Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 14
Concentrazioni per impianti fissi, da letteratura Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 15 Concentrazioni per motori, da letteratura 1000 Diesel (senza filtro anti particolato) Milioni di particelle/cm -nm 3 100 10 1 0.1 0.01 a benzina, iniezione diretta a benzina, convenzionale 30-50 mg/km 6-12.5 mg/km 0.001 nanoparticelle 0.3-1.25 ultrafini mg/km 0.0001 10 100 1000 Diametro delle particelle (nm) Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 16
L'indagine sperimentale Termo-utilizzatore Hera - Bologna Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 17 Risultati di questo studio: caldaia a pellet Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 18
Risultati di questo studio: caldaia a gasolio Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 19 Risultati di questo studio: caldaia a gas naturale Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 20
Risultati: termo-utilizzatore Milano Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 21 Risultati: termo-utilizzatore Brescia Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 22
Risultati: termo-utilizzatore Bologna Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 23 Riepilogo dei risultati Caldaie Termoutilizzatori Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 24
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 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 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 25 In definitiva - 2 Da quanto emerso nello studio, i postulati circa il collegamento tra emissioni di ultrafini e termoutilizzazione non hanno riscontri fenomenologici né sperimentali Tra gli impianti esaminati, le concentrazioni (in numero) maggiori si riscontrano per caldaie a legna e gasolio, oltre che per motori Diesel Non esistono allo stato attuale elementi scientifici, né probanti né sospetti, per vincolare o tantomeno escludere la termo-utilizzazione dei rifiuti a causa del ruolo presunto sulle presenze atmosferiche di particolato fine e nanopolveri Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 26
Il lavoro non é finito Estensione del sostegno di Federambiente per ulteriori campagne di misura e approfondimenti su: combustioni domestiche (caminetto) efficienza di cattura filtri a maniche speciazione chimica emissioni da motori automobilistici Risultati complessivi disponibili in autunno 2009 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 Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 27 Grazie dell'attenzione Polveri fini e ultrafini da combustione - S. Consonni - 22.05.2009 28