Caratteristiche generali dell'inquinamento PM10

Documento tratto da
Allegato alla RELAZIONE TEMATICA DI DETTAGLIO
presentata alla Sesta Conferenza nazionale delle agenzie ambientali
“RISANAMENTO E TUTELA DELLA QUALITÀ DELL’ARIA”
a cura di: M.C. Cirillo, S. Brini (APAT), M. Tava (APPA Trento)

CARATTERISTICHE GENERALI DELL’INQUINAMENTO DA PM

Il PM si caratterizza per una grande variabilità nella dimensione delle particelle che lo costituiscono (granulometria) e per grande quantità di componenti (carbonio inorganico e organico, metalli, solfati e nitrati, materiale inerte, composti organici (idrocarburi, acidi organici, IPA, diossine etc) …).

Vi è una componente primaria di PM, che è quella emessa direttamente in atmosfera, e una componente secondaria, che si forma a seguito di processi chimico-fisici. La componente secondaria è caratterizzata dall’essere costituita da particelle di piccole dimensioni (inferiori a 1-2 micrometri), che penetrano in profondità nell’apparato respiratorio.
Precursori del PM secondario sono gli SOx, gli NOx, i COV e l’NH3.
La chimica dell’ozono è accoppiata alla chimica del particolato, e quest’accoppiamento è di grande importanza per comprendere i processi che controllano i livelli di ambedue gli inquinanti.

Casi di accoppiamento della chimica dell’ozono con quella del PM

La trasformazione di SO2 in solfati in presenza di nebbia o nelle nubi per opera del perossido di idrogeno o dell’ozono disciolti (un altro meccanismo è quello in fase gassossa che porta alla formazione tramite OH di H2SO4, che rapidamente si trasferisce nella fase particolato per nucleazione o condensazione su superfici di aerosol esistenti).
La formazione di HNO3 dall’NO2 tramite OH è una reazione di terminazione del ciclo fotochimico (insieme alla formazione di PAN), e in presenza di ammoniaca porta alla formazione di nitrato di ammonio (fase particolato); HNO3 si forma pure a partire dal radicale NO3- (alla cui origine c’è l’O3) tramite reazioni con composti organici o in goccioline d’acqua.
Aerosol organico secondario si forma allorché una molecola organica reagisce con OH-, O3 o NO3- per produrre prodotti semivolatili che si ripartiscono tra la fase gassosa e la fase aerosol.

Differente origine del PM nell’atmosfera

PM primario derivante da processi di combustione (scarichi da autoveicoli, ecc.), caratterizzato in massima parte da granulometrie inferiori a 1-2,5 micrometri.
PM primario derivante da processi meccanici di usura, macinazione, strofinamento ecc. (es. usura di freni e gomme degli autoveicoli, usura del manto stradale, ecc.): è prevalente la componente superiore a 1-2,5 micrometri.
PM derivante dall’effetto meccanico della risospensione del particolato dal suolo a causa del transito dei veicoli, della presenza di vento, di lavori, ecc.: è significativa la componente superiore a 1-2,5 micrometri.
PM secondario (solfati, nitrati, composti organici e ammoniacali), che si forma in atmosfera a causa di reazioni chimiche e fisiche a partire dai precursori: caratterizzato da particelle fini (inferiori a 1-2,5 micrometri) e ultrafini (inferiori a 0,1 micrometro).
Per quanto riguarda la distribuzione granulometrica del PM solitamente si distingue tra frazione grossolana (superiore a 2,5 micrometri) e frazione fine (inferiore a 2,5 micrometri), quest’ultima suddivisa a sua volta in frazione di accumulazione (tra 0,1 e 2,5 micrometri) e frazione di nucleazione o ultrafine (inferiore a 0,1 micrometro).
Nell’individuazione dei provvedimenti più efficienti per ridurre le concentrazioni di PM bisogna tenere conto del fatto che ciascuna frazione ha caratteristiche specifiche in termini di meccanismi di formazione, composizione, fonti di emissione, tempi di permanenza in atmosfera, solubilità, processi di rimozione, scale spaziali caratteristiche (tabella A).
Di primaria importanza è valutare se i superamenti dei valori limite sono dovuti a eventi naturali che determinano concentrazioni di PM significativamente superiori ai normali livelli di fondo dovuti alle sorgenti naturali ovvero a risospensione di materiale particolato a seguito dello spargimento invernale di sabbia sulle strade: in tal caso vi è una deroga per l’adozione di piani o programmi (art. 22 del DM 2 aprile 2002, n. 60).

Azioni per la riduzione del PM in atmosfera

Il PM10 ha una componente di origine secondaria che nelle aree urbane può arrivare fino al 30-40% in peso; la componente secondaria nelle aree urbane è spesso preponderante nel PM2,5. Ciò significa che il controllo delle concentrazioni del PM10 e, ancor più, del PM2,5 – la frazione del PM per la quale è oramai accertato esservi la maggiore correlazione con i danni alla salute umana in confronto sia al PM10 che alla frazione grossolana del PM, e per il quale valori limite negli USA sono in vigore dal 1997 – deve non solo limitare le emissioni di PM primario, ma anche quelle dei suoi precursori, e in particolare SO2, NOx, COV, NH3.
A complicare le cose intervengono le non linearità del processo di formazione del PM secondario: sulla base di simulazioni modellistiche condotte recentemente nel bacino di Los Angeles in California si ricava l’indicazione che in generale il miglioramento in termini di riduzione del PM secondario è men che proporzionale rispetto alla riduzione delle emissioni dei precursori. I costi connessi alla riduzione delle emissioni per perseguire apprezzabili risultati in termini di riduzione delle concentrazioni di PM sono valutati nell’ordine di miliardi di US$.

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