Le proprietà tossicologiche della CO 2

Come normale costituente dell’atmosfera la CO₂ è presente in basse concentrazioni (attualmente sulle 370 𝑝𝑝𝑚𝑣) e viene considerata innocua. Inoltre, come già anticipato, è un composto non infiammabile poiché presenta un grado di ossidazione già molto avanzato. In condizioni normali la CO2 ha densità circa 1,5 volte superiore a quella dell’aria pertanto ha la tendenza, a seguito di fuoriuscite da contenimenti, ad occupare avvallamenti o comunque aree ad altitudine localmente più bassa. Per questi motivi, nonostante l’innocuità, può generare situazioni anche molto pericolose. La pericolosità, poi, aumenta dal momento che la CO₂ è una gas incolore e insapore. Inoltre, a meno che non sia presente in alte concentrazioni, è anche inodore.

La fuoriuscita di anidride carbonica pressurizzata può comportare serio pericolo perché su un bersaglio può determinare asfissia, sordità per effetto del rumore connesso allo sfogo e sintomi connessi all’esposizione alle basse temperature (Jarrel et al., 2002).

2.2.1 Effetti dell’esposizione alla CO2

Come visto, in condizioni normali, la concentrazione atmosferica di CO2 si attesta sullo 0,037 %: una quantità non tossica. Molte persone con normale funzionalità cardiovascolare,

polmonare e neurologica possono tollerare un’esposizione fino a 0,5 – 1,5 % CO2 per qualche ora senza manifestare sintomi connessi a situazioni di pericolo. Concentrazioni superiori diventano pericolose poiché sono associate ad una riduzione della concentrazione di ossigeno nell’aria a livelli inferiori al 16 %. Tale limite costituisce quello necessario per garantire la sopravvivenza di un individuo umano. Inoltre, per concentrazioni di CO2 superiori a quelle tollerabili, la stessa può entrare nel corpo ed essere trasportata dal sangue. Gli effetti fisiologici negativi si manifestano generalmente in modo più rapido e grave rispetto a quelli connessi per la sola carenza di ossigeno. La tossicità a livello cellulare è determinata dal fatto che, una volta scioltasi nel sangue, viene idratata in modo molto rapido. Al crescere della pressione parziale della CO2 nel sangue aumenta anche la concentrazione di ioni idrogeno e bicarbonato, la quale determina acidosi respiratoria. In più, cambiamenti nel livello di CO2 nel sangue causano modifiche nel livello del pH fisiologico portandolo a diminuire.

L’impatto negativo di un’elevata concentrazione di CO₂ sull’organismo umano dipende dalla concentrazione e dalla durata dell’esposizione. Il grafico seguente mette in evidenza questo fatto.

Figura 2.11. Effetto sul corpo umano dell’esposizione alla CO2 (fonte Fuller et al., 1992).

2.2.1.1 Esposizione acuta alla CO2

Gli effetti negativi dell’esposizione alla CO₂ crescono all’aumentare sia della concentrazione che della durata del contatto. La CO₂ è estremamente solubile nei fluidi contenuti nei tessuti

(è mediamente 20 volte più solubile dell’ossigeno) pertanto comporta effetti molto rapidi sia sul sistema respiratorio che nervoso.

Agisce sia da stimolante che da agente deprimente del SNC (sistema nervoso centrale) e a livelli superiori al 16 − 17 % determina convulsioni, incoscienza e la morte in pochi secondi. In alcuni studi del NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) lo stato di incoscienza è stato accertato per concentrazioni superiori al 10% e per tempi di esposizione che superano i 10 – 20 minuti. Per esposizioni a 10 – 15 %, per periodi di 1 minuto, sono stati confermati sintomi di irritazione oculare, dilatazione delle pupille ed irrequietezza. Il valore di soglia olfattivo si aggira su concentrazioni pari a 3 – 8 %. L’effetto narcotico, invece, si manifesta per concentrazioni superiori al 30 % ed è molto rapido. Già a livelli superiori all’1 %, invece, la CO₂ comporta un’accelerazione nel ritmo respiratorio mentre se supera l’8 % determina iperventilazione. Oltre induce, come visto, livelli crescenti di acidosi respiratoria.

2.2.1.2 Esposizione cronica alla CO2

Il pericolo maggiore è determinato dall’esposizione acuta alla CO2 tuttavia sono stati rilevati alcuni casi di danno derivante da esposizione cronica. Degli studi sul medio – lungo termine hanno mostrato che l’organismo, esposto costantemente a bassi livelli di CO2, sviluppa condizioni di acclimatamento ovvero tende ad adattarsi. Inoltre, gli effetti da esposizione acuta tendono ad annullarsi per situazioni di esposizione cronica alla CO2 fino ad una concentrazione del 3 %. Alcuni studi hanno altresì mostrato che certi individui hanno sviluppato adattamento in esposizioni a concentrazioni di CO2 di 100.000 ppm fino ad un’ora. Il principale effetto sull’organismo derivante da esposizione cronica è la modifica al sistema metabolico. Alti livelli di CO2 determinano acidosi del sangue che, trascurata, può portare anche a coma o morte. Studi condotti dal NIOSH, inoltre, hanno mostrato che un’esposizione prolungata a bassi livelli di CO2 determina un aumento della tensione dell’anidride negli alveoli causando ventilazione polmonare. Dopo 20 giorni di esposizione a concentrazioni sullo 0,8 – 0,9 % di CO2 è stato rilevato un aumento dello spazio morto polmonare del 60 %. Infine, non sono disponibili studi che correlino l’esposizione cronica all’insorgenza di cancri o effetti sul sistema neurologico e cardiovascolare.

2.2.1.3 Carcinogenesi, mutagenesi e teratogenesi.

Non ci sono studi che indichino un legame tra l’inalazione di CO2 e l’insorgenza di tumori. Tuttavia, specifiche ricerche (seppur il campo sia ancora carente) del NIOSH, hanno mostrato

la possibilità di insorgenza di cancro a seguito del contatto con ghiaccio secco. La stessa conclusione pare verificarsi anche per contatto con altre sostanze a bassa temperatura.

Secondo alcuni studi condotti su animali pare esserci un nesso tra l’esposizione alla CO2 e modifiche sulle funzioni riproduttive. Tuttavia sono difficilmente estendibili al campo umano dati i brevi periodi di gestazione propri delle cavie utilizzate. Alcune specie animali hanno reagito all’esposizione a concentrazioni di CO2 superiori al 10 % con modifiche al sistema riproduttivo e malformazioni spinali e cardiache. L’estensione all’umano è resa ancora più complessa dal momento che l’organismo spesso non può tollerare a lungo concentrazioni di CO2 così elevate.

2.2.1.4 Limiti di esposizione.

Le tabelle seguenti mostrano i limiti di esposizione per l’anidride carbonica distinti per ente che li ha proposti e per tipologia di limite.

Tabella 2.4. Limiti di esposizione alla CO2.

TWA^a 8 ore STEL^b 15 minuti

OSHA PEL^c 5.000 ppm n/a

NIOSH REL^d 5.000 ppm 30.000 ppm

AGGIH TLV^e 5.000 ppm 30.000 ppm

UK WEL^f 5.000 ppm 15.000 ppm

NIOSH IDLH^g: 40.000 ppm

a

Time – Weighted Average. ^b Short – Term Exposure Limit. . ^c Occupational Safety and Health Administration Permissible Exposure Limit. ^d National Institute for Occupational Safety and Health Recommended Exposure Limit. ^e American Conference of Government Industrial Hygienist Threshold Limit Value. ^f United Kingdom Workplace Exposure Limit. ^g Immediately Dangerous to Life and Health.

Tabella 2.5. Limiti di esposizione acuta alla CO2. (Ridgway, 2007).

% CO2 Durata dell’esposizione Effetto

27,9 25 s Stato di incoscienza, spasmo muscolare

30 1 min Asfissia letale

17 35 min Stato di inscoscienza 10 con 21 % di O₂ 15 – 22 min Agitazione, confusione

7,5 15 min

Accelerazione della respirazione, mal di testa, vertigini, sudorazione, distorsione della percezione visiva, olfattiva e uditiva, irritazione, disorientamento

6 5 – 8 min ^{Cambiamento reversibile della percezione} visiva e olfattiva

6 16 min ^{Accelerazione della respirazione e del battito} cardiaco, dispnea, mal di testa, sudorazione 6 6 – 8 min Lievi cambiamenti nel battito cardiaco 3,5 – 6 6 – 10 min Modifica reversibile della soglia uditiva

3,9 30 min Mal di testa

3,5 60 min ^{Incremento del flusso sanguigno cerebrale,} dispnea

Capitolo 3

La tecnologia Carbon Capture and

Storage

La tecnologia CCS, Carbon Capture and Storage, è considerata una delle più promettenti strategie per ridurre le emissioni di anidride carbonica. Questo capitolo fornisce una visuale d’insieme della tecnologia con particolare attenzione alle varie fasi che la compongono. La tecnologia CCS, infatti, prevede un’iniziale separazione della CO2 dalle sorgenti industriali, il trasporto alla zona di stoccaggio e l’isolamento a lungo termine dall’atmosfera in appositi giacimenti.