Mandiamo in pensione i motori diesel!
Sapete quali sono tutte le sostanze inquinanti che fuoriescono dai tubi di scarico delle auto a combustione interna (ICE – Internal Combustion Engine) e soprattutto gli effetti provocati sulla salute dell’uomo e sull’ambiente?
No?! Allora questo è l’articolo che fa per voi. Vi invitiamo a prestare attenzione e a trarne spunti di riflessione…
INQUINANTI PRIMARI
Partiamo con l’elencare tutti gli inquinanti primari (ovvero quegli inquinanti che vengono emessi direttamente in atmosfera tali e quali, cioè che non subiscono altre modifiche una volta emessi) degli ICE, sia ad accensione comandata (ciclo Otto) che – e soprattutto – ad accensione per compressione (Diesel).
(Fonte: Università degli studi di Padova, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di tecnica e gestione dei sistemi industriali – Corso di laurea triennale in Ingegneria Gestionale – Tesi di laurea di primo livello: “EMISSIONE DI GAS INQUINANTI DA VEICOLI CON MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA E USO DI CONVERTITORI CATALITICI PER Il LORO ABBATTIMENTO”. Relatore : Prof. Mirto Mozzon, Correlatore: Prof. Rino A. Michelin, Laureando: Emanuele Miotello – A. A. 2011/2012.)
Questa è la lista completa:
- monossido di carbonio (CO)
- idrocarburi incombusti (HC)
- ossidi di azoto (NOx)
- ossidi di zolfo (SOx)
- anidride carbonica (CO2)
- particolato carbonioso (PM: Particulate Matter)
È chiaro che la quantità di elementi di scarico inquinanti e quindi la loro concentrazione in atmosfera, è strettamente collegata alle condizioni di funzionamento del motore. Un motore in fase di accelerazione produrrà una maggiore quantità di inquinanti rispetto allo stesso motore in condizione di decelerazione.
Analizziamo ora nel dettaglio ciascun inquinante e i suoi effetti sulla salute umana e sull’ambiente (in blu).
» Monossido di Carbonio (CO)
È prodotto in tutti i processi che comportano reazioni incomplete di combustione di sostanze contenenti carbonio (es. carburanti) ossia dall’ossidazione parziale del carbonio.
Il monossido di carbonio (incolore, inodore, insapore) è tossico e molto insidioso perché legandosi saldamente allo ione del ferro nell’emoglobina del sangue forma un complesso molto stabile. La formazione di questo fa sì che l’emoglobina sia stabilizzata nella forma di carbossiemoglobina (COHb) che, per le sue proprietà, rilascia più difficilmente ossigeno ai tessuti.
L’intossicazione da monossido di carbonio conduce ad uno stato di incoscienza (il cervello riceve via via meno ossigeno) e quindi alla morte per asfissia. Gli effetti sono più rilevanti sui bambini perché il monossido di carbonio tende a stratificarsi al suolo venendo così più facilmente in contatto con le vie respiratorie dei piccoli.
» Idrocarburi Incombusti (HC)
Gli idrocarburi incombusti sono composti chimici derivanti da una combustione incompleta di molecole contenenti carbonio e idrogeno. I gas di scarico dei motori a combustione interna contengono un’ampia varietà di idrocarburi incombusti (Paraffine, Olefine, Acetilenici ed Aromatici).
La composizione del combustibile può influenzare significativamente la composizione e l’entità delle emissioni di HC.
Gli idrocarburi incombusti dalla tossicità più elevata appartengono in maggioranza alla famiglia degli aromatici come il benzene, una sostanza che viene assorbita nel sangue tramite la respirazione e che, come confermano studi dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, ha proprietà cancerogene, favorendo l’insorgere della leucemia.
Altri tipi di aromatici, i policiclici o IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici) hanno a loro volta proprietà cancerogene. Tra questi il più tossico, dannoso anche a concentrazioni modeste, risulta il benzopirene, molto diffuso e presente anche nel fumo delle sigarette.
» Ossidi di Azoto (NOx)
NOx è una sigla generica che identifica tutti gli ossidi di azoto e le loro miscele. Nei MCI il monossido di azoto (NO) è il componente predominante (ca. 90%), l’altro
componente rilevante è il biossido di azoto (NO2) il quale si forma a partire da NO, attraverso processi che avvengono prevalentemente dopo lo scarico dei gas combusti in atmosfera (processi fotolitici). L’NOx si forma a partire dall’azoto presente in atmosfera in presenza di elevate temperature e di una grossa quantità di ossigeno, quindi specialmente nei motori a combustione interna. Va precisato che in caso di combustione ideale, i prodotti della stessa non prevedono la presenza di ossidi di azoto, visto che quest’ultimo (N2) è inerte a temperature contenute. Pertanto, proprio a causa delle elevate temperature raggiunte durante le fasi intermedie della combustione le molecole di azoto (N2) si dissociano in azoto atomico che risulta invece estremamente reattivo a contatto con ossigeno portando alla formazione di NO. Il successivo drastico abbassamento di temperatura, riscontrabile nella fase terminale della combustione nei motori, congela la reazione sopra descritta impedendo la riassociazione dell’azoto e dell’ossigeno, scaricando quindi a valle il sottoprodotto NO.
Gli ossidi di azoto sono considerati sostanze inquinanti dell’atmosfera e la loro emissione produce nell’uomo affezioni dell’apparato respiratorio aggravando le condizioni dei malati d’asma.
L’esposizione per 15 minuti a concentrazioni di NOx maggiori di 5 ppm determina tosse persistente e irritazione delle mucose delle vie aeree.
» Ossidi di zolfo (SOx)
Con il termine ossidi di zolfo (SOx) vengono indicate principalmente le seguenti sostanze chimiche: diossido di zolfo e triossido di zolfo. Il diossido di zolfo (SO2) noto anche come anidride solforosa, è un gas incolore dal tipico odore empireumatico (odore tipico dello zucchero bruciato) molto solubile in acqua e, se liquefatto, può corrodere materie plastiche.
Il biossido ed il triossido di zolfo sono i principali inquinanti atmosferici a base di zolfo. La principale fonte di inquinamento è costituita dalla combustione di combustibili fossili (carbone e derivati del petrolio) in cui lo zolfo è presente come impurezza.
Il biossido di zolfo è un forte irritante delle vie respiratorie; un’esposizione prolungata a concentrazioni anche minime può comportare faringiti, affaticamento e disturbi a carico dell’apparato sensoriale.
È inoltre accertata una sinergia dannosa in caso di esposizione combinata con il particolato, infatti esso è in grado di trasportare il biossido di zolfo nelle parti più profonde del polmone, aumentando di conseguenza il danno anche in presenza di concentrazioni più ridotte di anidride solforosa. Inoltre tale sinergia produce ozono.
» Anidride Carbonica (CO2)
L’anidride carbonica (nota anche come biossido di carbonio o diossido di carbonio) è un ossido acido (anidride) formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. E’ fra i principali prodotti della combustione dei composti che contengono carbonio (in particolare combustibili fossili). Circa il 97% della produzione planetaria di CO2 è derivante da fonti naturali (vegetazione, oceani…) il restante 3% è di origine antropogenica. I trasporti stradali contribuiscono per circa il 10% al totale prodotto dalle attività umane.
Le emissioni di CO2 sono il principale fattore che contribuisce all’effetto serra riducendo il calore disperso per irraggiamento dal pianeta.
Il clima della Terra è destinato a cambiare perché le attività umane stanno alterando la composizione chimica dell’atmosfera. Le enormi emissioni antropogeniche di gas serra stanno causando un aumento della temperatura terrestre determinando, di conseguenza, dei profondi mutamenti a carico del clima sia a livello planetario che locale.
Prima della Rivoluzione Industriale, l’uomo rilasciava ben pochi gas in atmosfera, ma ora la crescita della popolazione, l’utilizzo dei combustibili fossili e la deforestazione contribuiscono non poco al cambiamento nella composizione atmosferica.
Il Comitato Intergovernativo sul Cambiamento Climatico (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) nel suo Rapporto del 2007 ritiene che la temperatura media del pianeta sia aumentata di circa 0,76°C dalla fine del XIX° secolo. Inoltre, sulla base delle tendenze attuali di emissione dei gas serra, vi è la stima di un ulteriore aumento della temperatura media terrestre tra 1,1 e 6,4°C nel corso di questo XXI° secolo.
Il conseguente cambiamento climatico comporterà delle implicazioni estremamente significative a carico della salute dell’uomo e dell’integrità dell’ambiente. Il clima infatti influenza fortemente l’agricoltura, la disponibilità delle acque, la biodiversità, la richiesta dell’energia (ad esempio per il riscaldamento o il raffreddamento) e la stessa economia.
» Particolato (PM)
Con i termini “particolato”, “polveri sottili”, “polveri totali sospese (PTS)”, si indicano l’insieme di particelle solide e liquide generate nel processo di combustione e portate in sospensione nell’aria dai gas di scarico. Nei motori ad accensione comandata si possono individuare tre classi di particolato: piombo, solfato, organico.
Il piombo derivante da composti metallo-organici, veniva utilizzato come additivo nelle benzine e oggi è vietato nella maggior parte delle normative. Il solfato derivante dallo zolfo contenuto nel combustibile è tutt’oggi assai limitato nelle benzine commerciali.
Il particolato organico, costituito prevalentemente da particelle carboniose che hanno assorbito sulla loro superficie idrocarburi di vario tipo riguarda soprattutto i motori Diesel in quanto nei motori ad accensione comandata regolati correttamente, il particolato totale allo scarico non costituisce un problema molto significativo (meno di 10 mg/Km). La struttura base del particolato emesso dai motori Diesel consiste in particelle primarie (diametro medio 10÷60 nm) aggregate a migliaia in agglomerati di diverse dimensioni chiamati “particelle”. Il particolato carbonioso si forma attraverso processi estremamente complessi e in parte ancora sconosciuti, la maggior parte deriva dalla combustione incompleta degli idrocarburi del combustibile.
In base agli studi più recenti si può affermare che il particolato carbonioso (spesso viene indicato anche con i nomi comuni di “fuliggine” o “nerofumo”) può essere considerato dannoso sia per l’ambiente che per la salute umana. In quanto sottoprodotto di praticamente quasi tutti processi di combustione, esso è un componente “abituale” dell’atmosfera, in particolare delle zone a maggiore urbanizzazione.
Tali particelle, inoltre, costituiscono lo “scheletro” attorno al quale si coagula e si forma lo smog delle aree urbane; è da considerare inoltre che la dimensione tipica di tale particolato (dell’ordine del micron) lo pone al di sotto della “soglia di inalabilità”, convenzionalmente posta a 10 µm (PM10), rivelandole così anche come causa di disturbi degli apparati cardiovascolare e respiratorio.
Tale particolato, infine, contiene, nella propria struttura un gran numero di composti organici (come ad esempio i PAH fortemente indiziati di contenere agenti cancerogeni), ed è stata ormai evidenziata in molte ricerche una stretta relazione tra inquinamento ambientale da particolato carbonioso e morti per cancro.
(Fonte: Wikipedia – Particolato carbonioso)
FILTRO ANTIPARTICOLATO
Approfondiamo la questione particolato.
Da sempre il motore diesel è sinonimo di grosse fumate nere allo scarico, nelle quali viene emesso appunto il particolato che è considerato uno dei peggiori inquinanti emessi dai diesel.
A porre un limite alle emissioni di particolato hanno pensato le normative Euro 5, che di fatto hanno imposto l’adozione sui diesel dell’apposito filtro antiparticolato o Fap: tuttavia uno dei prodotti più controversi del (ricco) mercato dell’auto.
Il procuratore di Torino, Raffaele Guariniello, ha aperto un fascicolo sui Fap, sentito qualche funzionario del Ministero dei Trasporti e iscritto alcune persone nel registro degli indagati: nel mirino funzionamento e utilità dei dispositivi che dovrebbero rendere le auto meno inquinanti. I reati ipotizzati, al momento, riguardano la sicurezza e forse l’ambiente.
Agli atti ci sono, infatti, anche due perizie presentate da Assoconsum, un’associazione di consumatori: “Dai nostri studi si evince addirittura che con l’installazione del Fap i danni per la salute sono potenzialmente persino maggiori” , dice il presidente Giovanni Maria Cicero.
Sui difetti di questi filtri esiste in rete una sterminata aneddotica e non manca letteratura scientifica sulla loro sostanziale inutilità (se non dannosità) ai fini del contenimento delle “polveri sottili”. Eppure sono obbligatori per legge: senza il filtro, l’auto non è omologata e non può circolare. Di più: un decreto ministeriale del 2008 li ha in buona sostanza indicati come la tecnologia ufficiale dello Stato italiano in materia di riduzione delle emissioni dei diesel!
(Fonte: RAI – Report: Smog, i filtri per le auto diesel sotto inchiesta).
Ma vediamo meglio cos’è un filtro antiparticolato…
Il filtro attivo antiparticolato (in francese “filtre à particules”, FAP) è un dispositivo adottato da Citroën e Peugeot proprio allo scopo di abbattere le emissioni inquinanti da polveri sottili dei motori diesel. Altre case automobilistiche hanno scelto tecnologie differenti, come il Diesel Particulate Filter (DPF).
Il sistema FAP aggrega il particolato dei gas di scarico in agglomerati di particelle senza un legame chimico miscelando al gasolio una sostanza chimica detta “cerina” (ossido di cerio) che possiede questa caratteristica. Tali agglomerati essendo più grossi del particolato originario, diventano “imprigionabili” dal filtro e non si disperdono in atmosfera.
Il processo è controllato in modo automatico dal sistema FAP. Fisicamente la cerina è collocata in uno speciale serbatoio di 5 litri, riempito fin dall’uscita dalla fabbrica. Ogni modello ha una sua autonomia di cerina compresa generalmente fra i 70.000 e gli 80.000 chilometri, oltre la quale si deve riempire nuovamente il serbatoio durante le normali operazioni di manutenzione in officina.
Gli agglomerati catturati dal filtro alveolato tendono ovviamente ad intasarlo ma, grazie alla cerina, hanno un’infiammabilità minore rispetto all’originario particolato (~450 °C secondo PSA).
Periodicamente il filtro viene quindi “ripulito” bruciando gli agglomerati catturati: questo viene fatto mediante una post-iniezione di gasolio e quindi rendendo più caldi i gas di scarico che a loro volta, nel filtro, scaldano gli agglomerati bruciandoli. Il sistema automatico del FAP decide il momento opportuno per la rigenerazione del filtro (prevalentemente durante i percorsi extraurbani ogni 300-400 chilometri) valutando il salto di pressione che il motore deve vincere a cavallo del filtro che tende ad aumentare con l’intasarsi del dispositivo stesso.
Proprio questa fase di rigenerazione periodica è quella che sta suscitando le maggiori controversie.
Uno studio dell’Università di Genova – commissionato da AgipPetroli – ha dimostrato una maggiore produzione di nanopolveri da parte di questo dispositivo durante le fasi di rigenerazione, anche se su livelli non superiori a quelli che si registrano sui veicoli non dotati di FAP.
Secondo questo studio le nanoparticelle prodotte dai motori diesel sarebbero prevalentemente volatili (cioè non comprese nel particolato comunemente inteso) e costituite soprattutto di acido solforico e composti organici pesanti, oltre che in gran parte da residui carboniosi.
Si è evidenziata altresì la quasi completa inefficacia dei comuni metodi di determinazione gravimetrica delle “polveri” (PM10) per la determinazione dell’effettiva quantità delle polveri ultrafini (< 0.1 µm) e nanopolveri (<0.05 µm).
Queste controversie nel 2011 hanno indotto il Codacons a portare in tribunale la regione Lombardia per due delibere che favorirebbero il loro uso, questo perché tali dispositivi porterebbero ad un incremento dei PM2,5* (vedi avanti).
Attenzione: la normativa italiana pone limiti esclusivamente sul PM10, e non su particelle più fini!
(Fonte: Wikipedia – Filtro attivo antiparticolato)
Questa è la classificazione completa delle varie “famiglie” di particolato:
- Particolato grossolano: particolato sedimentabile di dimensioni superiori ai 10 µm, non in grado di penetrare nel tratto respiratorio superando la laringe, se non in piccola parte.
- PM10: particolato formato da particelle inferiori a 10 micron (µm) (cioè inferiori a un centesimo di millimetro), è una polvere inalabile, ovvero in grado di penetrare nel tratto respiratorio superiore (naso e laringe). Le particelle fra circa 5 e 2,5 µm si depositano prima dei bronchioli.
- PM2,5*: particolato fine con diametro inferiore a 2,5 µm (un quarto di centesimo di millimetro), è una polvere “toracica”, cioè in grado di penetrare profondamente nei polmoni, specie durante la respirazione dalla bocca; per dimensioni ancora inferiori (particolato “ultrafine”) si parla di polvere respirabile, cioè in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli.
- PM1: con diametro inferiore a 1 µm.
- PM0,1; con diametro inferiore a 0,1 µm.
- Nanopolveri, con diametro dell’ordine di grandezza dei nanometri (un nanometro sarebbe PM 0,001).
Nella precedente figura dell’EPA (United States Environmental Protection Agency) vengono rappresentati i vari tipi di particolato, mettendo a confronto le loro dimensioni con quelle di un capello umano.
Passiamo, infine, ad analizzare un tema molto scottante e delicato: l’esposizione dei bambini alle polveri sottili…
L’ESPOSIZIONE DEI BAMBINI
I bambini molto piccoli, e probabilmente anche i feti, sono molto sensibili all’inquinamento atmosferico.
L’evidence attuale è sufficiente per attribuire una relazione causale tra inquinamento atmosferico dovuto alle polveri sottili e decessi per disturbi respiratori nel periodo post-neonatale.
Le prove sono anche sufficienti per attribuire un nesso tra inquinanti atmosferici ed effetti negativi sullo sviluppo funzionale dei polmoni.
Sia i danni reversibili alle funzioni polmonari, sia la riduzione cronica dei tassi di crescita dei polmoni sono associabili all’esposizione al particolato (PM). Le prove disponibili mostrano anche un legame tra esposizione alle polveri sottili, complicanze dell’asma e aumento della prevalenza e dell’incidenza di tossi e bronchiti.
Altra curiosità (o sarebbe meglio definirla triste constatazione…). Utilizzando l’auto per accompagnare i bimbi a scuola, si provoca un picco di emissioni inquinanti proprio quando i bambini entrano (o escono). Avete mai notato? Davanti alle scuole italiane c’è sempre una gran confusione perché molti lasciano l’auto in seconda fila, magari con il motore acceso, per mantenere costante la temperatura all’interno dell’abitacolo. Il traffico circostante rallenta, aumentando così ancora di più la concentrazione delle sostanze nocive. Fantastico!
COSA FARE ALLORA?
Per fortuna non tutti i Paesi restano a guardare… Anzi, alcuni fanno dichiaratamente dietrofront!
In Francia infatti gli ultimi studi sul particolato hanno indotto il governo a dichiarare guerra alle auto diesel. Dal 1° aprile i francesi possono contare su un sostanzioso aiuto dello Stato per comprare un’auto rispettosa dell’ambiente. Per godere dell’agevolazione occorre rottamare un veicolo diesel immatricolato prima del primo gennaio 2001.
L’incentivo arriva a 10 mila euro per le auto che emettono meno di 20 g/km di CO2 (in pratica le auto a trazione elettrica). Se si opta per l’acquisto di un modello che fa registrare emissioni di CO2 tra 20 e 60 g/km (in sostanza le auto ibride plug-in) il contributo pubblico può essere di 6.500 euro.
Con questa operazione il governo intende avviare un processo di rinnovamento del parco circolante che conta ancora circa 2 milioni di auto diesel con oltre 15 anni di vita.
Anche nel Regno Unito è partita la caccia alle auto diesel. Come tutte le grandi città Londra sta cercando di essere una città più verde.
Le famose ‘biciclette di Boris’, come sono chiamate dai ‘Londoners’ riferendosi all’attuale Sindaco Boris Johnson, sono solamente uno dei tentativi di rendere la città meno inquinata. Così come i molti progetti di piste ciclabili e miglioramento del trasporto pubblico, che rendono Londra una delle grandi metropoli alle quali in molti guardano come un punto di riferimento.
Eppure, ancora, molti cittadini non riescono a fare a meno delle proprie auto, e alcuni quartieri, o meglio ‘council’, corrono ai ripari cercando di mettere una sovrattassa a chi possiede una macchina diesel. Islington, un quartiere dell’est di Londra, che utilizza un sistema di parcheggi basato sulle emissioni, se già dal 2007 incentivava l’uso di macchine con diesel, ha approvato una sovrattassa di 96 sterline all’anno per i possessori di macchine diesel. In maniera simile altri quartieri, come ad esempio Kensington e Chelsea, nell’ovest della capitale, prevedono una sovrattassa di 18 sterline all’anno per i veicoli più vecchi con maggiori emissioni.
A inizio anno, il Ministro ombra Labour per l’ambiente, Barry Gardiner, ha ammesso pubblicamente, che l’incoraggiamento da parte del suo Partito, quando al Governo, di comprare macchine diesel, è stato “sbagliato” ed anche “un grande problema di salute pubblica”.
Secondo alcune previsioni del Dipartimento per Environment, Food e Rural Affairs potrebbero essere circa 29 mila ogni anno da qui al 2030 le morti premature causate dalle esposizioni alle emissioni se non si interviene drasticamente sulla questione.
E voi… Avete ancora voglia di mettervi alla guida di un “trattore” diesel o ritenete che sia giunto il momento di passare all’elettrico?
Commenti recenti