Migliorare la qualità dell’aria: la fotocatalisi

Non esiste un posto sulla terra in cui possiamo respirare solo aria pulita, ma possiamo migliorarla. Per esempio con la catalisi.

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A cura del professore e ingegnere Leaonardo Corbo, comitato tecnico-scientifico ANOCRS


Non esiste un posto sulla terra in cui possiamo respirare solo aria pulita

Respiriamo continuamente e siamo esposti all’inquinamento atmosferico sia negli ambienti chiusi, leggasi in casa, che all’esterno. Ovunque andiamo respiriamo aria contaminata da un’intera gamma di sostanze inquinanti. Purtroppo non esiste un posto sulla terra in cui possiamo respirare solo aria pulita.

L’atmosfera è la massa gassosa che circonda il nostro pianeta. Lo strato più sottile ha un’altezza di circa 20 km all’equatore e di circa 10 km ai poli Nord-Sud.

L’aria è composta da circa il 78% di azoto, il 21% di ossigeno, l’1% di argon.

La composizione dell’aria nella troposfera varia continuamente.

L’aria contiene anche quantità molto piccole di altri gas comprendenti l’anidride carbonica (CO2) e il metano (CH4). Le concentrazioni di tali gas sono di solito misurate in parti per milione (ppm). Ad esempio, le concentrazioni di anidride carbonica, responsabile dell’effetto serra, sono state stimate nel 2019 al valore di 410 ppm (nel 2010 il valore era di 340 ppm: vedi ALL. 1).

Non tutte le sostanze nell’aria sono considerate inquinanti e non tutti gli inquinanti atmosferici sono di origine antropica.

Molti fenomeni naturali, compresi gli incendi boschivi, le eruzioni vulcaniche e le tempeste di sabbia, provocano inquinamento atmosferico.

Le particelle di polvere sono trasportate molto lontano a seconda dei venti e delle nuvole. Indipendentemente dalla loro origine, naturale e/o antropica, una volta che queste sostanze si trovano nell’atmosfera possono prendere parte a reazioni chimiche e contribuire all’inquinamento atmosferico.

Quando queste sostanze reagiscono con altre possono formare sostanze inquinanti secondarie nocive per la salute umana. Il calore è un catalizzatore che facilita e/o scatena processi di reazione chimica.

Il particolato

Il particolato è l’inquinante atmosferico che provoca i maggiori danni alla salute umana. Il particolato, nella chimica ambientale, indica l’insieme delle sostanze sospese in aria sotto forma di aerosol atmosferico che hanno dimensioni con un diametro che va da miliardesimi di metro a ½ mm.

Il particolato è l’inquinante più frequente nelle aree urbane ed è composto di particelle solide o liquide disperse nell’atmosfera. Esempi di particolato sono: fibre naturali e artificiali, pollini, spore, particelle carboniose, metalli, inquinanti liquidi, presenti nell’atmosfera terrestre o in luoghi di lavoro per cause naturali o antropiche.

Il primo e più diffuso tipo di inquinamento è quello prodotto dai processi di combustione di cui l’uomo ha bisogno sia per riscaldarsi, sia per cuocere i cibi, sia per alimentare i propri veicoli.

Alcune particelle vengono emesse direttamente nell’atmosfera, altre si formano come risultato di reazioni chimiche che coinvolgono i gas precursori, vale a dire l’anidride solforosa, gli ossidi di azoto, l’ammoniaca e i composti organici volatili. Anche alcuni metalli pesanti come l’arsenico, il cadmio, il mercurio e il nichel possono essere presenti nel particolato.

L’ozono

L’ozono, composto di tre atomi di ossigeno, nella stratosfera, ci protegge dalle pericolose radiazioni ultraviolette provenienti dal sole. Nella troposfera l’ozono è di fatto un inquinante che influisce sulla salute pubblica e sull’ambiente. Nel corpo umano provoca infiammazioni ai polmoni e ai bronchi. Il nostro corpo cerca di impedire l’entrata dell’ozono nei polmoni riducendo l’ammontare di ossigeno che inaliamo. Inalare meno ossigeno rende il lavoro del cuore più difficile e procura danni debilitanti persino fatali.

L’ozono e il particolato non sono i soli inquinanti atmosferici.

Altri inquinanti

La combustione dei carburanti modifica la struttura di molte sostanze, compreso l’azoto, il gas più abbondante nell’atmosfera terrestre.

Quando l’azoto reagisce con l’ossigeno, nell’aria si formano ossidi di azoto. Se invece l’azoto reagisce con atomi di idrogeno si forma ammoniaca (NH3) altamente nociva sulla salute umana.

Altre sostanze inquinanti sono il benzene e il benzopirene che possono causare il cancro, e, dulcis in fondo il Coronavirus.

Come migliorare l’aria che respiriamo?

Per migliorare la qualità dell’aria esistono due modalità basate su principi naturali: la fotosintesi e la fotocatalisi.

Sono due modalità complementari che si attivano grazie alla luce solare.

La fotosintesi ha come effetto principale quello di aumentare ossigeno nell’atmosfera. La fotocatalisi ha l’effetto di ridurre inquinanti e agenti patogeni trasformandoli in sali minerali inerti e innocui.

La fotocatalisi

Nella fotocatalisi il biossido di titanio (TiO2) favorisce la reazione senza esaurirsi, non si disperde nell’atmosfera ma diventa parte integrante del materiale su cui viene apposto. Grazie all’energia luminosa il titanio provoca la creazione di reagenti fortemente ossidanti che sono in grado di decomporre le sostanze organiche e inorganiche presenti nell’atmosfera favorendo così una rapida decomposizione degli inquinanti presenti nell’ambiente ed evitandone l’accumulo.

Le sostanze tossiche abbattute dalla fotocatalisi sono:

  • composti inorganici
  • composti organici clorurati
  • diossine, clorofenolo, clorobenzene
  • composti organici, fenoli, toluene, etilbenzene, o-xilene, m-xilene, fenantrochinone
  • Pesticidi, atrazina
  • Batteri
  • Virus.

Le sostanze tossiche vengono trasformate, attraverso il processo di fotocatalisi in sali:

  • calcari (CaCO3)
  • nitrati e nitriti di sodio
  • nitrati e nitriti di calcio
  • carbonati di sodio.

I sali, misurabili in parti per miliardo, sono assolutamente innocui e facilmente dilavabili con acqua.

Il biossido di titanio (TiO2) non è assolutamente tossico e può essere utilizzato per decomporre gli inquinanti ambientali per fotocatalisi.

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