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CAPITOLO 1: INTRODUZIONE
I principali inquinanti atmosferici da traffico e da impianti di
riscaldamento sono sostanzialmente divisi in quattro categorie:
- ossidi di azoto: si intende la somma dell‟ossido di azoto NO e del
biossido di azoto NO
2
. Sono prodotti in conseguenza di qualsiasi
combustione in presenza di aria. Alle elevate temperature così raggiunte,
parte dell‟azoto e dell‟ossigeno gassosi presenti nell‟aria si combinano
tra loro per formare ossido di azoto NO:
N
2
+ O
2
a fiammacald
2NO
Quanto più è elevata la temperatura della fiamma tanto maggiore è la
quantità di NO prodotta. Poiché questa reazione è fortemente
endotermica, la sua costante di equilibrio ha un valore molto piccolo alle
normali temperature che però aumenta marcatamente all‟aumentare della
temperatura. Ci si potrebbe aspettare che le concentrazioni elevate di NO
prodotto in condizioni di combustione potrebbero essere di nuovo
convertite ad azoto e ossigeno molecolari al raffreddarsi dei gas di
scarico poiché la costante di equilibrio di questa reazione è ridotta a
temperature più basse. Tuttavia anche l‟energia di attivazione della
reazione inversa è assai alta cosicchè il processo non può avvenire in
misura apprezzabile eccetto alle alte temperature. Quindi la
concentrazione relativamente alta di ossido di azoto prodotto durante la
combustione si mantiene tale nei gas di scarico più freddi, dove
l‟equilibrio non può essere rapidamente ristabilito. L‟ossido di azoto
prodotto dalla reazione che decorre ad alta temperatura a partire
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dall‟azoto atmosferico viene detto NO termico. Altro ossido di azoto
viene prodotto anche dall‟ossidazione degli atomi di azoto contenuti
nello stesso combustibile; tale frazione viene detta NO combustibile.
Circa il 30-60% dell‟azoto contenuto in un combustibile viene
trasformato in NO durante la combustione dello stesso.
Il monossido di azoto rilasciato nell‟aria viene gradualmente ossidato a
NO
2
, biossido di azoto, in tempi molto brevi.
Nel loro insieme, NO e NO
2
vengono indicati come NOx.
- ossidi di carbonio: si intende l‟ossido di carbonio CO, detto monossido
di carbonio e il biossido di carbonio CO
2
, chiamato tradizionalmente
anidride carbonica. Il carbonio e i composti organici bruciano in eccesso
di ossigeno producendo CO
2
. Esiste tuttavia un equilibrio tra carbonio,
CO e CO
2
; al di sopra di 700° C è favorito il CO:
CO
2 (g)
+ C
(s)
2CO
(g)
Per questa ragione il monossido di carbonio è quasi sempre uno dei
prodotti di combustione del carbonio e dei composti organici, a meno
che sia presente un eccesso di ossigeno, nel qual caso il CO viene
ossidato a CO
2
. Questi due ossidi del carbonio sono alquanto differenti
nelle loro proprietà chimiche e fisiologiche. Il CO è un gas incolore e
inodore che brucia all‟aria con fiamma blu. Esso è un gas tossico che
esplica la sua azione legandosi all‟atomo di ferro dell‟emoglobina
presente nei globuli rossi impedendo così ad essi di esplicare la loro
normale funzione di trasporto dell‟ossigeno. Come risultato le cellule
dell‟organismo soffrono per mancanza di ossigeno.
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Il CO
2
è un gas incolore e inodore con carattere leggermente acido. In
normali condizioni il gas non è tossico, sebbene ad alte concentrazioni
interferisca con la respirazione. Non favorisce la combustione infatti è
usato negli estintori.
Il CO
2
è un costituente dell‟aria, tuttavia la combustione da parte
dell‟uomo di combustibili fossili quali carbone, petrolio e gas naturali ha
prodotto e liberato nell‟aria quantità ulteriori di tale gas per mezzo della
combustione:
CH
4(g)
+ 2O
2(g)
CO
2(g)
+ H
2
O
(g)
Dall‟inizio della rivoluzione industriale ai giorni nostri la concentrazione
di CO
2
atmosferica è salita dal valore di 280 ppm a 354 ppm per volume.
Tale incremento ha prodotto un significativo aumento della temperatura
media della terra (effetto serra) accompagnato da drastiche variazioni del
clima.
polveri sottili: con il termine PM
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ci si riferisce a quella frazione di
materiale particolato con diametro aerodinamico equivalente inferiore ai
10 μm. Si tratta di particelle di origine molto differenziata accomunate
soltanto dall‟aspetto dimensionale. Le polveri derivano: da svariati
processi produttivi e non, in cui si trasformano o manipolano sostanze
polverose; dai processi di combustione; dalla risospensione di materiale
pulverulento (manto stradale, freni, pneumatici) a causa della
circolazione dei veicoli; dalla trasformazione fotochimica di sostanze
emesse in forma gassosa. Possono essere costituite da carbonio grafitico,
da ioni solfato, nitrato, ammonio, da metalli in forma ossidata, da silicati,
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da prodotti organici di ogni tipo compresi gli IPA (o idrocarburi
policiclici aromatici).
La diffusione dei sistemi di abbattimento nei processi produttivi e il
miglioramento dei sistemi di combustione hanno significativamente
ridotto le quantità assolute di polveri emesse, ma la maggior parte delle
polveri in emissione sono ora caratterizzate da diametri dell‟ordine dei
10 μm o anche molto inferiori.
COV: recentemente si è accertato che nel‟aria delle città sono presenti
anche idrocarburi gassosi provenienti dall‟evaporazione dei solventi,
combustibili liquidi e altri composti organici; nel loro complesso, le
sostanze comprendenti gli idrocarburi e i loro derivati con elevata
tensione di vapore sono dette COV. Per esempio, viene emesso nell‟aria
del vapore quando si effettua il rifornimento di benzina a un distributore
a meno che la pompa e l‟ingresso del serbatoio non siano specificamente
progettati per minimizzare queste perdite. Vapori incombusti di benzina
vengono anche emessi dallo scarico di un veicolo prima che il suo
convertitore catalitico abbia raggiunto la temperatura di esercizio.
I COV sono solo alcune delle sostanze che causano lo smog fotochimico.
Il 60% dell‟inquinamento da queste quattro classi di inquinanti è dovuto
al traffico.
In Italia circolano circa 28 milioni di macchine. Il consumo di benzina
verde (e in passato rossa) è il più alto d‟Europa, 20 milioni di tonnellate.
Si può affermare che l‟Italia contribuisce effettivamente in modo
massiccio all‟inquinamento da traffico. In un giorno feriale nella capitale
avvengono 6 milioni di spostamenti: di questi ben 4,4 milioni con mezzi
motorizzati, dei quali 1,3 milioni con mezzi pubblici e 3,1 milioni con
mezzi privati. Di fatto, quindi, l‟80% delle persone si sposta con mezzi
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motorizzati, e per la maggior parte mezzi privati con una sola persona a
bordo.
In effetti con la benzina verde si pensava di poter in parte risolvere o
ridurre alcuni problemi dovuti al traffico. Se però percorriamo gli ultimi
25 anni notiamo che si sono succeduti tre tipi di combustibile per le
macchine:
benzina rossa (’80)
benzina verde (’90)
benzina verde nuova (2000)
A questi tre tipi di benzine hanno sempre corrisposto problematiche
ambientali: alla benzina rossa hanno corrisposto i metalli, alla benzina
verde i BTX e alla verde di nuova generazione il particolato (PM).
Il problema della benzina rossa era collegato al fatto che essa conteneva i
composti a base di piombo (Pb) con funzione antidetonante (evita il
consumo anomalo degli organi meccanici interni). Il piombo aumenta la
compressione all‟interno dei cilindri infatti per il motore risultava essere
ottimo. Questo piombo, però, veniva smaltito nell‟ambiente, da cui
numerosi casi di piombimia ed avvelenamento.
La benzina verde, che ha progressivamente sostituito la rossa, ha una
composizione diversa e non contiene piombo; contiene tuttavia BTX
(benzene, toluene, xilene), che sono idrocarburi cancerogeni.
Immediatamente dopo la sostituzione della benzina rossa con quella
verde, i dati rilevati nelle stazioni sperimentali del comune di Roma
denunciavano per questi composti un valore anche 10 volte superiore a
quello che oggi è considerato il livello di guardia, cioè 10μg/m
3
.
Negli ultimi anni il livello di BTX è sceso e nel 2001 esso è arrivato a
valori di 10 μg/m
3
, cioè il livello di qualità attuale (in Italia diverra 5
μg/m
3
dal 1 gennaio 2010). Ciò è stato possibile con le campagne contro
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il benzene e con le leggi che hanno stabilito come valore massimo 0,5%
la quantità di aromatici nella benzina (benzina verde nuova o corretta).
In questa nuova benzina quindi non c‟è piombo e il benzene è ridotto
sotto lo 0,5%. Dopo un paio di anni di relativa tranquillità è sorto un
nuovo problema: la combustione della benzina produce del particolato
atmosferico, pericoloso in quanto, assumendolo attraverso la
respirazione o la pelle produce dei danni agli organi respiratori ed
interni.
1.1. GLI IDROCARBURI
1.1.1. Storia della ricerca degli idrocarburi
Il termine petrolio deriva dal latino petra (roccia) e oleum (olio):
significa olio di roccia.
Per petrolio si intende una sostanza naturale, costituita da una soluzione
molecolare complessa di idrocarburi solidi, liquidi e gassosi e da altri
composti chimici in tracce che si trova naturalmente e normalmente
associata alle rocce sedimentarie.
All‟inizio del XIX secolo il petrolio era usato per soddisfarei sempre
crescenti bisogni di combustibili, illuminanti, lubrificanti per macchine e
veicoli, in concorrenza con gli oli vegetali, con l‟olio di balena e con il
cherosene distillato dai carboni e dagli scisti bituminosi.
Il petrolio veniva estratto artigianalmente dalle manifestazioni liquide
superficiali, rese più produttive con fossi (trincee) o pozzi di grande
diametro, scavati a mano.
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Nel Modenese, già nel „600, venivano scavati pozzi e discenderie,
profonde decine di metri, in corrispondenza di sorgenti petrolifere. In
Romania si giunse a scavare fino a 268 m di profondità.
Il primo pozzo trivellato e tubato del mondo, a scopo petrolifero,
fu eseguito nel 1859 dal “colonnello” Drake (ex ferroviere del
Connecticut) sull‟Oil Creek, presso Titusville in Pensilvania, vicino
ad una antica fonte di petrolio. Dopo tre mesi di perforazione a
percussione con una macchina a vapore raggiunta la profondità di 69
piedi, il pozzo cominciò a riempirsi di petrolio, fornendone circa 25
barili al giorno (1 barile è pari a circa 159 litri).
Il nostro fu il terzo paese del mondo, dopo Romania e USA, in cui ebbe
inizio nel 1860 l‟estrazione su scala industriale del petrolio.
Dal 1920 ad oggi il consumo di petrolio è, in pratica raddoppiato ogni 10
anni ma è solo nel periodo tra le due guerre mondiali che il petrolio
comincia ad essere raffinato in elevate quantità per ottenere benzina da
autotrazione.
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