Gli inquinanti spesso si presentano solo nell'aria

Gli aerosol organici antropogenici sono particelle contenenti carbonio presenti nell'aria, emesse dall'uomo e classificate come particolato. Rappresentano un rischio significativo per la salute e contribuiscono a milioni di decessi in tutto il mondo ogni anno. In particolare nelle grandi città, i processi di combustione incompleta nei trasporti, nell'industria e nelle abitazioni producono gas di scarico da cui si formano le dannose particelle respirabili.

In uno studio internazionale condotto presso il CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare di Ginevra, i ricercatori guidati dal PSI hanno acquisito nuove conoscenze sulla formazione di questi aerosol organici. I risultati mostrano che questi inquinanti si formano spesso solo dopo diverse fasi di ossidazione. Ne consegue che l'inquinamento da particolato di origine antropica ha un impatto regionale maggiore di quanto ipotizzato in precedenza. Ciò indica a sua volta che non è sufficiente ridurre le emissioni dirette di fabbriche, case e veicoli con filtri antiparticolato, ad esempio. È necessario controllare anche i gas precursori da cui si formano successivamente gli aerosol organici nocivi. I ricercatori riportano i loro risultati sulla rivista Nature Geoscience.

Il particolato di origine antropica si forma più lentamente

In precedenza i ricercatori ritenevano che gli aerosol organici si formassero attraverso un'unica fase di ossidazione. I gas precursori naturali, come i terpeni e gli isopreni - idrocarburi emessi dalle piante - legano l'ossigeno in un breve lasso di tempo e formano direttamente le particelle solide trasportate dall'aria.

Tuttavia, il nuovo studio dimostra che il comportamento delle emissioni antropiche è diverso: I gas precursori rilasciati nel processo - come il toluene e il benzene, che provengono ad esempio dagli scarichi delle auto e dalla combustione di materiali organici - attraversano diverse fasi di ossidazione prima di formare particelle solide. "Questa scoperta mette in discussione la precedente ipotesi che gli inquinanti si formino principalmente in prossimità delle fonti di emissione", afferma Imad El Haddad, responsabile del progetto del nuovo studio. "Dimostra invece che gli aerosol antropogenici subiscono un processo di formazione più lungo, il che significa che i loro effetti si estendono a livello regionale".

Una camera di simulazione unica nel suo genere

Il nuovo studio è stato condotto nella camera di simulazione CLOUD (Cosmic Leaving OUtdoor Droplets) del CERN. Oltre settanta ricercatori provenienti dall'Europa e dal Nord America hanno lavorato insieme per simulare l'inquinamento atmosferico urbano e seguire lo sviluppo degli aerosol organici. La struttura CLOUD è la camera di simulazione atmosferica più pulita al mondo e può controllare con estrema precisione parametri come la temperatura e la pressione, con una precisione di un decimo di grado. Il suo cilindro in acciaio inossidabile ha una capacità di circa ventisei metri cubi. Sensori di alta precisione assicurano che i cambiamenti all'interno del cilindro possano essere osservati fino al secondo. Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno riempito la camera con una miscela di gas simile allo smog urbano, per seguire la conversione dei gas di scarico in aerosol organici.

I ricercatori hanno misurato continuamente lo smog simulato a turni. Hanno determinato la distribuzione dimensionale delle particelle in formazione utilizzando l'analisi della mobilità e hanno determinato l'identità molecolare dei vapori di condensazione in tempo reale utilizzando la spettrometria di massa. Hanno anche tracciato esattamente la percentuale di gas precursori e dei loro prodotti condensati sulle pareti della camera. Questo dato deve essere preso in considerazione quando si calcola la formazione degli inquinanti. "Grazie alle osservazioni precise, ora possiamo capire meglio come si formano e crescono gli aerosol antropogenici nell'aria", afferma El Haddad.

Previsioni più precise

La conclusione dello studio è che una percentuale significativa di aerosol organici antropogenici non si forma dopo l'ossidazione iniziale, ma solo dopo ulteriori fasi di ossidazione, che possono durare da sei ore a due giorni. Il team di ricerca stima che questa ossidazione in più fasi sia responsabile di oltre il 70% di tutto l'inquinamento da aerosol organico antropogenico.

I risultati ottenuti migliorano la modellazione dell'inquinamento atmosferico, fornendo previsioni più accurate delle concentrazioni di particolato e una migliore comprensione degli impatti regionali. Inoltre, sottolineano quanto sia importante non solo limitare l'emissione diretta di particolato, ad esempio attraverso filtri antiparticolato, ma anche l'emissione di gas precursori che formano particelle solide solo in un secondo momento. Ciò consentirebbe di combattere l'inquinamento atmosferico in modo più efficace e di migliorare la salute pubblica.