Cosa sono le polveri sottili

 Le polveri sottili sono  particelle di materia allo stato solido o liquido che si trovano sospese nell'aria. Le polveri sottili sono conosciute anche con l'acronimo inglese PM (Particulate Matter). Le particelle sono classificate in base alla loro composizione, provenienza e dimensione. Quanto più sono piccole le polveri sottili, tanto più queste diventano un pericolo per la salute umana. Una volta inalate sono in grado di penetrare nei bronchi.

Dimensioni delle polveri sottili

 Le dimensioni delle polveri sottili. Le polveri sottili hanno una dimensione inferiore ai 10 milionesimi di metro (10 micron). Sono particolarmente conosciute le PM10 per via delle normative anti-inquinamento e dei blocchi del traffico messi in atto dalle amministrazioni comunali per ridurre la loro concentrazione nell'aria. LE PM2,5 sono invece meno conosciute ma più pericolose per la salute. Le PM 2,5 sono quattro volte più piccole delle PM 10 e possono arrivare sino agli alveoli polmonari. Al di sotto delle PM2,5 troviamo le PM 1 e le Particelle Ultra Fini (UFP) con dimensione < 0,1 micron, che sono talmente piccole da entrare in circolazione nel sangue e pertanto sono da considerarsi le più pericolose per la salute umana. Al di sotto degli 0,05 micron troviamo le nanoparticelle.

Cosa produce le polveri sottili 

Gli elementi che concorrono alla formazione di questi aggregati sospesi nell'aria sono numerosi e comprendono fattori sia naturali che antropici (ovvero causati dall'uomo), con diversa pericolosità e seconda dei casi.

Fra i fattori naturali vi sono ad esempio:

• polvere, terra, sale marino alzati dal vento (il cosiddetto "aerosol marino"),
• incendi,
• microrganismi,
• pollini e spore,
• erosione di rocce,
• eruzioni vulcaniche,
• polvere cosmica.

Fra i fattori antropici si include gran parte degli inquinanti atmosferici:

• emissioni della combustione dei motori a combustione interna (autocarri, automobili, aeroplani);
• emissioni del riscaldamento domestico (in particolare gasolio, carbone e legna);
• residui dell'usura del manto stradale, dei freni e delle gomme delle vetture;
• emissioni di lavorazioni meccaniche, dei cementifici, dei cantieri;
• lavorazioni agricole;
• inceneritori e centrali elettriche;
• fumo di tabacco.

Il rapporto fra fattori naturali ed antropici è molto differente a seconda dei luoghi. È stato stimato che in generale le sorgenti naturali contribuiscono per il 94% del totale lasciando al fattore umano meno del 10%. Tuttavia queste proporzioni cambiano notevolmente nelle aree urbane dove sono senza dubbio il traffico stradale e il riscaldamento (ma molto poco se a gas), nonché eventuali impianti industriali (raffinerie, cementifici, centrali termoelettriche, inceneritori ecc.) a costituire l'apporto preponderante.

La composizione delle polveri sottili

Altro aspetto riguarda la composizione di queste polveri. In genere il particolato prodotto da processi di combustione, siano essi di origine naturale (incendi) o antropica (motori, riscaldamento, industrie, centrali elettriche, ecc.), è caratterizzato dalla presenza preponderante di carbonio e sottoprodotti della combustione; si definisce pertanto "particolato carbonioso". Esso è considerato in linea di massima e con le dovute eccezioni più nocivo nel caso in cui sia prodotto dalla combustione di materiali organici particolari quali ad esempio le plastiche, perché può trasportare facilmente sostanze tossiche residue di tale genere di combustione (composti organici volatili, diossine, ecc.).

La misura delle polveri sottili

La misurazione avviene per le PM10 e PM2,5 con tecnica gravitometrica, cioè si va a pesare le polveri contenute in un metro cubo di aerosol. Per polveri più piccole la tecnica non è affidabile, bisogna andare a contarle utilizzando strumenti ottici.

Tipologia di polveri sottili emesse da impianti

Esistono 3 tipologie di polveri emesse da impianti di combustione:

• particolato primario filtrabile, che viene emesso in fase solida direttamente dalla sorgente;
• particolato primario condensabile, che viene emesso in fase gassosa ad alta temperatura ma condensa a seguito di diluizione e raffreddamento entro pochi secondi dall’espulsione dalla sorgente
• particolato secondario, che si forma in atmosfera attraverso complessi processi, principalmente di natura fotochimica, a partire da emissioni gassose di biossido di zolfo (SO2), ossidi di azoto (NOx), ammoniaca, composti organici

Confronto fra quantitativi di polveri in funzione del diametro emesse da impianti

Nella figura sottostante si vede nel grafico l'andamento della concentrazione (in numero) delle polveri emesse in funzione della loro dimensione (linea continua) e l'andamento della massa (del peso) in funzione della loro dimensione (linea a puntini). Quello che si vede chiaramente è che le nanoparticelle che si formano sono in numero la porte largamente preponderante, mentre se si considera il peso la parte considerevole la fanno le particelle più grandi.

In questa figura si vede la concentrazione delle polveri emesse da una stufa a legna funzionante in codizioni ottimali (verde) tipiche (blue) e pessime (rosso) (Fonte "Biomass_Report_PM10_Jan_2008"). Migliore è il funzionamento dell'impiando e minore è il peso totale delle polveri, ma maggiore è il numero di particelle ultrafini e nanoparticelle che si producono.

Il filtraggio delle polveri

Esistono diversi tipi di filtri che possono catturare il particolato in uscita dagli impianti, i più utilizzati sono:

• Filtro elettrostatico
• Filtro ciclone
• Filtro a maniche

Questi filtri possono essere usati anche in cascata per aumentare l'efficienza dell'abbattimento delle polveri.

Nella figura sottostante vengono mostrate le diverse curve di efficienza di varie tipologie di filtri in funzione della dimensione delle particolaro (fine, le ultrafini e le nanoparticelle non sono prese in considerazione). La figura mostra che la migliore tipologia di filtraggio è data dai filtri a maniche che per alcune tipologie di particelle arrivano ad una efficienza del 99%.

La seguente figura mostra invece l'andamento dell'efficienza di un filtro a maniche "pulito", "carico" o "scosso". In questo caso si vede che le migliori performance si hanno quando il filtro è "sporco". In questo diagramma vengono prese in considerazione anche le polveri ultrafini, ma non le nanoparticelle.

Sul filtraggio delle nanoparticelle, c'e' un dibattito in corso sull'efficacia dei filtri.

Fonti

• wikipedia
• EPA
• International Energy Agency "Biomass_Report_PM10_Jan_2008"
• LEAP - Federambiente
• Le polveri ultrafini. Giorgio Buonanno – Prof. Associato di Fisica Tecnica Ambientale, Università di Cassino