Disamina delle Preoccupazioni Moderne Connesse a Composti Chimici e Materiali.

Disamina delle Preoccupazioni Moderne Connesse a Composti Chimici e Materiali.

Prof. Attilio Citterio

Dipartimento CMIC “Giulio Natta”

http://iscamapweb.chem.polimi.it/citterio/education/course-topics/

School of Industrial and Information Engineering Course 096125 (095857)

Introduction to Green and Sustainable Chemistry

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.

Problematiche Ambientali.

SVILUPPI POLITICI

 Nel corso degli anni 1970 emersero i movimenti ambientalisti, 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 teoriche per la maggior parte delle possibili strategie.

• Decise alcune limitazioni (per es. non superamento dell'aumento di 1.5

°C nella temperatura media del pianeta) (2015).

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 74M portando 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)

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 Sociale

t

• 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.

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

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

Un Posto Insostenibile.

POPOLAZIONE USO DELL’ACQUA CONCENTRAZIONE CO₂ NUMERO DI AUTO

CONSUMO FERTILIZZANTI PERDITA DI FORESTE CONSUMO CARTA PESCA INTENSIVA

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 in forniture energetiche:

- 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

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

Le 21 Problematiche Emergenti. (UNEP 2012)

Probl. ID Titolo della Problematica 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

Le 21 Problematiche Emergenti (UNEP 2012) - cont.

Probl. ID Titolo della Problematica 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.

Esplosione della Popolazione Umana.

260 240 280 427 730

1670 2600

5250 6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0 500 1000 1500 2000

Milioni

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.

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

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

Foreste

chiuse Foreste aperte

Incolti e arbusti

Agricoltura e altro

Piantagioni forestali Variazioni nelle Foreste Tropicali

(milioni di ettari)

aumentodiminuzione

-4,1

-0,6 0,9

-0,3 -0,04

-4,2 -3,4

2,2

0,7 0 0,7

-4

-5 -4 -3 -2 -1 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

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

Estinzioni

Anno

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, Z Abbondanza, atomi dell'elemento per 106 atomi di Si

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.

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

OECD Est Asia/Nord Africa Sud Asia America Latina Est Asia Africa sub-sahariana

Metri cubi pro capite

Prelievi di Acqua pro Capite

Municipale Industria Agricoltura

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)

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

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.

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!

La lavorazione dei Combustibili Fossili ha Conseguenze Ambientali …

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:

C_wH_xO_zN_aS_b + O₂ + cN₂  w(CO₂+ CO) + x/2 H₂O + (a+c/2)NO_x + bSO₂ + …

• Solo l’H₂O è essenzialmente benigna ...

• CO e molti idrocarburi sono tossici per l’uomo.

• NO_x 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

• Inquinamento da metalli pesanti dalle ceneri.

270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370

1750 1800 1850 1900 1950 2000

parti per milione in volume

Mauna Loa (1958-2000) Stazione Siple (1750-)

Fonte: C.D. Keeling and T.P. Whorf, Atmospheric CO₂Concentrations (ppmv) derived from in situ air samples collected at Mauna Loa Observatory, Hawaii, Scripps Institute of Oceanography, 1998. A. Neftel et al,

Historical CO₂Record from the Siple Station Ice Core, Physics Institute, University of Bern, Switzerland, 1994.

Concentrazioni nell’atmosfera di biossido di carbonio (dal 1750 al 2000) N.B. Nel 2013 si è superata quota 400 ppm di CO₂ !!!

Aumento delle Emissioni Globali di CO₂.

Effetto della Rivoluzione Industriale sulla Concentrazione della CO₂ Atmosferica.

Figura. Concentrazioni di biossido di Carbonio

(CO₂) (in parti per milione) per gli ultimi 1100 anni, misurati dall’aria

intrappolata nei ghiacci profondi (fino al 1977) e direttamente alle Hawaii (dal 1958 ad oggi).

Qualcosa di nuovo deve essere successo tra il 1800 AD e il 2000 AD. L’anno 1769 è segnato perché in quell’anno Watt brevettò la sua macchina a vapore. (La prima macchina a vapore pratica fu

inventata 70 anni prima nel 1698, ma quella di Watt era molto più efficiente.)

Fonte: D.J.C. Mackay sewtha.pdf :

Sustainable Energy — without the hot air

Version 3.5.2. Nov. 3, 2008.

Nota: La perturbazione umana, che si è verificata negli ultimi 200 anni, sta avvicinandosi all’entità delle variazioni di CO₂dei cicli glaciale-interglaciale, che si verificano in decine di migliaia di anni. Nel riquadro è riportata l’evoluzione nel tempo della CO₂negli 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

Ampiezza [ppm]

-450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 150 150 150 150 150 150

CO2atmosferica [ppmv]

Perturbazione umana

Andamento nel Tempo dell’Ampiezza di Fluttuazione della CO₂ Atmosferica.

Emissioni di Gas Serra per Regioni della Terra vs. Popolazione.

Ogni area del rettangolo rappresenta le emissioni di gas serra di una regione. L’ampiezza del rettangolo è la popolazione della regione e l’altezza è la media delle emissioni per-capite in quella regione.

Fonte: D.J.C. Mackay sewtha.pdf : Sustainable Energy — without the hot air Version 3.5.2. November 3, 2008.

Popolazione (miliardi) Nord America

Africa Sub Saariana

Inquinamento da gas serra (ton. CO2 e/anno per persona)

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.

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 m T_e = 300 K

L’Effetto Serra

T_sole = 5760 K

Vetro borosilicato, 0.478 cm di spessore Vetro in silice fusa, 1.27 cm spessore

Regione visibile

0.1 0.2 0.4 1 2 3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Lunghezza d’onda ,m trasmittanza spettrale complessiva T

Assorbimento vetro

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 21^o 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)

Effetti dell’Aumento della Temperatura Media Terrestre.

Produzione Primaria Effettiva e Nutrienti.

Produzione annuale di carbonio nel moderno oceano: costale, equatore, oceano del sud

Pompa tropicale, tanta luce, per cui limitata dai nutrienti (N, P)

Pompa dell'oceano del sud,

Non abbastanza luce, eccesso di nutrienti, ma limitata dal ferro

Minimo della Calotta Artica d’Estate - 2007 vs. 2005.

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 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)

• 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 CF₂Cl₂ refrigerante

CFC-11 CFCl₃ Espandente

CFC-113 CF₂ClCFCl₂

Pulizia

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

Concentrazione (pph/m3)

Ora del giorno

Idrocarburi

Aldeidi NO₂ ^

NO^

O₃

NO^ HC

hn hn

sole NO₂^ sole O₃, PAN, ecc.

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

NO_X

SO₂

Deposizione Secca NO_X SO₂

NO_X HNO₃ H⁺+ NO₃^-

Deposizione umida NH₃ + H⁺ NH₄⁺

SO₂ H₂SO₄ 2H⁺+ SO₄^2- Dissoluzione Ossidazione

H₂O

Luce

solare O₃

H⁺+ NH₄⁺ + NO₃^-+ SO₄^2-

Il Problema dei Reflui.

• Tecnologie di “Fine linea”

• Contenenti sistemi per stoccaggio e discariche

 Costoso

 Monitoraggio costante

 Potenzialmente in grado di fallire

Discariche di Rifiuti Pericolosi.

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}

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) (3.876 in EU-28 nel 2015, 102 morti in più del 2014)

 Malattie professionali negli 11 Stati Membri (2003) (68.800 in EU-28 nel 2015).

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

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)

DH_rxn  - 250 kJ/mole

T , velocità  {L. Arrhenius, k = exp(-E_act/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?

Conseguenze non Volute sulla Salute.

• Le Sorprese

 Inquinanti Organici Persistenti (POP quali DDT, PCB, Poliacrilati, ..)

 Bio-accumulo

• PCB a concentrazione 1 ppb 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

 Diffusione dei POP.

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

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 iincoraggia/mpone nuovi bandi. (vedere https://echa.europa.eu/regulations/reach/understanding-reach)

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