Note sull`inquinamento prodottoda autoveicoli (G. Signorini)

Note sull’inquinamento prodotto da autoveicoli e tentativo di
comparazione con altre sorgenti inquinanti
Dr. Giorgio F. Signorini
Dipartimento di Chimica
Università di Firenze
Convegno “Mobilità sostenibile” - S. Michele a Compiobbi - Bagno a Ripoli (FI)
21 maggio 2011
1
Introduzione
La gente ha una giusta sensibilità verso i danni all’ambiente e alla salute derivanti da alcune attività, e dalle scelte
collettive che le riguardano, come la progettazione di un inceneritore per rifiuti o l’installazione di antenne per la
telefonia cellulare. Per qualche motivo, la stessa sensibilità non è dimostrata nei confronti di altre attività che
hanno un comparabile impatto sull’ambiente e sulla salute, in particolare il traffico veicolare. Tuttavia basta uno
sguardo ai dati per rendersi conto che muoversi in macchina inquina - almeno quanto trattare i rifiuti in impianti
termici.
Ci pare rilevante, in questo contesto, non solo l’impatto totale di una certà attività (quanta della CO2 scaricata
in atmosfera in un anno in Italia deriva dai mezzi di trasporto o dagli impianti di riscaldamento), ma soprattutto
quanto impatta il comportamento del singolo cittadino (scelta del mezzo di trasporto, [influenza sulla] scelta dei
sistemi di smaltimento rifiuti).
2
Criteri scelti per la valutazione e limiti
2.1
impatto pro-capite
In accordo con quanto appena detto, ho tenuto conto che per un cittadino medio:
1. gli spostamenti giornalieri sono di circa 30 km (media italiana[1]),
2. per confronto, la produzione di rifiuti giornaliera è nella Provincia di FI circa 1.2 kg1
È utile quindi partire da una valutazione dell’inquinamento per km percorso (e, per confronto, per kg di rifiuti).
2.2
scelta degli inquinanti da considerare
Per le auto, una scelta obbligata è quella delle emissioni disciplinate dagli standard europei (EURO3,...). Tra questi
ho scelto di riportare il monossido di carbonio CO e gli ossidi di azoto N Ox (non citando gli idrocarburi perché
non confrontabili con l’incenerimento dei rifiuti); ed il particolato (PM), anche se è regolato solo per alcuni motori
(diesel e benzina iniezione diretta), ma è utile per il confronto tra auto e trattamento termico dei rifiuti. Per questi
ultimi un inquinante rilevante è costituito dalle diossine.
2.3
limiti
Non è facile fare una valutazione obiettiva dell’impatto medio degli spostamenti in auto, per diversi motivi, tra i
quali:
• ci sono molti tipi di veicoli con profilo di emissioni molto diverso (lo stesso vale per gli inceneritori)
1 Nella
Prov di FI (2007) pro-capite si sono prodotti 441 kg/anno = 1.2 kg/die [2]
1
• i dati spesso non sono raffrontabili cosı̀ come sono; bisogna fare qualche assunzione, in alcuni casi influenzandqo
il risultato in modo determinante
• la maggior parte degli studi non è imparziale; tra quelli da me esaminati ce ne sono alcuni a cura di istituzioni
o società con un interesse particolare a favore degli inceneritori. Un esempio è la scelta di Federambiente[3]
di misurare i PM (a) misurando il nanoparticolato, che è filtrato molto meglio negli inceneritori che nelle
macchine (b) confrontando gli inceneritori “migliori” con le macchine “peggiori”.
3
Prime conclusioni
Anticipando i risultati riportati più sotto, si può dire che un cittadino medio che si sposta giornalmente
con un’auto diesel nuova produce un inquinamento che, in rapporto a quello generato trattando i
propri rifiuti giornalieri in un inceneritore di ultima generazione, è:
• da 10 volte (considerando gli N Ox ) a 100 volte (per i PM)
• da
4
4.1
1
25
a
1
300
per quanto riguarda le diossine.
Analisi dettagliata
auto
diesel EURO3 (2000) [4]
diesel EURO4 (2005) [4]
diesel EURO5 (2009) [4]
benzina EURO5 (2009) [4]
diesel senza FAP [3]Fig.6
diesel senza FAP [3](fig 7)
diesel con FAP [3](fig 7)
benzina convenzionale [3]
benzina EURO3 [5]
auto diesel [6] Tab 4-2 (anni
1990)b
auto benzina con piombo
[6] Tab 4-4 (anni 1990)
auto benzina senza piombo
[6] Tab 4-5 (anni 1990)
CO
(g/km)
N Ox
(g/km)
PM
(g/km)
0.64
0.50
0.500
1.0
0.50
0.25
0.180
0.060
0.050
0.025
0.005
PM
diossine
(numero
(I − T EQDF )
particelle/km)a
(ng/km)
0.040
5 · 1013
4 · 1010
0.001
1
30
0.007
0.045
0.010
a Non sembra possibile confrontare i dati espressi in numero di particelle con quelli espressi in massa, perché la distribuzione in
funzione della massa non è ben nota, e comunque differisce per le varie sorgenti di emissioni (cfr. Fig 2 e 7 di [3]). Sulla massa delle
emissioni incidono solo le particelle più pesanti, che d’altra parte sono in numero irrilevante. Se la massa media fosse costante il peso
medio delle particelle emesse dal diesel sarebbe 4 · 10−14 g (il che vorrebbe dire per particelle di raggio 0.05µm (cfr. figura 2), una densità
3
di 4 · 10−14 g/ 34 π 0.05 · 10−4 cm ∼ 10g/cm3 ); e se le emissioni degli inceneritori avessero le stesse proprietà, il PM in peso per kg
di rifiuto sarebbe 5 · 109 × 4 · 10−14 g = 2 · 10−4 g. Ma come detto non è possibile trarre queste conclusioni. Guardando la solita figura
2, sembra più opportuno considerare che le misure in massa si riferiscono alle particelle pesanti (fino a PM2.5), e quelle in numero alle
nanoparticelle.
b [6] Tab 4-2, 4-4, 4-5 riporta le emissioni in pg/l; le ho convertite in assumendo un consumo 0.1l/km
2
4.2
incenerimento di rifiuti
CO
(g/kg)
dal totale N Ox / tot.rifiuti
EU [7]a
dall’analisi
emissioni×calcolo volume
per kg [7]b
migliori inceneritori
[3](stima a partire dai dati
per volume di emissioni)c
inceneritori con filtro in
tessuto[6] Tab 3.6
inceneritori con filtri
elettrostatici [6] Tab 3.6
N Ox
(g/kg)
PM
(g/kg)
PM
(numero
particelle/kg)
diossine (I − T EQDF )
0 ÷ 0.750
0.175 ÷ 0.525
2 ÷ 35 · 109
0.025 ÷ 16ng
< 1500 ng
a Secondo [7]: nel 1998 si sono prodotte (si presume in EU) 33000 tonn di N O (pag 25). Secondo la fig. 2 in tutto si sono prodotti ca
x
200·106 ton di rifiuti; se tutti fossero trattati in inceneritori, l’incenerimento produrrebbe ∼ 0.15g/kg di rifiuto. In realtà l’incenerimento
è al 20% ca (fig. 3), quindi il valore potrebbe essere da 0 fino a 5 volte tanto.
b Ancora secondo [7] N O = 350mg/m3 (di emissioni) Considerando che il C costituisce ca. il 30% del peso dei rifiuti (Tab.4), 1 kg
x
di rifiuti contiene 0.3 kg di C che producono a condizioni ambiente 0.3 · 103 /12 mol · 22.4 10−3 m3 /mol ∼ .5m3 di CO2 che dovrebbe
costituire la parte principale delle emissioni; e quindi 175 mg di N Ox . A temperature più alte (a cui probabilmente ci si riferisce - si
stanno esaminando gli scarichi di un camino) il volume prodotto è proporzionalmente maggiore, possiamo pensare di un fattore 2-3.
L’ordine di grandezza coincide con la stima precedente.
c Con il metodo della nota precedente si possono convertire i dati di PM di [3], espressi rispetto al volume di emissione, rispetto
invece al peso del rifiuto. Per i migliori inceneritori le PM sono dell’ordine dei 4000/cm3 = 4 · 109 /m3 cioè circa 2 · 109 /kg di rifiuto,
fino a 35 · 109 /kg.
4.3
impatto giornaliero pro-capite
Considerando la media giornaliera pro-capite degli spostamenti e della produzione di rifiuti (v. sopra) a partire dai
dati precedenti si può costruire la seguenti tabella riassuntiva l’impatto giornaliero pro-capite
CO (g) N Ox (g) P M
P M (nano)
diossine (I − T EQDF )
(≥
2.5µm)
auto (diesel EURO4)
15
7.5
0.75g
< 3 · 1013
0.2ng
auto (diesel FAP)
1.2 · 1012
auto (benzina EURO5)
1.8
treno
incenerimento (con filtro a
∼
3 ÷ 40 · 109
0.03 ÷ 20ng
tessuto)
0.2 ÷ 1
inceneritori peggiori
< 2000ng
Per verifica, ho esaminato i dati presentati da un impianto trattamento rifiuti in UK[8], secondo cui considerando
il totale di un inquinante prodotto in UK il rapporto auto/incenerimento è 300 (per il PM10), e 42%/.3% = 120 (per
N Ox ). Ma l’incenerimento è < 10% del trattamento totale dei rifiuti (1996) in UK [7], mentre gli spostamenti sono
(2003) per il 91% in macchina o bus[9]: rinormalizzando, si hanno rapporti comparabili con quelli che si ottengono
da questa tabella.
Riferimenti bibliografici
[1] Rapporto congiunturale sulla mobilità. Technical report, Istituto Superiore Formazione e Ricerca per i Trasporti
- Osservatorio sui comportamenti di mobilità degli Italiani, 2010. [Online; accessed 20-May-2011].
[2] Provincia di Firenze Osservatorio Provinciale dei Rifiuti. Rifiuti urbani indifferenziati procapite per provincia
(1998-2007). [Online; accessed 20-May-2011].
3
[3] Stefano Cernuschi, Michele Giugliano, and Stefano Consonni. Emissioni di polveri fini e ultrafini da impianti
di combustione: Sintesi dello studio. Technical report, Federambiente - Federazione Italiana Servizi Pubblici
Igiene Ambientale, Maggio 2009.
[4] Wikipedia. European emission standards — Wikipedia, the free encyclopedia, 2011. [Online; accessed 20-May2011].
[5] H. Achour, J.G. Carton, and A.G. Olabi. Estimating vehicle emissions from road transport, case study: Dublin
city. Applied Energy, 88(5):1957 – 1964, 2011.
[6] An inventory of sources and environmental releases of dioxin- like compounds in the united states for the years
1987, 1995, and 2000. Technical Report EPA/600/P-03/002F, U.S. EPA (Environmental Protection Agency) National Center for Environmental Assessment, Washington, DC (http://epa.gov/ncea), 2006. Available from:
National Technical Information Service, Springfield, VA.
[7] E. Tzimas and S. D. Peteves. NOx and Dioxin Emissions from Waste Incineration Plants. Technical EUR
Reports EUR 20114/EN, 2001.
[8] Allerton Waste Recovery Park. Air quality assessment — update, September 2010. [Online; accessed 20-May2011].
[9] Wikipedia. Transport in the united kingdom — Wikipedia, the free encyclopedia, 2011. [Online; accessed
20-May-2011].
4