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Disamina delle Preoccupazioni Moderne
Connesse a Composti Chimici e Materiali Prof. Attilio Citterio
Dipartimento CMIC “Giulio Natta”
http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/education/course-topics/
School of Industrial and Information Engineering
Course 096125 (095857)
Introduction to Green and Sustainable Chemistry
Attilio Citterio
L'attività economica dipende da:
• Fonti energetiche e Materie prime
• Efficienza / efficacia di trasformazione
• Eliminazione degli scarti / riuso
• Servizi disponibili
• Spazio per attività economica e commercio
beni.+
ATTIVITA'
ECONOMICA
BENI
RIFIUTI
SERVIZI
ECOLOGICI
ENERGIA MATERIA
Ma anche da
fattori globali
Economia e Ambiente:
Connessioni Chiave
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 le maggiori apprensioni
Oggi, le politiche ambientali
• Sono simili a tutte le altre politiche
• Si creano tramite il processo politico in una forma o l'altra
• Sono state monitorate
• Definite le basi teoretiche per la maggior parte delle possibili strategie.
• Alcune limitazioni (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
• L’uso di Combustibili Fossili cresce del 1.5%– Petrolio - 0.5%. Carbone – 1.9%, Gas naturale 2%
• La capacità del Nucleare cresce del 1.5%
• La capacità dell’Eolico cresciuta del 27%
• I livelli atmosferici di CO2 cresciuti del 18% dal 1960
– Verosimilmente i più alti livelli in 20M anni
• Crescita di eventi atmosferici severi– 31% dal 1750
– Le perdite economiche per disastri atmosferici cresciuti del 93% dal 2001 a $53B
– L’intensità dei cicloni aumenta del 10-20% con l’aumento di 1°C della temperatura
Economia
• L’umanità sottrae le risorse il 20% più velocemente della capacità di rigenerazione (45% negli US)
Natura
• Il 12% delle 9800 specie di uccelli passibili di estinzione in questo secolo
– 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
Trasporti/Comunicazioni
• La produzione di veicoli cresce del 2%
• Il numero di telefoni mobili e cellulari cresce del 21% a 1.15B
• Il rapporto di utenti internet tra nazioni industriali e in via di sviluppo è 17:1 (40:1 nel 1995)
Salute e Sociale
• Le nascite nel mondo superano le morti per 74Mportando la popolazione a 6.23B
• La popolazione dei 49 paesi più poveri cresce del 2.4%, 10 volte quella dei paesi industrializzati
• Il numero di persone con HIV/AIDS sale a 42M– 5M perché infettate e 3.1M morte
– Il 70% si trova nell’Africa sub-sahariana
• La produzione di sigarette decresce 0.5% a 5.6T– 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,– 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)*
*Dati dal State of the World 2013 pubblicato dal Worldwatch Institute, Washington, D.C.
Energia/Atmosfera
• L’uso di combustibili fossili cresce del 1.9%– Petrolio - 1.2%. Carbone – 2.2%, Gas naturale
1.2%, Elettricità 2.2%
• 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– Il livello più alto nei 20M anni passati
• Varie catastrofi naturali ed atmosferiche– 15% dal 2003
– Le perdite economiche sono ulteriormente cresciute al 103%
– L’intensità di cicloni/alluvioni è aumentata del 20% con aumento della temperatura media.
Economia
• Il prelievo di risorse della terra è del 20% 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.
Trasporti/Comunicazioni
• 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 2.5:1 (40:1 nel 2003)
Salute e Socialet
• Aumento della popolazione (7.1B): • 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.
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
………..
Declino della popolazione avicola
Attilio Citterio
Stato del Ambiente Terrestre che Richiede
Attenzione
1. Popolazione (x miliardi di persone) 2.5 3.8 5.8 10.7
2. Megacittà (>8 milioni) 2 9 25 200
3. Cibo (calorie/capita) 1980 2450 2770 2200
4. Pesca (Milioni ton/anno.) 19 58 91 35
5. Uso dell’acqua (km3/anno.) 1300 2600 4200 7500
6. Foreste pluviali (1950=100) 100 85 70 45
7. Emissioni CO2 (miliardi ton/anno.) 1.6 4.9 7.0 14.0
8. Strato dell’ozono (CFC in ppb) – 1.4 3.0 7.0
Fonte: World Resource Institute, 1996
1950 1972 1997 2050
Attilio Citterio
Un Posto Insostenibile
POPOLAZIONE USO DELL’ACQUA CONCENTRAZIONE CO2NUMERO DI AUTO
CONSUMO FERTILIZZANTI PERDITA DI FORESTE CONSUMO CARTA PESCA INTENSIVA
Attilio Citterio
Maggiori Tendenze che Influenzano la
Bio-economia
1. Variazione modello di commercio:
2. Variazioni del Clima:
3. Andamento della popolazione mondiale:
4. Considerazioni ambientali :
5. Cambi nei rifornimenti energetici:
- 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
- 6.5 miliardi nel 2005 - 8.3 nel 2030
- aumento del consumo pro capite di calorie
- aumento richieste di carne: ~ 70% nel 2030
- uso della terra e riduzione degli input
- protezione dell’habitat
- mantenimento della biodiversità
- maggiori costi/scarsità dei combustibili fossili
- sicurezza nei rifornimenti
- 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 dei Governi alle sfide della sostenibilità globale 1
002 Adeguamento delle capacità umane per il 21° secolo: affrontare le sfide ambientali globali e
orientarsi 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 i cambiamenti emergenti e le soglie imminenti 18
006 Affrontare le migrazioni causate dai 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 Sostenibilità Urbana e la Capacità di reazione 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 Direzione Oceanica Integrata 13
014 Ecosistemi dei Litorali: Affrontare le crescenti Pressioni con una Direzione Adattativa 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 previste
7
016 Agire sui segnali dei cambiamenti climatici nelle Variazioni 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 i Rifiuti 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
Esplosione della Popolazione Umana
260 240 280 427730
1670
2600
5250
6000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 500 1000 1500 2000
Milio
ni
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 11 miliardi nel 2050.
Attilio Citterio
Uso di Materiali e Energia nei Regimi Socio-
Ecologici nella Storia Umana
uso annuale pro capite
Energia Materiali
Metabolismo umano di base(ingestione di biomasse per nutrimento)
3,5 GJ 1 t
Cacciatori-raccoglitori (uso incontrollato dell’energia solare)
10-20 GJ 2-3 t
Società agricole (uso controllato dell’energia solare)
60-80 GJ 4-5 t
Società Industriale/Tecnologica(uso di energia fossile)
250 GJ 20-22 t
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)
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Forestechiuse
Foreste aperte
Incolti e arbusti
Agricoltura e altro
Piantagioniforestali
Variazioni nelle Foreste Tropicali(milioni di ettari)
aum
ento
dim
inuzio
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-4,1
-0,6
0,9
-0,3 -0,04
-4,2
-3,4
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0,7 0 0,7
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-5
-4
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0
1
2
3
Guadagno Netto
1990-2000 2000-2010 1990-2000 2000-2010
Perdita netta
AFRICA ASIA EUROPE N/ S AMERICA OCEANA S America
Attilio Citterio
Estinzioni delle Specie dal 1800
http://www.whole-systems.org/extinctions.html
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
1800 1830 1860 1890 1920 1950 1980 2010 2040
Esti
nzio
ni
Anno
Attilio Citterio
Carenze di Elementi – Alcuni Elementi sono
Rari sulla Terra.
U.S. Geological Survey Fact Sheet 087-02
Abbondanza relativa degli
elementi chimici nella crosta
continentale superiore della terra.
Elementi che
formano rocce
Elementi delle
Terre Rare
Maggiori metalli
Industriali (in grassetto)
Metalli preziosi
in italico
"metalli" più rari
Numero Atomico, ZAb
bo
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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 industriali e
municipali hanno valori economici superiori a quelli degli usi agricoli.
I servizi forniti dagli ecosistemi
d’acqua dolce sono minacciati.
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.
0
500
1000
1500
2000
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Prelievi di Acqua pro Capite
Municipale
Industria
Agricoltura
Attilio Citterio
Riduzione delle Riserve Idriche
Quasi metà della popolazione mondiale può sperimentare la siccità per il 2030.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 2030, 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% delle 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
Più di 3 milioni di morti ogni anno sono
causati 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.
Attilio Citterio
Aumento dei Consumi Energetici
Natural Capital
by A. Lovins 2000“It is cheaper to save fuel than to buy it,
no matter what kind it is”
L’aumento della
popolazione e
l’industria moderna
richiedono quantità
di energia sempre
crescente!
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
270
280
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310
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330
340
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1750 1800 1850 1900 1950 2000
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Mauna Loa (1958-2000)
Stazione Siple (1750-)
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.
Concentrazioni nell’atmosfera di biossido di carbonio (dal 1750 al 2000 dc)
N.B. Nel 2013 si è superata quota 400 ppm di CO2 !!!
Aumento delle Emissioni Globali di CO2
Attilio Citterio
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).
105
104
103
102
101
100
10-1
10-2
109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3
Periodo [anni]
Ciclo diurno
Ciclo annuale
Glaciale-interglaciale
Perturbazione umana
Am
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[p
pm
] -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50150
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150
CO
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pm
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Perturbazione umana
Andamento nel Tempo dell’Ampiezza di
Fluttuazione della CO2 Atmosferica
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, a $120 miliardi
nel 2015.
Attilio Citterio
Effetto Serra ...
• La 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
vetro
“terra”
sole=0.5 m
e=10 mTe = 300 K
L’Effetto Serra
Tsole = 5760 K
Vetro borosilicato, 0.478 cm di spessore
Vetro in silice fusa, 1.27 cm spessoreRegione
visibile
0.1 0.2 0.4 1 2 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Lunghezza d’onda , m
trasm
itta
nza s
pettra
le
com
ple
ssiv
a T
Assorbimento vetro
Attilio Citterio
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
Produzione Primaria Effettiva e Nutrienti:
Produzione annuale di carbonio nel moderno oceano: costale, equatore,
oceano del sudPompa tropicale, tanta luce, per
cui limitati dai nutrienti (N, P)
Pompa dell'oceano del sud,
Non abbastanza luce, eccesso di nutrienti, ma limitata dal ferro
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 attivanola decomposizione dell’ozono.
Il buco dell’ozono al suo picco nel 2003 sull’Antartico
ciclo Cl•/ClO•
Cl• + O3 ClO• + O2 k1 = 2.9×10-11 e-260/T cm3·molec-1·s-1
ClO• + O Cl• + O2 k2 = 7.7×10-11e-130/T cm3·molec-1·s-1
O + O3 2 O2 (netta)
Attilio Citterio
• 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 non-
tossici. 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 C-
Cl 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 da Apparecchiature HVAC e Ozono
CFC-12
CF2Cl2refrigerante
CFC-11
CFCl3Espandente
CFC-113
CF2ClCFCl2Pulizia
Attilio Citterio
Problematiche di Qualità dell’Aria:
Formazione dello Smog Fotochimico
“Cappa di smog per inversione che coprì la parte
bassa della città di Los Angeles nel 1956.” fonte: www.epa.gov
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
4 6 8 10 12 14 16 18
Co
nc
en
tra
zio
ne (
pp
h/m
3)
Ora del giorno
Idrocarburi
AldeidiNO2
NOO3
NO
HC
hn hn
sole soleO3, PAN, ecc.NO2
Attilio Citterio
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.
Fonte
Emissioni
Deposiz. secca
di Gas,
Particelle e
Aerosol
Ammoniaca
naturale
Deposizione
umida di acidi
disciolti
NOX
SO2
Deposizione Secca
NOX SO2
NOX HNO3H+ + NO3
-
Deposizione umida
NH3 + H+ NH4+
SO2 H2SO42H+ + SO4
2-
DissoluzioneOssidazione
H2OLuce
solare O3
H+ + NH4+ + NO3
- + SO42-
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
Gravi Incidenti Industriali!
BASF,
• Oppau/Ludwigshafen,
21 Settembre 1921
• Cratere: 80 m di diametro,
16 m di profondità
• 450 morti
AZF, Tolosa,
• 21 Settembre 2001
• Cratere: 50 m diametro,
10 m profondità
• 29 morti
NH4NO3 N2 + ½O2 + 2H2O
{300°, DG<0}
Attilio Citterio
Livelli di Sicurezza sul Lavoro
7.628.184
4.2
4.664
54.250
Numero di incidenti riportati (EU-15, 2000)
Milioni di incidenti sul lavoro con più di 3 giorni di
assenza 2003
incidenti mortali sul lavoro (EU-15, 2003)
Malattie professionali negli 11 Stati Membri (2003)
Attilio Citterio
Incidenti Rilevanti negli Impianti Chimici e
nei Trasporti delle Sostanze Chimiche
Impianto UC Bhopal, 1984
Incidente di Buncefield, 2006
CH3NCO
Deposito petrolifero
Esplosione a Viareggio
GPL
Exxon Valdez
Rilascio
petrolio
Attilio Citterio
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)
DHrxn - 250 kJ/mole
T , velocità {L. Arrhenius, k = exp(-Eact/RT)}
DP = nR DT/V più vaporizzazione:
La valvola di sicurezza si apre, l’abbattitore non
funziona, la torre di assorbimento non funziona
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.
Cosa si
sarebbe
potuto fare
di diverso?
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 (specie 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
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
Limitati – Rischio elevato
Sostituti da Sviluppare
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
Da Ridurre – Rischio inferiore
Sotto Monitoraggio
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.
• Con il REACh l'Europa imporrà nuovi bandi.
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; pro-
muovere benessere
pari opportunità
Raggiungere una
economia
sostenibile :
Forte, stabile,
efficiente e corretta
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