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

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-4,1

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0,9

-0,3 -0,04

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-5

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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

nd

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tom

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ell'

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10

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i S

i

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

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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

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

270

280

290

300

310

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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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pm

] -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50150

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CO

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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

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nza s

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com

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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

Effetti dell’Aumento della Temperatura

Media Terrestre

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

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 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

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25

30

35

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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

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

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