Dubbi sugli Ossidi di Azoto (NOx)

[Marco]

Il D.M. n.60 del 2 aprile 2002, all‘articolo 2, definisce Ossidi di azoto la somma di monossido e biossido di azoto effettuata in parti per miliardo (ppb= Parts Per Billion) ed espressa come biossido di azoto in microgrammi per metro cubo: suggerirei di inserire tale definizione accanto a quella del sito di non solo aria.
Segnalo, inoltre, che spesso mi è capitato di leggere versioni errate della definizione di cui sopra, collegandomi a siti diversi che rimandavano al Decreto Legislativo medesimo: spesso era omesso il fatto che si trattasse della somma di monossido e biossido.

Per vicissitudini lavorative mi sono occupato di inquinamento atmosferico, devo dire, con non poche difficoltà  interpretative di alcune norme legislative.
In riferimento agli ossidi di azoto, ad esempio, ho riscontrato discordanze su ciò che può intendersi per Parti Per Milione (ppm) o Parti Per Miliardo (ppb) e la loro conversione in termini di concentrazione (microgrammi su metro cubo).
Le definizioni esistenti di ppm e ppb sono aperte, vale a dire che a seconda di ciò che si considera per Parte (numero di Parti su un milione di Parti) può essere interpretata in modo diverso.

Discutendo con alcuni addetti ai lavori sentivo convertire, ad esempio, 5 ppm di NO2 in microgrammi su metro cubo d‘aria (o milligrammi su litro) solo dividendo 5 per il peso specifico dell‘aria (1,2 kg su metro cubo), interpretando ppm come (milligrammi di inquinante /kg d‘aria: che differiscono di un fattore 10^6) e convertendo i mg in microgrammi.
Su alcuni siti internet americani ho trovato una interpretazione di ppm applicata ai gas, secondo cui per ppm è da intendersi : numero di moli di inquinante su un milione di moli d‘aria.
Tale definizione passerebbe attraverso il calcolo del peso molecolare del gas (NO2); inoltre renderebbe significativa la definizione di cui al D.M.n.60 del 2 aprile 2002 per gli ossidi di azoto: cioè la legge prevederebbe la somma delle moli di NO e di NO2 in un miliardo di moli d‘aria e la successiva conversione in termini di concentrazione simulando che ci sia solo biossido (cioè passando per il Peso Molecolare di NO2).

Facciamo un esempio: ho una concentrazione di 3 ppb di NO2 e voglio conoscere la corrispondente concentrazione in microgrammi di NO2 su metro cubo d‘aria.
3 ppb di NO2 significa che ci sono 3 moli di NO2 su 10^9 moli d‘aria.
Il peso molecolare di NO2 è 14+2*16=46.
3 moli di NO2 pesano 3*46= 138 grammi= 138*10^6 microgrammi (è il termine che andrà  a numeratore).
1 mole d‘aria occupa 22,4 litri=22,4*10^-3 metri cubi
1 miliardo (cioè 10^9) di moli d‘aria occupano 22,4*10^6 metri cubi d‘aria (consideriamo l‘aria come un gas ideale).
(22,4*10^6 è il termine che andrà  a denominatore)
Risulterebbero 138/22,4=6,16 microgrammi di NO2 su metro cubo d‘aria.

Qualcuno mi saprebbe dire se tale modo di operare è corretto?
Se la mia interpretazione della definizione di NOx (ppb) è plausibile?

Un punto per me poco chiaro del D.M.n.60 del 2 aprile 2002 è il valore di alcuni limiti per gli ossodi di azoto:
40 microgrammi di NO2/mc è il valore limite annuale per la protezione della salute umana.
30 microgrammi di NOx/mc è il valore limite annuale per la protezione della vegetazione.
In un determinato luogo la misura di concentrazionedi NO2 dovrebbe sempre risultare minore (o al più uguale) alla misura di concentrazione di NOx. Quest‘ultima, inoltre, dovrebbe essere sovrastimata, in quanto durante la conversione delle ppb ottenute dalla somma di NO ed NO2, passo in termini di concentrazione solo attraverso il Peso Molecolare di NO2 (vedi definizione di NOx dal D.M. n.60 del 2 aprile 2002).

Mi chiedo: prechè esiste un limite meno restrittivo (40 microgrammi /mc di NO2) per la sostanza che dovrebbe essere presente in minor concentrazione rispetto a quella col limite più restrittivo (NOx= NO+NO2)?

Devo semplicemente dedurre che le piante sono ritenute maggiormente sensibili, rispetto all‘essere umano, agli NOx?
Inoltre, se il primo limite fosse rispettato con 35 microgrammi/mc di NO2, allora posso dire che sicuramente il secondo limite (per NOx) non è rispettato? Se sì, che senso avrebbe fissare il secondo limite?
Il tutto partendo dal presupposto che i 2 limiti siano da rispettare simultaneamente su tutto il territorio nazionale.

Ringrazio chi avesse avuto la pazienza di arrivare fino in fondo a queste argomentazioni; spero di ricevere osservazioni in merito.

Cordiali saluti.

marco

[Davide]

Ciao Marco,
devo dire che hai scritto un bel papiro.

Andando per ordine:

1) Come sicuramente sai, la stessa definizione di ossidi di azoto data dalle varie leggi è scientificamente inesatta, dato che non prende in considerazione gli altri ossidi di azoto presenti nell‘aria, per cui penso che non serva correggere la definizione presente sul sito sostituendo una definizione di legge con un‘altra.

2) il fatto che tu abbia letto versioni errate della definizione di ossidi di azoto del DM 60 è dovuta spesso ad errori di trascrizione. Ricordo sempre che per quanto riguarda le leggi fa testo solamente la versione pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale, le altre servono solo come consultazione o promemoria.

3) sul fatto che ci siano grosse discordanze nella trasformazione da ppm a mg/mc concordo pienamente, sembra che ognuno abbia un proprio metodo.

4) la metodica dell‘addetto ai lavori è completamente sbagliata, perchè si tratta di gas e i ppm sono espressi in volume.

5) il metodo che hai usato tu sarebbe esatto se tu usassi l‘appropriato volume molare dell‘aria: quello a temperatura e pressione normali (25°C e 760 torr) non è 22,4 ma 24,45. Quindi 3 ppb di NO2 corrispondono a 5,64 (e rotti) microgr/mc (a 25° e 760 torr).
Per facilitarti i calcoli devi ricordarti che i ppm (e quindi ppb) sono espressi in volume, quindi in condizioni standard puoi benissimo usare questa formula:
mg/mc=ppm*PM/24,45
con PM Peso Molecolare espresso in grammi e * il segno della moltiplicazione.
Per altre temperature e pressioni cambia il valore del volume molare dell‘aria e bisognerebbe applicare la legge dei gas ideali PV=nRT (molti non lo fanno ma sarebbe più corretto se lo facessero).

6) i limiti fissati a tutela della vegetazione sono effettivamente più bassi di quelli a tutela della popolazione, non so se te ne sei accorto, ma lo stesso vale per il biossido di zolfo. La cosa è riconducibile effettivamente alla maggior influenza che hanno questi inquinanti sulla resa agricola e sulla crescita delle piante. In ogni caso i limiti hanno diversi ambiti di applicazione.


Il DM 60 riporta anche le condizioni di normalizzazione ufficiali che sono 293 Kelvin (20°C) e 101,3 KPa (760 torr).
A queste condizioni il volume molare dell'aria è 24,056, quindi i tuoi 3 ppb di NO2 corrispondono a 5,74 microgrammi/mc circa.
Lo stesso risultato avresti con 2 ppb di NO2 e 1 ppb di NO (infatti applicando la legge abbiamo 2+1=3).
Spero di essere stato più chiaro.


Spero di avere risolto parte dei tuoi dubbi
Ti saluto
Davide Compagnin

[Marco]

ancora NOx

Ciao Davide,
ho trovato esaurienti le tue risposte, per questo ti ringrazio.
Mi pare di capire che la legge lasci margini di interpretazione sul campo di applicabilità  dei limiti annuali di NO2 per la salute umana e quello di NOx per la protezione della vegetazione: ad esempio in centro città  può non pretendersi il rispetto del secondo (vegetazione), ma solo del primo (salute umana); viceversa il campagna (in presenza di coltivazioni) o in montagna (in presenza di vegetazione diffusa) è plausibile la pretesa di rispetto del secondo (ma conseguentemente anche del primo).

Concordi? Oppure esistono delle specifiche che diano delle indicazioni precise in merito?

Un saluto, buona giornata.
MarcoPD

[Davide]

In effetti il discorso è abbastanza semplice, nelle città  non essendoci colture o vegetazione diffusa c‘è come priorità  la sola tutela della salute umana. Nelle zone dove c‘è minore inquinamento perché manca la massiccia presenza delle attività  umane, i limiti sono inferiori. Allo stesso modo i punti di campionamento sono diversi, come puoi vedere dai relativi allegati del DM60.
ciao