Il particolato (o più raramente particellato), nella chimica ambientale, indica l'insieme delle sostanze solide o liquide sospese in aria (con la quale formano una miscela detta "aerosol atmosferico") che hanno dimensioni che variano da pochi nanometri a 100 µm.
Il particolato è uno degli inquinanti più frequenti nelle aree urbane. Esempi di sostanze presenti nel particolato sono fibre naturali e artificiali, pollini, spore, particelle carboniose, metalli, silice e inquinanti liquidi.
L'origine di tali sostanze può essere naturale o associata all'attività umana. Il particolato può trovarsi sia in luoghi aperti sia in luoghi chiusi, ma generalmente la sua concentrazione è maggiore nei luoghi chiusi (ad esempio nelle abitazioni e nei luoghi di lavoro) e in aree urbane e industriali, o dove in generale si svolgono attività umane più o meno "inquinanti".
Il particolato è pericoloso per la salute umana e di altri esseri viventi. In particolare, l'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) e l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) hanno classificato il particolato come cancerogeno, ovvero in grado di causare tumori o favorirne l'insorgenza e la propagazione. Diversi studi indicherebbero un ruolo dell'inquinamento atmosferico nella diffusione e nella persistenza dei virus in sospensione nell'atmosfera dimostrata nel 2002 in occasione dell'infezione di SARS in Cina e 2012 in occasione dell'infezione di MERS in Arabia Saudita. È stato inoltre definito come la forma più pericolosa di inquinamento atmosferico, a causa della sua capacità di penetrare nei polmoni e cervello dal sangue, causando quindi malattie cardiache, malattie respiratorie, e morte prematura. In particolare, risulta essere la sesta causa di morte prematura nel mondo.
Il particolato può inoltre avere un impatto negativo sul clima e sulle precipitazioni.
Nelle ipotesi sulle cause dell'estinzione di massa del Cretaceo-Paleocene, un considerevole aumento del particolato atmosferico (come conseguenza di eruzioni vulcaniche o dell'impatto di un asteroide) è spesso indicato tra le cause che hanno determinato tale estinzione.
Altre definizioni e terminologie Comunemente, il termine "particolato" è invece utilizzato con un significato più restrittivo, riferendosi al particolato costituito dalle particelle solide e di origine antropica.
Lo stesso termine è utilizzato anche con un significato più ampio, per riferirsi non solo al cosiddetto particolato atmosferico, ovvero presente nell'atmosfera terrestre, ma anche al particolato presente all'interno di un gas qualsiasi.
Il particolato atmosferico è spesso indicato con molti nomi comuni a seconda della sua natura: polvere, fuliggine e caligine per quelle solide e nebbia per quelle liquide.
Classificazione Il particolato è solitamente classificato in base alle dimensioni delle particelle. Ogni campione di particolato contiene infatti particelle aventi dimensioni differenti. Si parla di "particolato grossolano" nel caso di particolato avente particelle con diametro aerodinamico maggiore di 2,5 µm, mentre si parla di "particolato fine" nel caso di particolato avente particelle con diametro aerodinamico minore di 2,5 µm.
Il particolato caratterizzato da particelle più grossolane (tra 50 µm e 100 µm circa) è identificato dal termine "Polveri Totali Sospese" (o TSP, dall'inglese Total Suspended Particles).
Ciascun insieme di particelle di particolato rientranti in un determinato intervallo di dimensioni delle particelle è indicato inoltre dalla sigla "PM" (dall'inglese "particulate matter") seguito da un numero che indica l'intervallo dei valori che assume il diametro aerodinamico di ciascuna particella.
In particolare, si distingue in: PM10 – particolato formato da particelle con dimensioni minori di 10 µm; PM2,5 – particolato fine con diametro inferiore a 2,5 µm.
Il metodo di misurazione del particolato è normato, nell'Unione Europea, dalla norma tecnica UNI EN 12341:2014.
Viene inoltre talvolta definita la frazione del particolato compreso tra 2,5 µm e 10 µm, indicata dalla sigla PM10-2,5 e che corrisponde alla frazione del particolato PM10 senza considerare la frazione del particolato PM2,5.
Per dimensioni ancora inferiori si parla di particolato ultrafine (UFP o UP o PUF); tale frazione è in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli; vi sono discordanze tra le fonti per quanto riguarda la loro definizione, per quanto sia più comune e accettata la definizione di UFP come PM0,1 piuttosto che come PM1: PM1, con particelle avente un diametro inferiore a 1 µm; PM0,1, con particelle avente un diametro inferiore a 0,1 µm;Studio dell'Università della California "Emerging issues in nanoparticle aerosol science and technology" (2003) nanopolveri (o PM0,001), con particelle avente un diametro dell'ordine di grandezza dei nanometri.
HindsHinds WC. 1999. Aerosol Technology. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons suddivide il particolato in tre categorie generiche, anche a seconda del meccanismo di formazione: particolato ultrafine (UFP), con diametro < 0,1 µm e formato principalmente da residui della combustione (PM0,1); particolato formato dall'aggregazione delle particelle più piccole, compreso tra 0,1 e 2,5 µm in diametro (PM2,5); particolato formato da particelle più grossolane (> 2,5 µm) generate mediante processi meccanici da particelle più grandi. La distinzione non è così netta per ragioni sperimentali. Dato che non è possibile campionare esattamente tutte le particelle con diametro inferiore a 10 µm e scartare le altre, la Environmental Protection Agency (EPA) ha definito dei parametri geometrici relativi agli strumenti di misura e dei parametri relativi ai flussi di prelievo; poi, in base a questi parametri, tutto il particolato raccolto viene denominato PM10 anche se una parte delle particelle campionate avrà dimensioni maggiori. Analogamente per il PM2,5.
A seconda della capacità di attraversare il sistema respiratorio umano, si distingue inoltre tra: "frazione inalabile", che può raggiungere la faringe e la laringe proprio in seguito a inalazione attraverso la bocca o il naso, e comprende praticamente tutto il particolato; "frazione toracica", che è in grado di raggiungere la trachea e i bronchi; può essere assimilata al PM10; "frazione respirabile" per indicare la classe di particelle più piccole che è in grado di raggiungere gli alveoli e attraverso questi trasmettersi nel sangue; può essere assimilata al PM2,5.
Un'ulteriore classificazione del particolato è data dall'Environmental Protection Agency (EPA), che distingue il particolato in "condensabile" (CON), "filtrabile" (FIL) e "primario" (PRI), dove il particolato primario è dato dalla somma del particolato condensabile e filtrabile. Inoltre il PM2,5 è indicato spesso dall'EPA con la sigla "PM25", senza punto decimale, per cui si ha: PM10-PRI = PM10-CON + PM10FIL PM25-PRI = PM25-CON + PM25FIL
Composizione chimica Per quanto riguarda la composizione chimica del materiale particolato, è possibile individuare tre classi principali: gli ioni inorganici: solfati (SO42-), nitrati (NO3-), ammonio (NH4+); la frazione carboniosa (TC) formata dal carbonio organico e dal carbonio elementare; il materiale crostale che può presentarsi o associato al pulviscolo atmosferico (Si, Ca, Al, ecc.) o a elementi in traccia (Pb, Zn, ecc.); una frazione non meglio identificata che spesso corrisponde all'acqua ma non solo.
Queste componenti, che insieme costituiscono il materiale particolato, presentano dimensioni diverse e quindi contribuiscono in maniera differente al PM2,5 o al PM10.
In particolare, le particelle più piccole sono costituite generalmente da vapori metallici, organici e frazione carboniosa, mentre le particelle più grossolane sono costituite generalmente da cristalli presenti naturalmente nella crosta terrestre e polveri provenienti dall'inquinamento veicolare e dalle industrie.
Origini del particolato
Le principali fonti di particolato sono: Sorgenti legate all'attività umana: processi di combustione (tra cui quelli che avvengono nei motori a scoppio, negli impianti di riscaldamento, in molte attività industriali, negli inceneritori e nelle centrali termoelettriche), usura di pneumatici, freni e asfalto; Sorgenti naturali: l'erosione del suolo, gli incendi boschivi, le eruzioni vulcaniche, la dispersione di pollini, il sale marino.
Le fonti del particolato atmosferico si possono classificare inoltre in "fonti primarie" e "fonti secondarie": Con le prime si indica una emissione diretta di materiale particolato in atmosfera e si tiene conto delle fonti naturali (costituite da sale marino, azione del vento, pollini, eruzioni vulcaniche, ecc.) e delle fonti antropiche (traffico veicolare, riscaldamento, processi industriali, inceneritori, inquinamento da centrali elettriche, ecc.); Le fonti secondarie riguardano, invece, da una parte la condensazione di molecole presenti in fase gassosa, la successiva nucleazione e infine la coagulazione, fino a formare aerosol con diametri compresi tra 0,1 µm e 1 µm.
Rapporto tra naturali e antropiche
Gli elementi che concorrono alla formazione di questi aggregati sospesi nell'aria sono numerosi e comprendono fattori sia naturali sia antropici (ovvero causati dall'uomo), con diversa pericolosità a seconda dei casi.Fra i fattori naturali vi sono ad esempio: polvere, terra, sale marino alzati dal vento (il cosiddetto "aerosol marino"); incendi; microrganismi; pollini e spore; erosione di rocce; eruzioni vulcaniche.
Fra i fattori antropici all'origine di gran parte degli inquinanti atmosferici vi sono: emissioni dei motori a combustione interna (autocarri, automobili, aeroplani, navi); emissioni del riscaldamento domestico (in particolare a gasolio, carbone e legna); usura dei freni e relative pastiglie di tutti i mezzi di trasporto; usura degli pneumatici dei mezzi circolanti su strada; usura del manto stradale; emissioni dell'industria in generale, dei cementifici, dei cantieri; emissioni da attività agricole; emissioni degli inceneritori e delle centrali termoelettriche (in particolare a carbone e a gasolio); fumo di tabacco.
Il rapporto fra fattori naturali e antropici è molto differente a seconda dei luoghi. È stato stimato che in generale le sorgenti naturali contribuiscono per il 94% del totale lasciando il resto al fattore umano. Tuttavia queste proporzioni cambiano notevolmente nelle aree urbane dove l'apporto preponderante è determinato senza dubbio dal traffico stradale e dal riscaldamento domestico.
Altro aspetto riguarda la composizione di queste polveri. In genere il particolato prodotto da processi di combustione, sia di origine naturale sia antropica, è caratterizzato dalla presenza preponderante di carbonio e di prodotti della combustione e si definisce pertanto "particolato carbonioso". Esso è considerato, in linea di massima e con le dovute eccezioni, più nocivo nel caso in cui sia prodotto dalla combustione di materiali organici particolari quali ad esempio le plastiche, perché può inglobare facilmente sostanze tossiche così originate (composti organici volatili, diossine, ecc.).
Fonti naturali Per quanto riguarda i particolati "naturali", molto dipende dalla loro natura, in quanto si va da particolati aggressivi per le infrastrutture quale l'aerosol marino (fenomeni di corrosione e danni a strutture cementizie e metalliche), a particolati nocivi come terra, pollini, fumo da incendi boschivi per finire con particolati estremamente nocivi come le microfibre di amianto.
Un'altra fonte sono le ceneri vulcaniche disperse nell'ambiente dalle eruzioni che sono spesso all'origine di problemi respiratori nelle zone particolarmente esposte e seppure di rado possono raggiungere quantità tali che, proiettate ad alta quota, rimangono nell'atmosfera per mesi o anni e sono in grado di modificare radicalmente il clima per periodi più o meno lunghi (v. Santorini, Tambora, Krakatoa).