Un team di ricerca internazionale guidato dal Paul Scherrer Institute (PSI) ha condotto misurazioni particolarmente precise della chimica atmosferica presso il CERN, l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare di Ginevra. Ciò ha permesso ai ricercatori di dimostrare come le emissioni del traffico e la combustione di biomassa producano particelle nocive. I loro risultati contribuiscono ad affinare i modelli esistenti sulla dispersione del particolato.
Gli aerosol organici di origine antropica sono particelle contenenti carbonio emesse nell'aria dall'uomo, classificate come particolato. Rappresentano una grave minaccia per la salute e contribuiscono a milioni di morti in tutto il mondo ogni anno. Soprattutto nelle grandi città, i processi di combustione incompleta nel traffico, nell'industria e nelle abitazioni producono gas di scarico che formano particelle nocive e respirabili.
In uno studio internazionale presso il CERN, l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare di Ginevra, i ricercatori guidati dal PSI hanno acquisito nuove conoscenze sulla formazione di questi aerosol organici. I loro risultati mostrano che tali inquinanti spesso si formano solo dopo diverse fasi di ossidazione. Ciò suggerisce che l'inquinamento da particolato di origine antropica abbia un impatto regionale maggiore di quanto precedentemente ipotizzato. Questo, a sua volta, suggerisce che non è sufficiente ridurre semplicemente le emissioni dirette di fabbriche, abitazioni e veicoli, ad esempio con filtri antiparticolato. Piuttosto, è necessario controllare anche i gas precursori da cui si formano successivamente gli aerosol organici nocivi.
In precedenza, i ricercatori presumevano che gli aerosol organici si formassero attraverso un'unica fase di ossidazione. I gas precursori naturali come terpeni e isopreni (idrocarburi emessi dalle piante) legano l'ossigeno in un breve lasso di tempo, formando così direttamente particelle solide nell'aria.
Tuttavia, il nuovo studio dimostra che la situazione è diversa per le emissioni antropogeniche: i gas precursori rilasciati in questo processo, come il toluene e il benzene , che provengono da fonti quali i gas di scarico delle automobili e la combustione di materiali organici, subiscono diverse fasi di ossidazione prima di formare particelle solide. "Questa scoperta mette in discussione la precedente ipotesi secondo cui gli inquinanti si formano principalmente in prossimità delle fonti di emissione", afferma Imad El Haddad, responsabile del progetto del nuovo studio. "Dimostra invece che gli aerosol antropogenici subiscono un processo di formazione più lungo, il che significa che i loro effetti si diffondono a livello regionale".
Il nuovo studio è stato condotto presso la camera di simulazione CLOUD (Cosmic Leaving Outdoor Droplets) del CERN. Oltre settanta ricercatori provenienti da Europa e Nord America hanno collaborato per simulare l'inquinamento atmosferico urbano e monitorare l'evoluzione degli aerosol organici. La struttura CLOUD è la camera di simulazione atmosferica più pulita al mondo e può controllare parametri come temperatura e pressione con estrema precisione: la temperatura con una precisione di un decimo di grado. Il suo cilindro in acciaio inossidabile ha una capacità di circa ventisei metri cubi. Sensori ad alta precisione garantiscono che i cambiamenti all'interno del cilindro possano essere osservati con una precisione al secondo. Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno riempito la camera con una miscela di gas simile allo smog urbano per monitorare la conversione dei gas di scarico in aerosol organici.
Lavorando a turni, i ricercatori hanno misurato ininterrottamente lo smog simulato. Hanno determinato la distribuzione dimensionale delle particelle in formazione utilizzando l'analisi della mobilità e hanno determinato l'identità molecolare dei vapori in condensazione in tempo reale utilizzando la spettrometria di massa. Hanno anche tracciato con precisione la proporzione di gas precursori e dei loro prodotti che si condensano sulle pareti della camera. Questo fattore deve essere preso in considerazione nei calcoli per la formazione di inquinanti. "Grazie a queste osservazioni precise, ora possiamo comprendere meglio come gli aerosol antropogenici si formano e crescono nell'aria", afferma El Haddad.
Il punto fondamentale dello studio è che una parte significativa degli aerosol organici di origine antropica non si forma dopo l'ossidazione iniziale, ma solo dopo ulteriori fasi di ossidazione, che possono durare dalle sei ore ai due giorni. Il team di ricerca stima che questa ossidazione multistadio sia responsabile di oltre il 70% dell'inquinamento totale da aerosol organico di origine antropica.
I loro risultati migliorano i modelli di inquinamento atmosferico fornendo previsioni più accurate delle concentrazioni di particolato e consentendo una migliore comprensione degli impatti regionali. Sottolineano inoltre l'importanza di limitare non solo l'emissione diretta di particolato, ad esempio attraverso i filtri antiparticolato, ma anche l'emissione di gas precursori che in seguito formano particelle solide. Ciò potrebbe contribuire a combattere l'inquinamento atmosferico in modo più efficace e a migliorare la salute pubblica.
pubblicazione originale
Aerosol organico antropogenico in Europa prodotto principalmente tramite ossidazione di seconda generazione. Xiao, M., Wang, M., Mentler, B. et al., Nature Geoscience, 18, 239–245 (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01645-z
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