Disamina delle Preoccupazioni Moderne Connesse a

School of Industrial and Information Engineering
Course 096125 (095857)
Introduction to Green and Sustainable Chemistry
A.A. 2015/2016
Disamina delle Preoccupazioni Moderne
Connesse a Composti Chimici e Materiali
Prof. Attilio Citterio
Dipartimento CMIC “Giulio Natta”
http://www.ISCaMaP.chem.polimi.it/citterio/
Economia a Ambiente:
Connessioni Chiave
ENERGIA
L'attività economica dipende da:
• Fonti energetiche e Materiee prime
• Tranformazione Efficienza / efficacia
• Eliminazione degli scarti / riuso
• Servizi disponibili
• Spazio per attività economica e commercio
beni.
+ MATERIA
ATTIVITA'
ECONOMICA
BENI
RIFIUTI
SERVIZI
ECOLOGICI
Ma ache da
fattori globali
Attilio Citterio
Problematiche Ambientali
SVILUPPI POLITICI
 Nel corso degli anni 1970 i movimenti ambientalisti emersero,
guidati da Greenpeace, Friends of the Earth e altre organizzazioni
 Alla fine degli anni 1980, gli ambientalisti si organizzarono in
partiti politici
• “Partiti Verdi”
• Protezione e gestione ambientale divennero i maggiori temi
 In seguito, si svilupparono politiche ambientali
•
•
•
•
•
Simili dapprima a tutte le altre politiche
Create secondo il processo politico in una forma o l'altra
Sono state monitorate
Le basi teoretiche per la maggior parte delle possibili strategie definite.
Limitazioni concordate (per es. non superamento dell'aumento di 1.5
°C nella temperatura media del pianeta) (2015)
Attilio Citterio
Alcuni Fatti sullo Stato del Mondo (2003)*
Energia/Atmosfera
Trasporti/Comunicazioni
•
L’uso di Combustibili Fossili cresce del 1.5% •
La produzione di veicoli cresce del 2%
–
Petrolio - 0.5%. Carbone – 1.9%, Gas naturale 2%
•
Il numero di telefoni mobili e cellulari cresce del
•
La capacità del Nucleare cresce del 1.5%
21% a 1.15B
•
La capacità dell’Eolico cresce del 27%
•
Il rapporto di utenti internet tra nazioni industriali
e in via di sviluppo è 17:1 (40:1 nel 1995)
•
I livelli atmosferici di CO2 cresciuti del 18%
dal 1960
Salute e Sociale
–
Verosimilmente i più alti livelli in 20M anni
•
Crescita di eventi atmosferici severi
•
Le nascite nel mondo superano le morti per 74M
–
31% dal 1750
portando la popolazione a 6.23B
–
Le perdite economiche per disastri atmosferici
•
La popolazione dei 49 paesi più poveri cresce del
cresciuti del 93% dal 2001 a $53B
–
L’intensità dei cicloni aumenta del 10-20% con
2.4%, 10 volte quella dei paesi industrializzati
l’aumento di 1°C della temperatura
•
Il numero di persone con HIV/AIDS sale a 42M
–
5M perché infettate e 3.1M morte
Economia
–
•
L’umanità sottrae le risorse il 20% più
velocemente della capacità di rigenerazione
(45% negli US)
–
–
Le cause sono la perdita di habitat specie esotiche,
caccia poco regolata, pesca a strascico
Gli uccelli disperdono i semi, impollinano i fiori,
controllano le popolazioni di insetti e roditori
82% degli 1.1B di fumatori in paesi a basso/medio reddito;
attesi in crescita a causa della pubblicità
Il fumo ha ucciso 4.9M (più dell’HIV/AIDS)
Il modello di consumo contribuisce alla mortalità,
–
–
–
Il 12% delle 9800 specie di uccelli passibili
di estinzione in questo secolo
–
La produzione di sigarette decresce 0.5% a 5.6T
–
•
Natura
•
•
Il 70% si trova nell’Africa sub-sahariana
Malattie cardiache e infarti uccidono 16.7M
Infezioni e malattie da parassiti uccidono 14.4M
Il cancro uccide 6.9M
Militare
•
La guerra delle risorse affligge le nazioni in via di
sviluppo (le estrazioni finanziano i conflitti)
*Dati da State of the World 2003 pubblicato dal Worldwatch Institute, Washington, D.C.
Attilio Citterio
Alcuni Fatti sullo Stato del Mondo (2013)*
Energia/Atmosfera
Trasporti/Comunicazioni
•
•
•
•
L’uso di combustibili fossili cresce del 1.9%
–
•
•
•
La capacità Nucleare si è fermata nel 2010
La capacità d'energia eolica cresce di 15%
Il livello della CO2 atmosferica è a 400 ppm
–
•
Petrolio - 1.2%. Carbone – 2.2%, Gas naturale
1.2%, Elettricità 2.2%
Il livello più alto nei 20M anni passati
Varie catastrofi naturali ed atmosferiche
–
–
–
15% dal 2003
Le perdite economiche sono ulteriormente
cresciute
L’intensità di cicloni/alluvioni è aumentata del 20%
con aumento della temperatura media.
•
Salute e Sociale
t
•
Il prelievo di risorse della terra è del 15%
superiore del tempo di rinnovo (35% in US)
•
•
Natura
•
12% delle 9800 specie di uccelli saranno
soggette ad estinzione, in questo secolo.
–
–
Le cause sono perdite di habitat, specie esotiche,
caccia poco regolata, pesca a strascico.
Si è ricorso all’impollinazione artificiale in
sostituzione di uccelli, problemi nelle foreste.
Aumento della popolazione (7.1B):
•
•
•
Economia
La produzione di veicoli cresciuta del 0.3%
Il numero di cellulari decuplicato a 200B.
Il rapporto degli utenti internet tra paesi avanzati
e quelli in via di sviluppo è sceso a 3:1 (17:1 nel
2003)
Paesi più sviluppati 1.2 %
Paesi meno sviluppati: 5.9 %
La popolazione dell’Africa è stimata aumentare a
2.4 miliardi, da 1.1 miliardi nel 2013.
L’attesa di vita alla nascita per le donne in
Giappone è in media 86 anni, una delle più alte
nel mondo
Nel 1950, 117 milioni di persone vivevano nelle
30 principali metropoli ma tale numero è cresciuto
a 426 milioni nel 2013.
–
Problemi di salute per inquinamento nelle città (Pechino)
Militare
•
Conflitti in atto in molte regioni (medio oriente in
particolare ed Africa) dal costo elevato.
*Dati dal State of the World 2013 pubblicato dal Worldwatch Institute, Washington, D.C.
Attilio Citterio
Minacce Globali alla Sopravvivenza degli
Ecosistemi
• perdita di raccolti e incendi
• riduzione delle foreste tropicali
nel mondo
• estinzione di specie
• rapida crescita della popolazione
• riduzione delle risorse idriche
• pesca estensiva, distruzione
degli habitat
 inquinamento delle acque






superficiali e dell’ambiente
marino
minacce alla salute umana
cambiamenti climatici, GW
piogge acide
distruzione dello stato d’ozono
pressione sulle risorse
energetiche
inquinamento da rifiuti solidi
 ………..
Attilio Citterio
Stato del Ambiente Terrestre che Richiede
Attenzione
1950
1972
1997
2050
2.5
3.8
5.8
10.7
2
9
25
200
1980
2450
2770
2200
19
58
91
35
1300
2600
4200
7500
6. Foreste pluviali (1950=100)
100
85
70
45
7. Emissioni CO2 (bilioni ton/yr)
1.6
4.9
7.0
14.0
–
1.4
3.0
7.0
1. Popolazione (x bilioni di persone)
2. Megacittà (>8 milioni)
3. Cibo (calorie/capita)
4. Pesca (Milioni ton/yr)
5. Uso dell’acqua (km /yr)
3
8. Strato dell’ozono (CFC in ppb)
Fonte: World Resource Institute, 1996
Attilio Citterio
Posto Insostenibile
POPOLAZIONE
CONSUMO FERTILIZZANTI
USO DELL’ACQUA
CONCENTRAZIONE CO2
NUMERO DI AUTO
PERDITA DI FORESTE
CONSUMO CARTA
PESCA INTENSIVA
Attilio Citterio
Maggiori Tendenze che Influenzano la
Bio-economia
1. Variazione modello di commercio:
- globalizzazione
- riforma CAP (Common Agricultural Policy)
- produzione orientata dal consumatore
- diffusione di malattie delle piante (p. es.
funghi nelle piantagioni di banane)
- nuove varietà/culture
- problematiche di acqua e riscaldamento
- degradazione dei suoli
2. Variazioni del Clima:
3. Andamento della popolazione
mondiale:
- 6.5 miliardi nel 2005 - 8.3 nel 2030
- aumento del consumo pro capite di calorie
- aumento richieste di cibo: ~ 70% nel 2030
4. Considerazioni ambientali :
- uso della terra e riduzione degli input
- protezione dell’habitat
- mantenimento della biodiversità
5. Cambi nelle forniture energetiche:
- maggiori costi/scarsità dei combustibili fossili
- sicurezza delle forniture
- riduzione delle emissioni GHG
Attilio Citterio
Preoccupazioni Connesse all’Attività Umana
•
Problematiche Globali

Crescita della popolazione
 Emissioni di gas serra e riscaldamento globale
 Riduzione dello strato d’ozono nella stratosfera
 Esaurimento delle risorse
•
Problematiche Ambientali

Inquinamento dell’aria e delle acque
 Deposizione di acidi e di basi
 VOC e smog fotochimico
•
Problematiche di Sicurezza e Salute
 Particolato fine
 Contaminazione acque da parte di prodotti industriali pericolosi
 Incidenti sul lavoro e incidenti rilevanti
Attilio Citterio
Le 21 Problematiche Emergenti (UNEP 2012)
Probl. ID
Titolo del Problema
Classifica
Problematiche trasversali
001
Allineamento della Governance alle sfide della sostenibilità globale
1
002
Adeguamento delle capacità umane per il 21° secolo: affrontare le sfide ambientali globali e
spostarsi verso un'economia verde
2
003
Spezzare i ponti: riconnettere scienza e politica
4
004
Punti sociali emergenti? Catalizzare i cambi rapidi e trasformativi del comportamento umano
nei confronti dell'ambiente
5
005
Nuovi concetti per affrontare cambiamenti emergenti e soglie imminenti
18
006
Affrontare le migrazioni dovute alle imposizioni dei Cambiamenti Ambientali
20
Problematiche alimentari, di biodiversità e del territorio
007
Nuove sfide per assicurare la Sicurezza Alimentare (per 9 Miliardi di Persone)
3
008
Oltre la Conservazione: Integrare la Biodiversità nell’agenda Ambientale e Economica
7
009
Incrementare la Sostenabiltà e Flessibilità Urbana
11
010
La nuova corsa alla terra: Rispondere alle nuove pressioni Nazionali e Internazionali
12
Problemi di acque dolci e marine
011
Nuovi Approfondimenti su Interazioni Acqua-Terra: cambi nel paradigma di gestione?
6
012
Ridurre la degradazione delle Acque Interne in Paesi in via di sviluppo
15
013
Il potenziale Collasso dei sistemi Oceanici richiede una Governance Oceanica Integrata
13
014
Ecosistemi dei Litoralii: Affrontare le crescenti Pressioni con una Governance Adattiva
19
Attilio Citterio
Le 21 Problematiche Emergenti (UNEP 2012) cont.
Probl. ID
Titolo del Problema
Classifica
Problematiche sui Cambiamenti Climatici
015
Nuove sfide per la mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici: gestione delle
conseguenze non intenzionali
7
016
Agire sui segnali dei cambiamenti climatici nella Variazione di Frequenza di eventi estremi
16
017
Gestire gli impatti del ritiro dei Ghiacciai
21
Problematiche su Energia, tecnologia, e rifiuti
018
Accelerare l’introduzione di sistemi di energia rinnovabile Ambientalmente-Compatibili
7
019
Rischi superiori al Necessario? Necessità di un Nuovo Approccio alla Minimizzazione dei
Rischi delle Nuove Tecnologie e dei Composti Chimici
10
020
Cambiare il modo di affrontare i rifiuti: Risolvere la scarsità crescente di Materiali Strategici e
Evitare gli Scarti Elettronici
14
021
Conseguenze Ambientali dello smantellamento dei Reattori Nucleari
17
* Classifica basata sul punteggio dal Foresight Panel UNEP e dopo aver esaminato i risultati di un questionario
esteso a più di 400 scienziati di tutto il mondo.
Attilio Citterio
Milioni
Esplosione della Popolazione Umana
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
6000
5250
2600
1670
260
0
240
500
280
1000
427
1500
730
2000
Anno
Il mondo ha bisogno di nutrire 5 miliardi
in più di individui.
La popolazione mondiale è passata a 6
miliardi nel 2000, dai 2.5 nel 1850 e i 4.4
nel 1950 ed è proiettata a crescere a ~ 8
miliardi nel 2025 e 10 miliardi nel 2050.
Attilio Citterio
Uso di Materiali e Energia nei Regimi SocioEcologici nella Storia Umana
uso annuale pro capite
Energia
Materiali
Metabolismo umano di base
3,5 GJ
1t
10-20 GJ
2-3 t
60-80 GJ
4-5 t
250 GJ
20-22 t
(ingestione di biomasse per nutrimento)
Cacciatori-raccoglitori
(uso incontrollato dell’energia solare)
Società agricole
(uso controllato dell’energia solare)
Società Industriale/Tecnologica
(uso di energia fossile)
Attilio Citterio
Deforestazione
L’espansione agricola è la principale causa della deforestazione.
Le coltivazioni permanenti e l’espansione delle terre coltivate e dei pascoli sono i
principali contributi alla deforestazione. Nelle aree tropicali, i maggiori cambiamenti
hanno interessato le foreste chiuse, talvolta per semplice espansione urbana. Nelle
regioni in via di sviluppo, la crescita della popolazione e l’accresciuta domanda di
cibo, combinati col declino della produttività agricola, spinge alla deforestazione.
La capacità delle foreste di fornire beni e servizi sta diminuendo. (U.N. - The
Millennium Development Goals Report 2011)
AFRICA
ASIA
EUROPE N/ S AMERICA OCEANA
S America
3
Variazioni nelle Foreste Tropicali
(milioni di ettari)
2
100
1
0,9 0,7
aumento
80
diminuzione
2,2
60
40
20
0
-20
0
0,7
0
-0,6
Incolti e arbusti
Foreste
chiuse
-0,3
-0,04
-1
Foreste aperte
-2
Agricoltura
altro
e Piantagioni
forestali
-3
-4
-40
-60
-3,4
-4,1
-4,2
-4
-5
-80
Net gain
-100
1990-2000
Attilio Citterio
Net loss
2000-2010
1990-2000
2000-2010
Estinzioni delle Speci dal 1800
60000
Estinzioni
50000
40000
30000
20000
10000
0
1800
1830
1860
1890
1920
1950
1980
2010
2040
Anno
http://www.whole-systems.org/extinctions.html
Attilio Citterio
Carenze di Elementi – Alcuni Elementi sono
Rari sulla Terra.
Abbondanza relativa degli
elementi chimici nella crosta
continentale superiore della terra.
U.S. Geological Survey Fact Sheet 087-02
Attilio Citterio
Anche i Composti più Abbondanti
richiedono Attenzione: Uso dell’Acqua
L’accesso all’acqua potabile si
è progressivamente espanso
negli ultimi 20 anni, ma
l’inquinamento è parimenti
molto aumentato.
Science 313, 1088-1090, 2006
Attilio Citterio
Aumento nell’Uso di Acqua
L’uso dell’acqua generalmente cresce con lo sviluppo economico, specie
per usi industriali e municipali. L’industria richiede acqua per il raffreddamento, il
lavaggio e le lavorazioni con gli usi maggiori nella produzione di energia, acciaio,
composti chimici, carta e raffinazione del petrolio. L’acqua è poi richiesta per
bere, per preparare cibi, per l’igiene personale, ecc.. Gli usi industriale e
municipali hanno valori economici superiori a quelli degli usi agricoli.
I servizi forniti dagli ecosistemi
d’acqua dolce sono minacciati.
Attilio Citterio
2000
Municipale
Industria
Agricoltura
1500
1000
500
Africa sub-sahariana
Est Asia
America Latina
Sud Asia
Est Asia/Nord Africa
0
OECD
Metri cubi pro capite
Gli ecosistemi d’acqua dolce (laghi, fiumi,
ecc.) forniscono una varietà di servizi critici,
inclusi la fornitura di acqua, la purificazione
dell’acqua, il controllo delle alluvioni, il riciclo
e il trasporto di nutrienti, la produzione di
pesce e la protezione della biodiversità. Ma
molti di questi sistemi si stanno degradando
per prelievi eccessivi, inquinamento e
introduzione di specie invasive. A livello
mondiale, circa il 50% di tutte le terre umide
si sono perse e più del 20% delle 10,000
specie note d’acqua dolce sono estinte.
Prelievi di Acqua pro Capite
Riduzione delle Riserve Idriche
Quasi metà della popolazione mondiale può sperimentare la siccità per il 2025.
Su basi globali, il prelievo di acqua ammonta a solo il 10-20% di tutte le risorse totali
rinnovabili. La disponibilità d’acqua, però, non è ugualmente distribuita e non si può
convenientemente spostare su lunghe distanze. Circa il 40% della popolazione mondiale
vive già in bacini con meno di 2000 m3 di acqua per persona per anno per tutti gli usi. Per
il 2025, circa metà degli individui vivranno in aree con tali problematiche.
DISPONIBILITA’ ANNUALE PREVISTA DI ACQUA RINNOVABILE
PER PERSONA E PER BACINI FLUVIALI (2025)
Attilio Citterio
L’Impatto del Costruito
Nei paesi sviluppati il costruito comporta:
 65.2% dei consumi totali di elettricità
 più del 36% dell’uso totale di energia primaria
 30% di emissioni di gas serra totali
 136 milioni di tonnellate di scarti di costruzione e
demolizione (circa 1.26 kg/persona/giorno)
 12% di acqua potabile
 40% (3 miliardi di tonnellate all’anno) di uso globale di
materie prime
Attilio Citterio
Inquinamento dell’Aria negli Interni
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Batteri
Muffe e spore
Virus
Forfora e saliva animali
Piante
Polvere
Acari
Scarafaggi
Polline
Attilio Citterio
Più di 3 milioni di morti ogni anno sono
causate da inquinamento dell’aria, per lo più
dovuto ad inquinamento da particolato. Le
infezioni respiratorie acute dovute
all’inquinamento degli interni sono tra i
maggiori responsabili di queste morti.
Aumento Consumi Energetici
L’aumento della
popolazione e
l’industria moderna
richiedono quantità
di energia sempre
crescente!
“It is cheaper to save fuel than to buy it,
no matter what kind it is”
Attilio Citterio
Natural Capital
by A. Lovins 2000
La lavorazione dei Combustibili Fossili ha
Conseguenze Ambientali …
Attilio Citterio
Effetti della Combustione di Combustibili Fossili
•
I combustibili fossili sono idrocarburi o carbonio contenente tracce di
altri elementi, quali azoto, zolfo, metalli, ecc..
•
Tipica stechiometria per la reazione di combustione:
CwHxOzNaSb + O2 + cN2  w(CO2+ CO) + x/2 H2O + (a+c/2)NOx + bSO2 + …
•
Solo l’H2O è essenzialmente benigna ...
•
CO e molti idrocarburi sono tossici per l’uomo.
•
NOx e SO2 si combinano con l’ossigeno e l’acqua per formare gli acidi
nitrico e solforico, cioè, “piogge acide".
•
CO2 è ritenuta la principale responsabile del riscaldamento globale,
ma altri gas GHG sono pure importanti.
•
Residui contenenti alogeni provocano la distruzione dell’ozono della
Stratosfera
Attilio Citterio
Aumento delle Emissioni Globali di CO2
Concentrazioni nell’atmosfera di biossido di carbonio (dal 1750 al 2000 dc)
N.B. Nel 2013 si è superata quota 400 ppm di CO2 !!!
parti per milione in volume
370
360
350
340
Mauna Loa (1958-2000)
330
Stazione Siple (1750-)
320
310
300
290
280
270
1750
1800
1850
1900
1950
2000
Fonte: C.D. Keeling and T.P. Whorf, Atmospheric CO2 Concentrations (ppmv) derived from in situ air samples
collected at Mauna Loa Observatory, Hawaii, Scripps Institute of Oceanography, 1998. A. Neftel et al,
Historical CO2 Record from the Siple Station Ice Core, Physics Institute, University of Bern, Switzerland, 1994.
Attilio Citterio
Andamento nel Tempo dell’Ampiezza di
Fluttuazione della CO2 Atmosferica
Perturbazione umana
150
150
150
105
150
Ampiezza [ppm]
104
-450
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100
-50
0
CO2 atmosferica [ppmv]
150
150
50
103
102
Glaciale-interglaciale
Perturbazione umana
101
Ciclo annuale
100
Ciclo diuno
10-1
10-2
109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3
Periodo [anni]
Nota: La perturbazione umana, che si è verificata negli ultimi 200 anni, sta avvicinandosi all’entità delle variazioni di
CO2 dei cicli glaciale-interglaciale, che si verificano in decine di migliaia di anni. Nel riquadro è riportata l’evoluzione
nel tempo della CO2 negli ultimi 400,000 anni come ricostruiti dalle carote di ghiaccio (Petit e al.1999, Indermuehle e
al., 1999) e osservazioni atmosferiche dirette (Keeling e al., 1995, Tans e al., 1999).
Attilio Citterio
Cambiamenti Climatici
Ci sono molti segni di variazioni del clima
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Le temperature medie globali della superficie terrestre sono aumentate di circa 0.6
°C dal 1900
I livelli del mare aumentano di circa 1 cm per decade.
Lo spessore dei ghiacci dell’artico si è ridotto di 40 cm negli scorsi 40 anni
I maggiori ghiacciai in tutto il mondo si stanno ritirando.
Il ghiaccio dei laghi nordici si forma tardi in autunno e fondono presto in primavera.
Le precipitazioni nell’emisfero nord sono aumentate specie come piogge violente.
L’evento El Nino è diventato più comune e più intenso
In parte dell’Asia e dell’Africa, la siccità è cresciuta in frequenza e intensità.
I rimborsi assicurativi per danni da alluvioni e tempeste sono saliti da circa $2
miliardi all’anno negli anni 1980 a $30 miliardi nei primi anni 1990.
Attilio Citterio
Effetto Serra ...
• Luce solare a  = 0.5 m passa
quasi tutta attraverso il vetro
• L’energia radiante ri-emessa
dall’interno a ~300 K è a   10 m
• Il vetro è opaco a questa lunghezza
d’onda infrarossa, per cui l’energia
ri-emessa non può sfuggire
• La serra si riscalda
Tsole = 5760 K
vetro
transmittanza spettrale
complessiva T
1.0
sole=0.5 m
0.8
0.6
Assorbimento vetro
Te = 300 K
0.4
Vetro borosilicat, 0.478 cm di spessore
Vetro in silice fusa, 1.27 cm spessore
0.2
0
0.1
e=10 m
“terra”
Regione
visible
0.2
0.4
1
2
3
Lunghezza d’onda  m
Attilio Citterio
L’Effetto Serra
Fatti Salienti sulla Scienza della CO2
•
La terra assorbe la CO2 antropogenica a una velocità limitata
 Le emissioni dovrebbero calare a circa la metà del valore attuale
per stabilizzare la concentrazione atmosferica a 550 ppm
 Ciò in presenza di un raddoppio della richiesta di energia nei
prossimi 50 anni (crescita delle emissioni del 1.5% all’anno)
•
La vita media della CO2 nell’atmosfera è di 200-300 anni
 L’atmosfera accumulerà le emissioni nel corso del 21o Secolo
 La crescita delle emissioni a breve termine si può evitare con
maggiori riduzioni a tempi lunghi
 Modeste riduzioni delle emissioni rinviano solo la crescita della
concentrazione (una riduzione del 20% nelle emissioni provoca
una dilazione di 15 anni)
Attilio Citterio
Effetti dell’Aumento della Temperatura
Media Terrestre
Attilio Citterio
Minimo della Calotta Artica d’Estate
- 2007 vs. 2005
Attilio Citterio
Riduzione dell’Ozono Stratosferico
• L’ozono è un buon assorbitore
della radiazione solare
ultravioletta, e la sua riduzione
nell’alta atmosfera provoca un
aumento dei livelli di radiazione
UV sulla superficie terrestre.
• Livelli accresciuti di UV sulla
superficie possono provocare un
aumento del cancro della pelle
nell’uomo e danni alle piante.
• I CFC generano Cl• che attivano
la decomposizione dell’ozono.
Il buco dell’ozono al suo picco nel
2003 sull’Antartico
ciclo Cl•/ClO•
Cl• + O3 ClO• + O2
ClO• + O  Cl• + O2
O + O3
 2 O2
Attilio Citterio
k1 = 2.9×10-11 e-260/T cm3·molec-1·s-1
k2 = 7.7×10-11e-130/T cm3·molec-1·s-1
(netta)
CFC da Apparecchiature HVAC e Ozono
•
•
•
•
•
•
I frigoriferi, i condizionatori e le pompe di calore hanno usato come
fluidi di lavoro i clorofluorocarburi (CFC).
I CFC in condizioni normali sono estremamente inerti, stabili e nontossici. Il loro uso ha portato ad apparecchi efficienti e sicuri.
Ma essendo così inerti, i CFC non sono distrutti nei bassi strati
dell’atmosfera e possono così raggiungere la stratosfera.
La luce UV nella stratosfera rompe le molecole di CFC nei legami CCl rilasciando atomi Cl che attaccano l’ozono (O3), formando O2 e O.
Le specie radicaliche prodotte vengono rigenerate nel processo e
funzionano da catalizzatori distruggendo altre molecole O3.
Il rilascio di CFC ha perciò causato una significativa diminuzione dello
strato di ozono stratosferico, particolarmente nelle regioni polari.
CFC-12
CF2Cl2
refrigerante
CFC-11
CFCl3
Espandente
Attilio Citterio
CFC-113
CF2ClCFCl2
Pulizia
Problematiche di Qualità dell’Aria:
Formazione dello Smog Fotochimico
NO
h
HC
sole

NO2
h
sole
O3, PAN, ecc.
Concentrazione (pph/m3)
50
Idrocarburi
45
40
35
30
25
20
NO
15
NO2
Aldeidi

O3
10
5
0
4
6
8
10
12
14
16
Ora del giorno
“Cappa di smog per inversione che coprì la parte
bassa della città di Los Angeles nel 1956.” fonte: www.epa.gov
Attilio Citterio
18
Piogge Acide: Defogliazione - Corrosione
L’immissione di zolfo atmosferico
produce ossidi acidi SO2 e SO3 e
quindi acido solforico (H2SO4)
attivando il processo noto come
pioggia acida.
Luce
solare
O3
H2O
Dissoluzione
Ossidazione
SO2
H2SO4
SO2
NOX
NOX
HNO3
2H+ + SO42H+ + NO3-
NH3 + H+  NH4+
Deposizione Secca
NOX
SO2
Deposizione umida
H+ + NH4+ + NO3- + SO42-
Fonte
Deposiz. secca Ammoniaca Deposizione
Emissioni di Gas,
naturale
umida di acidi
Particelle e
disciolti
Aerosol
Attilio Citterio
Il Problema dei Reflui
•
•
Tecnologie di “Fine linea”
Contenenti sistemi per stoccaggio e discariche
 Costoso
 Monitoraggio costante
 Potenzialmente in grado di fallire
Attilio Citterio
Discariche di Rifiuti Pericolosi
Attilio Citterio
Gravi Incidenti Industriali!
BASF,
• Oppau/Ludwigshafen,
21 Settembre 1921
• Cratere: 80 m di diametro,
16 m di profondità
• 450 morti
NH4NO3  N2 + ½O2 + 2H2O
{300°, G<0}
AZF, Tolosa,
• 21 Settembre 2001
• Cratere: 50 m diametro,
10 m profondità
• 29 morti
Attilio Citterio
Livelli di Sicurezza sul Lavoro
7.628.184  Numero di incidenti riportati (EU-15, 2000)
4.2
 Milioni di incidenti sul lavoro con più di 3 giorni di
assenza 2003
4.664
 incidenti mortali sul lavoro (EU-15, 2003)
54.250
 Malattie professionali negli 11 Stati Membri (2003)
Attilio Citterio
Incidenti Rilevanti negli Impianti Chimici e
nei Trasporti delle Sostanze Chimiche
CH3NCO
GPL
Impianto UC Bhopal, 1984
Explosione a Viareggio
Deposito petrolifero
Incidente di Buncefield, 2006
Attilio Citterio
Rilascio
petrolio
Exxon Valdez
Cosa è Successo a Bhopal?
Il metil isocianato (“MIC”, CH3NCO) è usato per
produrre il carbaryl (Sevin®) nell’impianto della
Union Carbide a Bhopal, India.
Dell’acqua (parecchia) finisce nel serbatoio di
stoccaggio contenente 15 Tonnellate di MIC
CH3NCO + H2O  CH3OH + HNCO
(b.p. 40ºC)
(b.p. 100ºC) (b.p. 65ºC) (b.p. ca. 25ºC)
Hrxn  - 250 kJ/mole
T , velocità  {L. Arrheniu, k = exp(-Eact/RT)}
P = nR T/V più vaporizzazione:
La valvola di sicurezza di si apre, l’abbattitore non
funziona, la torre di assorbimento non funziona
Cosa si
sarebbe
potuto fare
di diverso?
4 Tonnellate di MIC vaporizzano, il vento trasporta i vapori sulla città.
Ameno 3,800 persone muoiono, migliaia sono colpiti e accecati.
Ancora oggi sussistono controversie legali sull’incidente.
Attilio Citterio
Conseguenze non Volute sulla Salute
• Le Sorprese
 Inquinanti Organici Persistenti (DDT, PCB, Poliacrilati, ecc.)
 Bio-accumulo
• PCB @ 1 × in H2O, 6,400 nel plankton, 240,000 nei calamari, 13,000,000 nei
delfini e nel tonno
 Distillazione atmosferica (espansione alle latitudini nord)
 Squilibrio endocrino
• I pasticci del passato!
 Migliaia di tonnellate di pesticidi abbandonati
 Eredità nucleari con un prezzo da
300 miliardi di $.
 Siti industriali dismessi contaminati
Attilio Citterio
Materiali che Preoccupano (Pratt & Whitney)
Proibiti – Rischi molto alti
Sostituti Disponibili
Limitati – Rischio elevato
Sostituti da Sviluppare
Da Ridurre – Rischio inferiore
Sotto Monitoraggio
Arsenico e composti
Asbesto
Benzene
Berillio (>2%)
Cadmio e composti
Solventi clorurati
Alcool etilico (pulizia)
Eteri del glicol etilenico
Formaldeide
Mercurio e composti
Metanolo (pulizia)
Cloruro di Metilene
Distruttori ozono di Classe I
Materiali radioattivi,
(incluso
Nickel toriato (TD) )
Toluene diisocianato
Policlorobifenili
Diossine
Berillio (<2%)
Cromo, esavalente
ODS di Classe II
Cianuri
Dimetilformammide
HCFC-14 lb e HCFC-22
Idrazina
Acido fluoridrico soluzioni
Acido fluoridrico gas
Piombo e composti
Fibre sintetiche, quali
cristobalite, fiberfrax
MDA (4’,4’-Metilenedianilina)
Metanolo
Metiletilchetone (MEK)
Metil iso-butil chetone
(MIBK, 4-metil-2-pentanone)
Fenolo
Stirene
Toluene
Xilene
Acetone
Ammoniaca
Alcool Butilico
Etil benzene
n-esano
Acido fluoridrico - pulizia
Isocianati
N-metil-2-pirrolidone
Alcool isopropilico
Nichel
Acido nitrico
Distillati del petrolio (quali
nafta, oli minerali,
solvente di Stoddard,
varsol,
lubrificanti evaporativi)
Acido fosforico
Alcool sec-butilico
Acido solforico
1,2,4-Trimetilbenzene
ODS = Ozone-depleting Substances
Attilio Citterio
Composti Banditi
•
Atrazina: bandita in EU nel 2003 a causa dell’inevitabile
contaminazione dell’acqua;
•
Derivati del Tributilstagno (TBT): la maggior parte degli usi come
agenti “antivegetativi” sono banditi dal 2003, gli altri usi a partire dal
2008;
•
Alchilfenoli e loro etossilati: la Direttiva EU ne previene l’uso come
co-formulanti in nuovi prodotti dal 2005;
•
Piombo, mercurio, cadmio, cromo esavalente, bifenili polibromurati
(PBB) o difenil eteri polibromurati sono banditi dal 2006 in
apparecchiature elettroniche (normativa EU RoHS)
•
Alcuni fluorocarburi (es. HCFC-141b, CFC-11) sono banditi dal 2004
•
Vinclozolin, Procymidone, Fenarimol: l’EU ne ha discusso il bando
per tutti gli usi.
Attilio Citterio
Oltre l’Ambiente: La Tripla Linea di Fondo
Vivere nei limiti
ambientali:
Garantire le risorse
naturali per
permettere una vita
sostenibile
Assicurare una
società forte
salubre e giusta:
Soddisfare i diversi
bisogni di tutti; promuovere benessere
pari opportunità
Raggiungere una
economia
sostenibile :
Forte, stabile,
efficiente e corretta
Attilio Citterio