Regione Lazio

Ente Accreditato

I S T I T U T O T E C N I C O I N D U S T R I A L E S T A T A L E

“GIOVANNI XXIII”

C.M. RMTF110003 - Distretto XV - C.F. 80213850581

Roma, Via di Tor Sapienza, 160 – 00155 - Tel. 0622773658, 062282317 - Fax 062284288

Sistema Qualità

“La Provincia di Roma per educare al futuro”

Nuovi materiali didattici multimediali

sulle tematiche connesse con lo sviluppo sostenibile

Anno scolastico 2012/13

PROGETTO: “OBIETTIVO ARIA PULITA”

INTRODUZIONE

Da anni il nostro istituto ha inserito nella sua “mission” una campagna di sensibilizzazione ai

problemi ambientali, aderendo alle diverse iniziative proposte da aziende, università e centri

territoriali che sviluppano ricerche nel settore.

I nostri insegnanti hanno introdotto nella studio di diverse discipline argomenti sulla produzione di

energie pulite e sono stati realizzati diversi progetti che affrontano tale argomento.

Per realizzare questo nostro lavoro abbiamo deciso di affrontare una tematica diversa: “come

combattere l’inquinamento da CO2”, Il titolo del progetto è quindi:

“OBIETTIVO ARIA PULITA”

Costituito un gruppo di lavoro (foto allegata) ben motivato composto da studenti e studentesse che

hanno competenze diversificate in quanto appartengono a classi degli indirizzi di specializzazione chimico, elettronico e marketing, abbiamo suddiviso il lavoro nelle seguenti quattro fasi:

1.Analisi del problema dell’inquinamento da CO2

2.Studio dei materiali che hanno la proprietà di assorbire CO2

3.Utilizzo della strumentazione per la misura della concentrazione di CO2

4.Discussione finale e sviluppi futuri

FASE 1: Analisi del problema dell’inquinamento da CO2

L’inquinamento atmosferico riguarda quegli agenti fisici, chimici e biologici che modificano le

caratteristiche naturali dell’atmosfera.

I principali effetti che gli inquinanti provocano nell’ambiente sono l’effetto serra e le piogge acide.

Quest’ultime comportano anche altri problemi come il buco dell’ozono ed altri meno visibili sulla

flora e sulla fauna.

Gli inquinanti atmosferici possono essere naturali quali i vulcani, gli incendi e i ghiaioni

o antropici quali il traffico dei veicoli, il riscaldamento domestico, le industrie e le attività

artigianali ecc.

Il tema che vogliamo affrontare è quello riguardante l’inquinamento da CO2 che riguarda entrambi i tipi

di agenti inquinanti.

L’interesse che si è sviluppato attorno a questo composto è dovuto alle modificazioni climatiche del

pianeta.

Gli scienziati segnalano che i livelli di biossido di carbonio sono aumentati di 2.67 parti per milione, per

un totale di poco inferiore a 395 parti per milione, rispetto al 2011. Si tratta del secondo incremento più

elevato dal 1959, anno in cui si è cominciata a rilevare sistematicamente la presenza di CO2

nell’ambiente, come mostrato nel seguente grafico.

Secondo gli scienziati, il dato deve tenere conto della vertiginosa crescita delle economie orientali. Il

tempo passa e la scienza ci avvisa che abbiamo circa 2 anni per stabilizzare le emissioni di CO2 nel 2015,

per poi invece dimezzarle nel 2050.

Purtroppo l’Italia è un perfetto esempio di incoerenza politica per il clima: pur appoggiando gli obiettivi

di Kyoto a livello internazionale, sta facendo molto poco per ridurre le emissioni nazionali di CO2 e

sembra impossibile contrastare le spinte dell’industria.

Certamente il problema è grande e non facilmente risolvibile, noi, nel nostro piccolo, abbiamo rivolto la

nostra attenzione allo studio di due materiali che hanno la proprietà di assorbire e trasformare il CO2.

La parola alle nostre colleghe future chimici.

FASE 2: Studio dei materiali che hanno la proprietà di assorbire CO2.

Noi studentesse dell’indirizzo chimico abbiamo eseguito una ricerca sui materiali in grado di

assorbire CO2 ed abbiamo deciso di studiare i processi chimici che avvengono nel cemento

ecosostenibile e nel minerale peridotite.

IL CEMENTO ECOSOSTENIBILE “MANGIA” CO2

L'anidride carbonica, detta anche biossido di carbonio o diossido di carbonio, è un ossido acido

(anidride) formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno;

La CO2 è ritenuta uno dei principali gas serra presenti nell'atmosfera terrestre e , inoltre, è

indispensabile per la vita e per la fotosintesi delle piante, ma è anche responsabile dell'aumento

dell'effetto serra.

Uno dei metodi per ridurre l’inquinamento apportato da questa sostanza, è il cemento eco-

sostenibile sottoposto a ricerche da parte dei ricercatori della UPC, la Universitat Politècnica de

Catalunya.

Il cemento è un materiale da costruzione solido e affidabile ed’è sempre maggiore la sua richiesta.

Purtroppo, il processo utilizzato per fabbricare la maggior parte del cemento mondiale, genera il 5%

delle emissioni di biossido di carbonio prodotte dall'uomo. Una nuova società produttrice di

cemento, la Novacem, ha però scoperto una nuova tecnica che trasformerà il cemento in un

materiale da costruzione più sostenibile, appunto il cemento eco-sostenibile.

I due componenti base del cemento sono il calcestruzzo carbonato (con cui si può ottenere un pH di

circa 8) ed il fosfato di magnesio (conglomerato idraulico, leggermente acido, che non richiede

alcun trattamento per ridurre il pH) . La combinazione di queste componenti crea un ambiente

favorevole alla crescita di muschi, licheni, alghe e microalghe sulla superficie del cemento.

Il problema nella realizzazione di un cemento del genere era quello di creare un ambiente

favorevole alla crescita e allo sviluppo del materiale biologico: in particolare bisognava lavorare

sulla porosità, la rugosità superficiale e il pH. Da ciò deriva il fatto che il bio-cemento è stato realizzato in pannelli formati ognuno da tre strati: il primo, più interno, è quello impermeabile, che

consente una minima dispersione di calore e quindi aumenta l'efficienza energetica della

costruzione; al di sopra di questo, si colloca lo strato che permette di sostenere lo sviluppo biologico

dei microrganismi, immagazzinando l'acqua piovana; infine, lo strato esterno è composto da un

rivestimento discontinuo con funzione impermeabilizzante inversa, ossia permette l’ingresso di

acqua piovana ma ne impedisce la fuoriuscita. Tale composizione serve anche a permettere un

aumento della superficie ospite e a trattenere i microorganismi e le sostanze nutritive.

Il nuovo materiale, quindi, assorbirà CO2 dall’atmosfera e, trattenendo le radiazioni solari, sarà

anche in grado di fungere da pannello di supporto per la termoregolazione delle abitazioni.

Questo nuovo materiale, infatti, è stato progettato esplicitamente per le facciate esterne degli edifici

o per strutture in cemento che debbano essere posizionate all’aperto.

Il nuovo biocemento, brevettato dal team, è ancora oggetto di studio: i ricercatori stanno infatti

cercando un modo per sviluppare in maniera accelerata i microorganismi che vi trovano un habitat

naturale in modo da poter offrire, entro un anno dalla installazione, un aspetto omogeneo ed

attraente alle superfici composte di cemento verde. Quest’ ultimo, ovviamente, essendo abitato da

diversi tipi di microorganismi, avrà come caratteristica particolare quella di una variazione di colore

a seconda delle diverse stagioni dell’anno, ovvero a seconda della famiglia di microorganismi

prioritaria. Inoltre, sono anche oggetto di studio sistemi per evitare la crescita di alcuni tipi di

vegetazione che potrebbe trovare ospitalità in questo nuovo cemento, rischiando però di causare

danni con la crescita delle radici.

PERIDOTITE : La Roccia che Assorbe CO2.

Interessante Scoperta di un Team di Scienziati che ha Trovato Utile la Peridotite, una Roccia che

Converte CO2 in Calcite e altri Innocui Sali Minerali.

Le peridotiti sono rocce ultrafemiche caratteristiche del mantello superiore costituite

essenzialmente da peridoto (circa il 60% in volume), clinopirosseno (circa il 15%) e ortopirosseno

(circa il 25%).

La fusione parziale delle peridotiti produce un magma basaltico in corrispondenza delle dorsali

oceaniche. Non risulta particolarmente comune trovare peridotiti "fresche",ossia con i minerali

inalterati; infatti il cambiamento progressivo delle condizioni al contorno (pressione e temperatura)

e specialmente l'interazione con fluidi acquosi circolanti fa sì che buona parte della paragenesi

metamorfizzi a dare clorite, serpentino, anfibolo ed altri minerali idrati e/o di alterazione. Tuttavia

questo minerale a contatto con il biossido di carbonio, converte il gas in innocui sali minerali come

la calcite, un minerale costituito da carbonato di calcio neutro (CaCO3). Uno dei tanti fenomeni

collegati alla calcite è il carsismo. Le rocce carsiche sono infatti principalmente calcari, composti di

calcite. Le acque meteoriche esercitano sui calcari erosione meccanica e chimica. La calcite è

insolubile in acqua, ma se l'acqua è leggermente acida, a causa del diossido di carbonio (CO2) in

essa disciolto, può scioglierla. L'acqua si acidifica prelevando anidride carbonica dall'atmosfera e

dal suolo, formando acido carbonico secondo la reazione:

H2O + CO2 = H2CO3

L'acido carbonico a sua volta reagisce con la calcite (CaCO3), formando bicarbonato di calcio

Ca(HCO3)2. Questa reazione può procedere anche al contrario, depositando la calcite, anche se il

processo è più lento. L'erosione causa dissoluzione del calcare, formando doline, grotte, e altri

aspetti caratteristici del territorio carsico

Gli studiosi inoltre hanno anche elaborato un modo per “sovralimentare” il naturale processo di

assorbimento e trasformazione della CO2 di 1 milione di volte rispetto alla velocità normale della

peridotite, in modo da eliminare qualcosa come 2 tonnellate di biossido di carbonio l’anno. Questo

equivale ad un sorprendente 7% del totale globale delle emissioni di CO2 da attività umane ogni

anno che contribuirebbero se ben poco ma comunque a rallentare il riscaldamento globale.

La peridotite si trova soprattutto nel golfo dello stato dell’Oman, ed è anche la più comune roccia

presente del mantello terrestre Anche se normalmente, la peridotite si trova solo a circa venti km

sotto la superficie terrestre, in alcuni punti, come ad esempio nel deserto di Oman, e dovuto a

processi tettonici, sfiora anche la superficie.

Per il momento, la squadra di scienziati l’Università del Lamont-Doherty Earth Observatory, ha

calcolato che sarebbe logicamente troppo costoso trasportare la peridotite per assorbire CO2 in

paesi come gli USA, la Cina e l’India, grandi produttori di anidride carbonica. Tuttavia, poiché

l’Oman è situato convenientemente vicino a una delle principali regioni produttrici di petrolio, le

rocce di peridotite appena in superficie potrebbero ancora essere utilizzate per fare la loro magia.

Ora il team punta alla ricerca che potrà spostarsi verso l’individuazione di una tecnologia che renda

il processo di assorbimento della peridotite scalabile commercialmente. Il team spiega che 4-5

miliardi di tonnellate l’anno di gas potrebbe essere stoccato nelle vicinanze dell’Oman. I due

geologi, Peter Kelemen e Jürg Matter, hanno girato per anni il deserto di Oman presso il Golfo

persico.

La zona è geologicamente molto interessante, perché vi si trova una formazione geologica di

peridotite. Kelemen e Matter, hanno notato che la peridotite è interessante non solo geologicamente,

ma potrebbe anche assumere una funzione pratica, come ospitare un deposito di CO2 di dimensioni

gigantesche. Da un po’ di tempo, in tutto il mondo, gli scienziati e le società dell’energia cercano di sequestrare l’anidride carbonica (CO2) che si forma nei processi di combustione e

di immagazzinarla nel sottosuolo. (Carbon Dioxide Capture and Storage", in breve

CCS).

Il più grande progetto di sequestro di CO2 è quello della società StatoilHydro davanti alla costa

norvegese. Da più di dieci anni, nel campo petrolifero "Sleipner", la CO2 si pompa in una

formazione di arenaria, situata a 800 metri sotto il fondale del Mare del Nord: ogni anno circa un

milione di tonnellate. I ricercatori Kelemen e Matter ora propongono di sequestrarla e seppellirla

nel sottosuolo dell’Oman, in prossimità dei maggiori giacimenti di petrolio, perché le rocce di

quella regione sono in grado di legare il gas con molta efficienza. Sulla superficie della Terra questo

processo avviene solo lentamente, ma nel sottosuolo può essere anche rapido, almeno così

affermano i due ricercatori. Allo scopo di rendere più efficace la formazione di calcite, i due

ricercatori propongono di pompare nella roccia una miscela calda d’acqua e anidride carbonica.

In alcune zone dell’Oman, la peridotite arriva fino a cinque km di profondità un deposito immenso.

I ricercatori credono anche che, una volta iniziato, il processo che lega la CO2 dovrebbe continuare

e rafforzarsi dato che nel corso della formazione di calcite si genera calore che ne favorisce la

reazione. Nelle formazioni di peridotite dell’Oman, ogni anno si potrebbero smaltire

definitivamente circa 30 miliardi di CO2 prodotto dall’umanità. Altri giacimenti di questa roccia si

trovano in alcune isole dell’Oceano Pacifico, per esempio in Papua Nuova Guinea e anche sulle

coste della Grecia e in altre regioni della penisola balcanica. Giacimenti meno grandi si trovano

anche in California e lungo la costa del mare Adriatico.

Resta tuttavia un problema: come far arrivare la CO2 nelle formazioni di peridotite?

All’inizio, i due ricercatori hanno pensato all’estrazione del minerale per poi portarlo, macinato e

ridotto in polvere, nei luoghi dove si forma la CO2, ma questo procedimento sarebbe troppo

costoso. Pertanto la CO2 dovrebbe essere trasportata ai giacimenti, ma anche questo rappresenta un

problema di non facile soluzione.

La parola ai nostri colleghi futuri elettronici.

FASE 3: Utilizzo della strumentazione per la misura della concentrazione di

CO2 Noi studenti dell’indirizzo elettronico ci siamo occupati dello studio di sonde per il rilievo della

concentrazione di inquinanti di vari tipi, tra cui il biossido di carbonio, e dell’inquinamento acustico

nell’urbe di Roma. Abbiamo quindi riportato le nostre conoscenze agli studenti del chimico che

hanno utilizzato gli strumenti in determinate zone come parchi e vaste aree urbane. Per esempio,

abbiamo notato come nel parco di Tor Sapienza, i valori di Co2 erano più elevati man mano che ci

si avvicinava alla strada, oppure alle abitazioni. Al contrario addentrandosi nel parco,

l’inquinamento da Co2 risultava diminuito drasticamente.

Nella fattispecie il nostro gruppo si è occupato dello studio, della sintetizzazione e della

semplificazione del manuale riguardante la sonda GCH-2018 la quale è in grado di rilevare la

temperatura (in celsius ed in fahrenheit), il punto di rugiada, l’umidità (in RH%) e la concentrazione

di Co2 (in parti per milione p.p.m.). Di seguito riportiamo la foto dello strumento utilizzato e il

procedimento per eseguire le misure ricavato dal manuale in lingua inglese.

I ragazzi del chimico con l’ausilio di alcuni professori sono andati al Parco Nazionale dei Monti Sibillini che si trova a cavallo delle regioni Marche ed Umbria, situato a 550m di

Inoltre gli studenti dell’indirizzo chimico, durante uno stage, hanno effettuato delle misure nel

Misura di Co2

Procedimento per misurare la Co2 con il dispositivo:

1. Collegare la sonda Co2.

2. Accendere il dispositivo dal

pulsante POWER BUTTON.

3. Attendere 45 secondi per

permettere allo strumento di

stabilizzarsi.

4. Il valore di Co2 apparirà nella

parte superiore del display. In

quella inferiore il valore della

temperatura.

Impostazione Allarme Co2

Durante la misura di Co2 premendo una volta il pulsante ALARM comparirà

l’indicatore ALARM sul display. Se il valore di Co2 dovesse superare il valore

impostato come ALARM si attiverà un segnale acustico. Premendo nuovamente il pulsante ALARM si disattiverà questa funzione.

Parco Nazionale dei Monti Sibillini che si trova a cavallo delle regioni Marche ed Umbria ed è

situato a 550m di altitudine.

I valori misurati sono riportati nella seguente tabella:

N°

TEMPERATURA

(°C)

CONCENTRAZIONE CO2

(PPM)

PUNTO DI RUGIADA

°C

UMIDITA’

% RH TEMPO DI

MISURAZIONE

(s) MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX

14.2 14.4 4.08 4.39 3.1 4.0 66.3 68.8 40

13.3 14 3.47 3.50 3.2 3.7 70.2 70.9 40

12.2 12.5 3.43 3.62 3.5 3.8 71.2 71.9 40

(Misure ricavate in: Condizioni meteo sereno; Altitudine 550m; Dalle ore 17 alle ore20).

Il prossimo passo sarà andare a valutare, con gli strumenti che ormai conosciamo, quanto il cemento

ecosostenibile e la peridotite possano effettivamente assorbire il CO2.

A gruppo riunito andremo ora a studiare quali potranno essere gli sviluppi futuri del nostro progetto.

FASE 4: Sviluppi futuri.

Il nostro progetto andrà avanti il prossimo anno, in quanto intendiamo, ora che abbiamo gli

strumenti e le conoscenze opportune, contattare l’Università Politecnica della Catalunya dove

stanno effettuando ricerche sul cemento ecosostenibile. La nostra idea è, là dove ormai i palazzi

sono stati costruiti, sostituire le vecchie fioriere dei balconi con delle nuove costruite con il cemento

ecosostenibile al fine di avere un piccolo miglioramento della qualità dell’aria almeno sui balconi

dove normalmente si sosta per respirare un po’ di “aria pulita”.

Inoltre si vuole approfondire la ricerca in merito alla peridotite, studiando ed andando a verificare,

con l’utilizzo della strumentazione in nostro possesso, la possibilità di realizzare anche semplici

soprammobili con quel minerale da tenere nelle stanze per avere, anche in questo caso, un

abbassamento della concentrazione di CO2.

Non ci fermeremo, vogliamo: ARIA PULITA!

GRUPPO DI LAVORO:

Bilotti Krizia

Campisano Daniele

Damiano Simona

Dini Mirko

Iacoella Alessio

Rocchetti Chiara

Tosti Giulia

Travaglini Martina