Raggi cosmici, mucche, alberi e automobili. Ecco da dove passa la sfida ai cambiamenti climatici

e alla qualità dell’aria.

Francesco Riccobono

Physics Department Seminar 19 Marzo 2015

Sommario

• Il particolato atmosferico

• Meccanismi di formazione del particolato

• Emissioni di particolato da autoveicoli in Europa

Aerosol

particelle liquide o solide sospese in aria

Aerosol primario

Aerosol primario antropogenico

Aerosol secondario (SMOG=smoke+fog)

Ossidi di azoto

Radiazione solare

VOC

Ozono, nitrati, solfati, organici

Precursori aerosol secondario

9/22

Estensione ghiaccio artico

Oggi

http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/

http://www.skepticalscience.com/

Thames Frost Fair, 1683-84, Thomas Wyke

http://sohowww.nascom.nasa.gov/

Kirkby, 2007

11/ 22

http://sunearthd ay /na sa.g ov

CCN

Cloudcover

Climate variability

GCR

[ion]

Nucleation Growth

Solar variability ?

Camera a nebbia

1) I raggi cosmici influenzano la nucleazione?

+

+

Nucleazione

2) Oltre all’acido solforico ci sono altri composti coinvolti?

CERN Proton Syncrotron

15/22

Contatore di particelle a condensazione

UV Lights ON Beam ONElectric Field ON Electric Field OFF

n gcr ch

248 K

Effetto degli ioni

J 1.7

(cm

-3s-1

)

278 K

[H2SO4] cm-3

chgcr

n

ch

gcr

n

La ionizzazione al livello del mare aumenta la nucleazione neutra di sacido solforico/acqua di un fattore 2/10

Kirkby et al., Nature 2011

Effettto delle

ammine e ammoniaca

Almeida et al., Nature 2013

Osservazioni ambientali

Ambient data

Ambient data

L’acido solforico da solo non riproduce le osservazioni ambientali

Kirkby et al., Nature 2011

Nemmeno con l’aggiunta di ammoniaca..

Ambient data

Kirkby et al., Nature 2011

Riprodotto osservazioni ambientali in presenza di organci

Ambient data

Riccobono et al., Science 2014

Ambient data

In presenza di composti organici l’effetto degli ioni è minimo

Riccobono et al., Science 2014

Quanto sono grandi le particelle?

.

10 nm

20 nm

50 nm

100nm

120 nm

200 nm

1 nm

1000 nm

1 nm 10 µm

Quanto sono grandi le particelle?

.

10 nm

20 nm

50 nm

100nm

120 nm

200 nm

1 nm

1000 nm

1 nm 10 µm

Distribuzione dimensionale

Dualismo gas particella

AerosolAlta p vapore

100% gas 100% particella

Bassa p vapore

All’equilibrio p=ps(T)

• Tradizionalmente il PM da veicoli è definito come tutto quello che si deposita sul filtro (a 47 °C) dopo il passaggio del gas di scarico nel tunnel a diluizione totale (CVS):

Ciclone 2.5-10 um

Metodo gravimetrico

Cicli di misura� Le emissioni degli autoveicoli sono certificate sul

New European Driving Cycle (NEDC)

Cicli di misura� Le emissioni degli autoveicoli sono certificate sul

New European Driving Cycle (NEDC)

� I Common Artemis Driving Cycles (CADC) sonopiù rappresentativi delle condizioni di utilizzoreale dei veicoli e vengono usati per ricerca e sviluppo

Cicli di misura� Le emissioni degli autoveicoli sono certificate sul

New European Driving Cycle (NEDC)

� I Common Artemis Driving Cycles (CADC) sonopiù rappresentativi delle condizioni di utilizzoreale dei veicoli e vengono usati per ricerca e sviluppo

� Il World Harmonized Test Cycle (WLTC) è in fasedi definizione e sarà il nuovo ciclo standard sucui verranno misurate le emissioni veicolari

Limiti di emissione

Limiti di emissione

Introduzione dei filtri anti-particolato

Diesel

Particle

Filter (DPF)

PM in

PM out

Il filtro anti-particolato

Necessario lo sviluppo e validazione di una nuova tecnica di misura per PN: Il sistema PMP (Particle Measurement

Programme)

Diesel

Particle

Filter (DPF)

PM in

PM out

Il filtro anti-particolato

Giechaskiel et al. 2008, AST, 42, 528–543

Il sistema PMP

Dal 2017 limite PN 6·1011 km-1

La European Regulation (EC) 459/2012 richiede l’applicazione di una procedura di test per la misura del numero di particelle in condizioni di guida reale per le omologazioni dei veicoli a partire da settembre 2017.

La nuova legislazione

La European Regulation (EC) 459/2012 richiede l’applicazione di una procedura di test per la misura del numero di particelle in condizioni di guida reale per le omologazioni dei veicoli a partire da settembre 2017.

“Le emissioni di PN devono essere determinate usando strumenti portatili durante tests su strada seguendo le regole generali della procedura di test Real Drive Emissions (RDE).”

La nuova legislazione

Call for expression of interests (Novembre 2012)

Development of a test protocol to measure Particle Number (PN) on board of light-duty vehicles for type approval testing using Portable Emissions Measurement Systems (PEMS)

La European Regulation (EC) 459/2012 richiede l’applicazione di una procedura di test per la misura del numero di particelle in condizioni di guida reale per le omologazioni dei veicoli a partire da settembre 2017.

“Le emissioni di PN devono essere determinate usando strumenti portatili durante tests su strada seguendo le regole generali della procedura di test Real Drive Emissions (RDE).”

La nuova legislazione

Dal laboratorio alla strada

Studio di fattibilità PN-PEMS

Valutare e validare l’applicazione e la performance di strumentazione portatile per la misura del numero di particelle.

Similmente a quanto sviluppato per la procedura di Portable Emission Measurement Systems (PEMS) per le emissioni gassose.

Criterio di valutazione degli strumenti:

- Risposta lineare rispetto allo strumento di riferimento (PMP) in condizioni di misura controllate in laboratorio.

Conclusioni

• Dalla massa del particolato si è passati alla misura del numero (già nella regolamentazione)

• La misura sui banchi a rulli è complementata dalle nuove misure PEMS (regolamentazione in fase di definizione)

• Per rispettare i nuovi limiti di emissione di PN su strada (procedura RDE) le case costruttrici di autoveicoli potrebbero essere costrette ad installare filtri anti-particolato anche sulle auto a benzina a combustione diretta.

Ricerca esplorativa: misura diretta dell’aerosol secondario da veicoli

Grazie per l’attenzione!

francesco.riccobono@jrc.ec.europa.eu