Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Inquinamento globale

Corso di Impatto AmbientaleModulo A: Pianificazione Energetica

Ing. Giorgio Baldinelli

a.a. 2012-13

Inquinamento su scala globale

Si definiscono fenomeni di inquinamento su scala globale quelli caratterizzati da conseguenze diffuse su tutto il pianeta, non limitate alle aree geografiche in cui si ha la produzione degli inquinanti (aree urbane e zone industriali).

Tipici fenomeni di inquinamento globale:- Piogge acide;- Diminuzione ozono stratosferico;- Effetto serra

Le piogge acide

• L’acidificazione delle precipitazioni atmosferiche è un fenomeno legato all’immissione in atmosfera di crescenti quantitativi di ossidi di azoto e di zolfo, che, come già detto, si presentano principalmente sotto forma di SO2 e NO.

• 2 SO2 + O2= 2SO3 (in presenza di elevato irraggiamento solare e bassa umidità)

• In presenza di acqua si ha la formazione dell’acido solforico:SO3 + H2O = H2SO4

• NO + ½ O2 = NO2

• In presenza di acqua, si ha la formazione dell’acido nitrico:

• 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

• L’acido solforico e l’acido nitrico formano soluzioni acquose acide, con pH compreso tra 3 e 4, contro un valore di circa 5,6 delle normali precipitazioni ( che sono leggermente acide per la presenza dell’acido carbonico H2CO3)

Possono ricadere anche a distanza di migliaia di Km dal luogo di produzione degli inquinanti

Effetti negativi piogge acide

• Gravi danni alle foreste (indebolimento difese piante nei confronti delle malattie)

• Penetrazione nei suoli (solubilizzazione Al, asportazione Ca)

• Acidificazione laghi e fiumi (danneggiamento ecosistemi, scomparsa specie acquatiche)

• Azione disgregante sui materiali da costruzione (CaCO3 convertito in CaSO4, meccanicamente meno resistente)

Diminuzione Ozono atmosferico

• A circa 30-40 Km dal suolo (stratosfera) la concentrazione di Ozono è di circa 7-8 ppm (maggiore di quella al suolo, pari a circa 50 ppb)

• Radiazione solare visibile:• 0,40-0,75 μm• Radiazione ultravioletta:• UVA 0,30-0,40 μm raggiungono il suolo

• UVB 0,20-0,30 μm assorbita da O3

• UVC < 0,20 μm assorbita da O2 e O3

• Le radiazioni UVB sono dannose per la pelle (tumori), gli occhi, il sistema immunitario, la vegetazione (riduzione dei processi di fotosintesi), vita degli oceani (fitoplancton)

• Fine anni ’70: gli studi di Molina e Rowlands dimostrano una riduzione della concentrazione dell’ozono stratosferico anche del 40-50%, specialmente in corrispondenza dell’Antartide e l’Australia ( “buco” dell’ozono)

• I principali responsabili sono individuati nei CFC Clorofluorcarburi, che all’epoca avevano molte applicazioni ed impieghi:

• Fluidi refrigeranti in macchine frigorifere a compressione (frigoriferi domestici, condizionatori domestici ed autovetture, refrigerazione industriale)

• Propellenti bombolette spray • Agenti espandenti produzione isolanti• Agenti estinguenti impianti antincendio

• I CFC (composti di sintesi) erano ritenuti innocui in quanto inerti e non tossici per l’uomo

• • In realtà la loro decomposizione causa la

distruzione delle molecole di Ozono• Sono inoltre caratterizzati da un elevato tempo

di vita media

Ciclo naturale Ozono stratosferico

• Le molecole di Ozono sono continuamente prodotte e distrutte dalla radiazione ultravioletta:

• O2 + hν = 2O

• O + O2 + M = O3 + M

• Con M un’altra molecola (ad esempio N2 o O2) che assorbe l’energia liberata dalla reazione

• L’ozono viene poi distrutto dalle reazioni:

• O3 + h ν = O2 + O

• O + O3 = 2O2

• (situazione in equilibrio dinamico, con assorbimento continuo di radiazione ultravioletta)

• La decomposizione dei CFC genera radicali liberi di cloro Cl:

• Cl + O3 = ClO + O2 • ClO + O = Cl + O2

• Il radicale Cl è poi libero di catalizzare un’altra reazione di distruzione dell’Ozono

Un ruolo analogo a quello del Cloro è svolto dal Bromo Br

Protocollo di Montreal 1987: accordo siglato da 24 Paesi per l’eliminazione delle sostanze dannose per l’ozono entro date prestabilite

CFC: banditi dal 1996; HCFC: graduale riduzione entro 2020

Refrigeranti alternativi• Di transizione: HCFC• Idroclorofluorocarburi(hanno un minore contenuto di Cloro rispetto ai

CFC)

• Definitivi: HFC• Idrofluorocarburi (non contengono Cloro)

Il parametro caratteristico è l’ODP (Ozone Depletion Potential)

ODP

• R11 = 1 (grandi impianti industriali)

• R12 = 1 (frigoriferi domestici)

• R502 = 0,23

• R22 = 0,05 (HCFC)

• R134A = 0 (HFC, sostituto R12)

Legislazione italiana

• Legge 549/93 (modificata Legge 179/97) emanate a seguito del Protocollo di Montreal, disciplinano la produzione, il consumo, l’importazione, l’esportazione, la detenzione e la commercializzazione delle sostanza lesive dell’Ozono stratosferico, nonchè la raccolta, il riciclo, lo smaltimento.

• Sostanze Tabella A (R11 e R12): non si possono più utilizzare in nuovi impianti dal 1994 e dal 2008 non potranno essere impiegate per la ricarica di impianti esistenti

• Le sostanze di Tabella B sono invece sottoposte ad un particolare regime di controllo (HCFC) ed il loro impiego dovrà cessare sempre nel 2008.

Effetto serra

• E’ legato alla presenza in atmosfera di gas quali anidride carbonica, acqua, metano e ossidi di azoto.

• Sono praticamente trasparenti alla radiazione solare in ingresso all’atmosfera e opachi nei confronti della radiazione di maggiore lunghezza d’onda emessa dalla terra.

• La presenza di tali gas determina pertanto un assorbimento nell’atmosfera della radiazione emessa dalla terra, con conseguente aumento della temperatura atmosferica

• La temperatura media dell’atmosfera terrestre è attualmente pari a 15°C, ma sarebbe -20°C senza la presenza dell’effetto serra.

• Nelle diverse ere la temperatura media della terra ha subito diverse oscillazioni, con variazioni di 6-8 °C rispetto al valore medio (alternanza di ere di glaciazione e di periodi più caldi); correlazione con variazione delle concentrazioni di CO2 e metano

Bilancio energetico Terra

• Sole:

• temperatura superficiale di circa 6000 K

• Raggio medio: 695.000 Km

• Distanza terra-sole: 1,5 x 1011 Km

• Costante solare: 1370 W/mq

• Distribuita sulla superficie terrestre: 343 W/mq

• Temperatura media del suolo terrestre di equilibrio: 290 K

• Per la legge di Wien:• Λmax,terra = 9,99 μm• Λmax,sole = 0,483 μm

Capacità di assorbimento dei componenti

dell’atmosfera

• Sono detti “gas-serra” i composti attivi nei confronti della radiazione terrestre per lunghezze d’onda superiori a 4 μm

• L’anidride carbonica è il più importante gas serra; la sua introduzione in atmosfera è stimata in 6-8 miliardi di tonnellate all’anno :

• 60-70 % per processi di combustione• la restante parte per i minori assorbimenti dovuti

alla deforestazione• La concentrazione media della CO2 è passata

negli ultimi 300 anni da 280 ppm (era preindustriale) alle attuali 370 ppm

• La concentrazione media del metano è passata negli ultimi 300 anni da 750 ppb (era preindustriale) alle attuali 1700 ppb (30% naturali, 20% estrazione trasporto ed impiego combustibili, 50% agricoltura)

• Tra gli ossidi di azoto è significativo il ruolo di NO

• Anche i CFC sono potenti gas serra

GWP Global Warming Potential

• È il parametro che descrive il contributo di ciascun gas all’aumento dell’effetto serra

• Rappresenta il contributo cumulato all’effetto serra in un prefissato intervallo temporale fornito dall’unità di massa di ciascun gas serra

• È calcolato assumendo come riferimento la CO2

Conseguenze effetto serra

• La temperatura media terrestre è aumentata di 0,5-0,6 °C nell’ultimo secolo

• Gli ultimi decenni sono stati i più caldi del secolo

• Livello medio dei mari aumentato di 10-25 cm

• IPCC (International Panel on Climate Change): scenario al 2100 con aumento della temperatura di 0,9-3,5 °C e aumento del livello dei mari fino a 94 cm

Protocollo di Kyoto

• Adottato a Kyoto il 10 dicembre 1997 dalla terza conferenza delle parti sui cambiamenti climatici

• Considera sei gas: CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6

• L’impegno per gli stati membri dell’Unione Europea è la riduzione delle emissioni di gas serra nella misura dell’8% rispetto ai livelli del 1990, nel periodo tra 2008 e 2012.