raggi cosmici, mucche, alberi e automobili. ecco da dove...
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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
