Gli impatti ambientali nell’uso domestico delle biomasse

L’inquinamento all’interno delle abitazioni

L’uso delle biomasse legnose per la produzione di calore ad usi domestici produce importanti impatti ambientali sia all’interno che all’esterno delle abitazioni, impatti dovuti alle emissioni di sostanze tossiche e cancerogene. Questo problema è di entità maggiore negli impianti domestici, ma riguarda anche i grandi impianti termoelettrici alimentati con biomasse legnose. In entrambi i casi, i fattori di emissione attualmente disponibili segnalano che, a parità di energia prodotta, le emissioni di caldaie a biomasse sono nettamente superiori alle emissioni di centrali alimentate con metano.fire

Uno dei primi studi sull’inquinamento prodotto dall’uso domestico di biomasse, condotto nel 1986 da C.I. Davidson, S.F. Lin, J.F. Osborn, M.R. Pandey, R.A. Rasmussen e M.A. Khalil e noto come “Indoor and outdoor air pollution in the Himalayas”, è stato realizzato in alcuni villaggi del Nepal, dove il principale combustibile era la legna ed in minore quantità le deiezioni secche di animali, il carbone di legna e gli scarti agricoli. Tale studio evidenziava come all’interno delle abitazioni vi fossero concentrazioni di polveri respirabili comprese tra 1 e 14 mg/m3 e le concentrazioni medie interne di monossido di carbonio (21 ppm) e di benzene (280 ppb) risultavano da dieci a cento volte superiori ai valori esterni contemporaneamente misurati.

In anni più recenti si è continuato a studiare l’esposizione a fumi di biomasse di popolazioni rurali di Paesi in via di sviluppo, ma si è anche spostata l’attenzione sulla qualità dell’aria all’interno d’abitazioni di Paesi sviluppati. La maggior parte di questi studi riguardano la Svezia, a causa della sua grande produzione di legname e del diffuso uso a scopi energetici degli scarti di questa attività. In particolare le misure effettuate hanno dimostrato che le famiglie svedesi che utilizzavano legna avevano una maggiore esposizione ad elementi quali zinco, rame, piombo e manganese ed a composti come il benzene ed il 1-3 butadiene.

Un’elevata emissione di polveri sottili come il PM2,5 è un’altra caratteristica della legna usata come combustibile. Misure effettuate sempre in Svezia in abitazioni riscaldate con la legna, segnalavano concentrazioni interne di PM2,5 di 14.8 ± 14.5 µg/m3.

L’inquinamento esterno

I traccianti chimici e le polveri sottili

I prodotti della degradazione della cellulosa e della lignina, quali il levoglucosano ed il metossifenolo, possono essere utilizzati come eccellenti traccianti chimici della combustione delle biomasse.

L’uso di questi traccianti ha permesso di quantificare quante delle polveri sottili come il PM10 ed il PM2,5 che si trovano negli ambienti urbani e rurali, durante il periodo invernale, siano attribuibili alla combustione delle biomasse.

Nello studio condotto da A. Caseiro, H. Bauer, C. Schmidl, C.A. Pio e H. Puxbaum “Wood burning impact on PM10 in three Austrian regions” è stato evidenziato come nei pressi di Vienna, il 10% del PM10 abbia origine dal fumo di legna e come questa percentuale raddoppi nelle aree austriache con maggiore presenza di boschi, quali la Stiria ed i dintorni di Salisburgo.

In un quartiere residenziale del sud della Germania, lo studio di M.A Bari., G. Baumbach, B. Kuch e G. Scheffknecht“Wood smoke as a source of particlephase organic compounds in residential areas”, ha permesso di stimare, mediante analisi del levoglucosano nell’aria, che il 59% del PM10 sia attribuibile al riscaldamento domestico a legna.

Anche in Svizzera, l’analisi del 14C, come indicatore della fonte inquinante, ha permesso di stimare che il 41% del carbonio organico presente nelle PM10 sia dovuta alla combustione del legno.

Questi studi dimostrano, in sostanza, come la combustione della biomassa incida notevolmente sulla produzione delle polveri sottili e come il crescente utilizzo dei biocombustibili stia considerevolmente aggravando tale situazione.

Gli idrocarburi policiclici aromatici

La combustione delle biomasse legnose comporta l’emissione nell’ambiente di importanti quantità di IPA od idrocarburi policiclici aromatici che variano a seconda del combustibile e del tipo di impianto utilizzato. Tali composti risultano estremamente cancerogeni e sono importanti distruttori del sistema endocrino.

La concentrazione degli IPA nei fumi emessi da stufe di mattoni in terracotta, utilizzate tradizionalmente in Russia per il riscaldamento, da forni per cucinare e da una caldaia per il riscaldamento domestico (20 kW), è stata effettuata in Bielorussia. Gli impianti studiati erano alimentati con legna di betulla a diversi gradi di umidità e con mattonelle di torba. Le concentrazioni maggiori di IPA (2.225-4.999 µg/m3) sono state trovate quando i tre tipi di impianti erano alimentati con betulla secca. Con questo combustibile, la concentrazione nei fumi del benzo(a)pirene (BaP) era di 109 µg/m3. Il fattore medio di emissione del BaP era di 5,0 mg/kg con la legna e 0,79 mg/kg con la torba.

Uno studio svedese del 2008 di Gustafson et al., ha misurato gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) presenti all’interno ed all’esterno di abitazioni di diverso tipo, evidenziando come nelle abitazioni che utilizzavano biomassa fossero presenti quantità di IPA, misurate in benzo(a)pirene ed equivalenti, quattro volte superiori a quelle riscontrate nelle altre abitazioni.

Le diossine (PCDD) ed i furani (PCDF):

Il termine generico di diossine indica un gruppo di 210 composti chimici aromatici policlorurati, ossia formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e cloro, divisi in due famiglie: dibenzo-p-diossine (PCDD o propriamente “diossine”) e dibenzo-p-furani (PCDF o “furani”).

Le diossine si formano in tracce in ogni processo di combustione a temperature comprese tra i 200 ed i 450 °C. Poiché le biomasse contengono cloro in tracce, la loro combustione porta alla produzione di questi importanti inquinanti organici persistenti. L’inventario europeo per le emissioni di diossine in atmosfera ha stimato che nel 2005, nei Paesi dell’Unione Europea, la principale fonte di diossine e furani (PCDD/PCDF) sia stata la combustione di legna per usi domestici, con valori compresi tra i 523 ed i 969 g I-TEQ/anno.

Molti studi tra cui quello di E.D. Lavric, A.A. Konnov e J.D. Ruyck Dioxin levels in wood combustion” ha evidenziato, tra l’altro, l’importanza della qualità del combustibile utilizzato negli impianti di grandi dimensioni alimentate a legna nella produzione di questi composti. Con legna pulita e non trattata, le emissioni di PCDD e di PCDF variavano da 0,0025 (min) a 0,73 (max) ng I-TEQ/m3, mentre con legna di scarto si sono registrati valori massimi di ambedue pari a 18.025 ng I-TEQ/m3.

La combustione della legna e le emissioni climalteranti

La combustione della biomassa non comporta emissioni dirette di anidride carbonica con effetto climalterante, in quanto non si tratta di emissioni aggiuntive, avendo la stessa pianta sottratto dall’atmosfera durante il suo ciclo vitale la quantità di CO2 emessa al momento della combustione. L’uso della biomassa non è però del tutto neutro in quanto ad effetti climalteranti.

Innanzitutto, come per tutti i combustibili, alcune emissioni sono legate al “ciclo di produzione” della legna, ad esempio per via del trasporto dalla produzione al punto di consumo, sebbene si tratti di un contributo poco rilevante.

Analogamente, poco rilevanti sono le emissioni durante la preparazione dei pellets.

Più importante è invece il contributo che la legna può dare all’emissione di composti gassosi e particolati che hanno un effetto riscaldante.

In condizione di cattiva combustione, la legna da ardere emette metano, un importante gas serra, oltre a notevoli quantità di fuliggine, indicata più spesso come black carbon (BC). Il BC è un agente con un fortissimo potere climalterante: il suo contributo medio riscaldante su 100 anni è circa 500 volte di quello della CO2.

Va considerato tra le emissioni della legna anche il brown carbon, un aerosol organico che si origina da composti organici volatili e sostanze umiche. L’effetto del brown carbon sul clima è ancora incerto e controverso. Da un lato è, infatti, in grado di assorbire la luce (radiazione UV) e quindi avere un effetto riscaldante per l’atmosfera, seppure nettamente minore del BC, dall’altro non assorbe la radiazione infrarossa, quindi porta ad un raffreddamento della superficie.

Non va dimenticato, infine che l’entità delle emissioni di metano e black carbon dipendono non solo dal tipo di apparecchio ma anche dalle effettive condizioni operative di combustione.

L’esposizione a fumo di legna e gli effetti sulla salute

Gli studi epidemiologici e sperimentali forniscono una crescente evidenza di una possibile associazione tra esposizione a fumo di legna e diversi effetti sulla salute umana, quali diminuita funzionalità polmonare, ridotta resistenza alle infezioni, aumento dell’incidenza e severità di asma. Nei Paesi sviluppati gli studi sull’impatto sanitario dei fumi prodotti dalla combustione delle biomasse segnalano che l’esposizione a fumo di legna prodotto da impianti di riscaldamento domestico produce effetti sanitari simili a quelli prodotti dall’inalazione di particelle prodotte dalla combustione di combustibili fossili. Inoltre studi in vitro suggeriscono che particelle prodotte da combustione incompleta possono essere più tossiche di quelle formate da combustioni ad alta efficienza.

Il cosiddetto “fumo da legna”, precisamente, consiste in una complessa miscela di gas e particelle fini ed ultrafini, che comprende oltre 200 specie chimiche quasi interamente appartenenti alla categoria delle sostanze inalabili. In questo ambito gli studi possono distinguersi in due filoni:

studi sull’inquinamento outdoor;

studi sull’inquinamento indoor.

Gli studi sull’esposizione outdoor riguardano generalmente gli effetti acuti dell’esposizione correlati a livelli di fumo molto superiori a quelli usualmente riscontrabili e per la maggior parte riguardano l’esposizione degli addetti allo spegnimento di incendi boschivi, in cui si rilevano effetti sull’apparato respiratorio e la funzionalità polmonare.

Gli studi epidemiologici riguardanti l’inquinamento indoor devono essere invece distinti tra quelli che riguardano il mondo industrializzato ed i Paesi in via di sviluppo. In questi ultimi, infatti, le biomasse sono utilizzate intensivamente, con un’alta percentuale di apparecchi privi di sistemi di ventilazione, cioè nei quali non è presente un camino per la rimozione dei fumi dagli ambienti domestici. Gli effetti epidemiologici sul sistema respiratorio sono evidenti, tanto che l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha inserito l’inquinamento indoor causato dai combustibili solidi (legna e carbone) nell’ambito dei fattori di maggiore rischio ambientale. Gli effetti più rilevanti riguardano le malattie respiratorie acute e croniche, l’irritazione oculare, la cataratta ed altri effetti quali il basso peso dei bambini alla nascita (che parrebbe essere correlato soprattutto alla presenza di monossido di carbonio nell’ambiente domestico).

Anche nei Paesi industrializzati diversi studi epidemiologici (Naher et al., 2007) hanno riscontrato effetti derivanti dall’inquinamento indoor, che vanno dalle affezioni respiratorie alla decrescita della funzionalità polmonare, all’aumento delle visite di emergenza e delle ospedalizzazioni.

 

FONTI:

  • Impatti ambientali e sanitari prodotti dalla combustione di biomasse legnose per la produzione di calore ed elettricità Environmental and health impacts of wood combustion to produce heat and power, Federico Valerio
  • LA COMBUSTIONE DI BIOMASSA IN PICCOLI IMPIANTI RESIDENZIALI: EMISSIONI, INCERTEZZE, SCENARI DI RIDUZIONE, Tesi di dottorato, Silvia Galante
  • http://www.who.int/
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