Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corso di Impatto Ambientale
Modulo A: Pianificazione Energetica
Ing. Giorgio Baldinelli
a.a. 2011-12
Inquinamento globale
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
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•
•
L’ozono viene poi distrutto dalle reazioni:
O 3 + 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
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•
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
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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.