Dinamiche di formazione, nuova formazione ed emissione di particelle ultrafini nel contesto urbano = Emission and formation processes of ultrafine particles in urban area

Il presente lavoro di tesi nasce dal desiderio del Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture di approfondire i meccanismi di formazione del particolato ultrafine in ambiente urbano. I lavori di tesi precedenti si sono rivolti allo studio del particolato atmosferico, all’analisi delle concentrazioni di gas e di particolato ultrafine. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di proseguire questo filone di ricerca andando ad indagare le sorgenti di nanoparticelle primarie e i processi di formazione del particolato ultrafine secondario, a partire dai suoi precursori gassosi. In questo senso, la presente tesi si propone di legare insieme gli argomenti affrontati in precedenza e si colloca quindi nell’ottica di una futura sperimentazione sulle nanoparticelle atmosferiche a Torino. L’interesse verso le nanoparticelle atmosferiche è cresciuto considerevolmente nell’ultimo decennio, sia causa degli impatti rilevanti sulla salute dovuti alla loro elevata superficie specifica, sia grazie progressi tecnologici nel campo delle misurazioni ambientali. Lo studio delle nanoparticelle passa necessariamente attraverso la comprensione teorica dei processi di formazione e di crescita in atmosfera. Sono state perciò analizzate le principali teorie di nucleazione atmosferica, al fine di spiegare il meccanismo di conversione gas-particella. Il contesto urbano è caratterizzato da un considerevole numero di sorgenti diverse, perciò sono state analizzate le principali sorgenti di nanoparticelle primarie e le concentrazioni numeriche ad esse associate. Lo studio delle particelle secondarie risulta invece molto complesso, in quanto richiede in primo luogo la classificazione degli eventi di nuova formazione e successivamente l’analisi dei fattori incidono sul fenomeno. E’ stata condotta un’analisi, a partire dai dati ricavati dagli studi effettuati in tutto il mondo, al fine di individuare i principali pattern che caratterizzano i fenomeni di formazione di nuove particelle. L’ambiente urbano rappresenta un complicato intreccio di emissioni primarie e particolato secondario: stati analizzati alcuni nuovi metodi di indagine che si propongono di separare i contributi delle nanoparticelle primarie e secondarie all’interno delle concentrazioni numeriche misurate, di studiare le variazioni spazio-temporali su media e piccola scala, di caratterizzare i composti chiave nei processi di formazione e crescita attraverso l’analisi chimica. Questo tipo di studio necessita di spettrometri di massa per la misura delle concentrazioni e per l’analisi della composizione chimica delle nanoparticelle. E’ stata effettuata una analisi strumentale ed un confronto tra la strumentazione maggiormente riscontrata in letteratura. La città di Torino non è ancora dotata di strumenti per la misura e l’analisi delle nanoparticelle atmosferiche, perciò sono state analizzate ed elaborate le concentrazioni misurate di alcuni composti, come l’anidride solforosa SO2, gli ossidi di azoto NOx, l’ammoniaca NH3 e il black carbon BC, al fine di avanzare ipotesi sulla presenza delle nanoparticelle. L’analisi ha riguardato sia stazioni di misura nella città di Torino, sia stazioni della rete piemontese. L’analisi di questi composti e della strumentazione potrà essere utilizzata come riferimento in una futura implementazione di un sistema di misura delle nanoparticelle nella città di Torino.