di Andrea Viola
Introduzione
Il particolato atmosferico è definito come qualunque sostanza, solida o liquida, che si trovi in atmosfera con dimensioni microscopiche ma maggiori delle dimensioni tipiche delle molecole.
Il particolato viene immesso in atmosfera da diverse sorgenti, sia di origine naturale che antropica, e si può formare anche per condensazione di alcuni gas. Alcune sorgenti naturali sono: ceneri vulcaniche, sale marino, polveri provenienti dall’erosione dei suoli, incendi boschivi, pollini. Alcune sorgenti antropiche sono: emissioni dei motori a combustione, emissioni del riscaldamento domestico, emissioni dei processi industriali, emissioni degli inceneritori.
Per essere descritto completamente devono essere note diverse sue caratteristiche: concentrazione, composizione chimica, granulometria, fase solida o liquida e morfologia.
Il carbonio è uno degli elementi che costituiscono il particolato atmosferico e occupa una ampia frazione di concentrazione di massa (dal 20% al 60%) del PM2.5', ovvero il particolato con diametro aerodinamico minore di 2.5 μm. E’ costituito da una frazione di composti organici del carbonio (OC) e da una frazione di carbonio inorganico che viene chiamato carbonio elementare(EC)o black carbon(BC).
In generale il carbonio elementare viene emesso in atmosfera dalla incompleta combustione dei combustibili fossili, del legno e delle biomasse nei trasporti, nel riscaldamento domestico, nella generazione di energia elettrica, nelle attività agricole e negli incendi.
L’OC si origina da un ampia gamma di sorgenti; ha un’origine primaria durante la combustione e un’origine secondaria dalla conversione gas-particella di composti organici volatili in atmosfera, dalla condensazione di composti volatili o dall’adsorbimento chimico-fisico di specie gassose sulla superficie di particelle preesistenti.
L’interesse nei confronti della componente carboniosa del particolato atmosferico è legato ai suoi effetti sulle condizioni climatiche e sulla salute umana. Il particolato carbonioso influisce sulla propagazione e l’assorbimento della radiazione solare, sulla condensazione del vapor acqueo (cosa che favorisce la formazione di smog e nebbie) e sulla visibilità atmosferica. Si ritiene quindi che una sua influenza sul clima e sui cambiamenti climatici sia probabile.
Il particolato atmosferico e la sua frazione carboniosa presentano inoltre effetti nocivi per la salute umana come riduzione della capacità polmonare o trasporto di sostanze tossiche e cancerogene nelle vie respiratorie e nel sangue.
Analizzando la concentrazione totale di carbonio (TC) e delle sue frazioni OC e EC depositata su dei filtri si sono cercate eventuali correlazioni con il traffico cittadino e le condizioni meteorologiche presenti durante la campagna di misura.
Misura
Il particolato atmosferico analizzato in questa tesi è stato raccolto in una campagna di misura effettuata in Corso Firenze a Genova dal 1 aprile al 25 maggio 2010; è stato utilizzato un campionatore sequenziale che ha raccolto il particolato su filtri in fibra di quarzo.
L’analisi della componente carboniosa depositatasi sui filtri è stata effettuata utilizzando l’analizzatore termico/ottico di OC/EC Sunset Laboratory. Il metodo di misura di questo strumento consiste, schematicamente, nel volatilizzare le due componenti del carbonio tramite un aumento di temperatura, convertirle in metano e misurarne la concentrazione con un rilevatore di fiamma.
Sono stati analizzati 54 filtri in fibra di quarzo su cui è stato raccolto il particolato dal primo aprile 2010 al 25 maggio 2010, un filtro per ogni giorno di questo periodo. Di ogni filtro è stata misurata anche la concentrazione totale di PM2.5', con una microbilancia.
Analisi delle concentrazioni di OC e EC
Dal raffronto dei dati di concentrazione di carbonio elementare, organico e totale si è ricavato che il carbonio rappresenta mediamente il 26,9% della massa totale di particolato atmosferico raccolta sui filtri; nella restante frazione di particolato sono contenuti elementi legati al carbonio, quindi il carbonio e i suoi composti rappresentano un’ampia frazione del particolato.
Si è inoltre rilevato che le concentrazioni di OC sono risultate essere maggiori delle concentrazioni di EC in tutti i giorni di misura tranne tre.