Carico di sostanze inquinanti causato dagli aerei

I ricercatori dell'Istituto Paul Scherrer PSI hanno effettuato misurazioni della qualità dell'aria nella zona dell'aeroporto di Zurigo. In due serie di misurazioni, ciascuna della durata di varie settimane, eseguite nell'inverno del 2022 e nell'estate del 2024, i ricercatori hanno raccolto, utilizzando dispositivi speciali, il particolato atmosferico alla distanza di circa un chilometro in direzione del vento dalla pista di atterraggio e decollo numero 28, che è quella più utilizzata. E, praticamente in tempo reale, cioè subito dopo la raccolta del particolato, lo hanno analizzato mediante spettrometria al fine di indagare la dimensione delle particelle e la composizione chimica. Rispetto ai consueti studi di questo genere finora condotti, in cui si esegue la raccolta durante il giorno e la misurazione ha luogo solo in un tempo successivo, questo metodo ha il vantaggio di mostrare, ad esempio, quale sia l'influenza esercitata dalle direzioni variabili del vento o dalle attuali procedure di avvicinamento strumentale. In tal modo è possibile classificare con maggiore precisione le fonti.

Le misurazioni confermano i risultati che sono già disponibili per alcuni altri aeroporti europei, come quelli di Amsterdam o di Francoforte: durante il decollo e l’atterraggio, gli aerei emettono dai loro propulsori specialmente del particolato ultrafine, di dimensioni inferiori a 100 nanometri, denominato appunto, in ambito tecnico, «particolato ultrafine» (PUF). Si tratta di una miscela di particelle composta da fuliggine solida e solfato volatile, che si formano durante la combustione del carburante nella turbina a gas e nei gas di scarico che si raffreddano successivamente. I ricercatori hanno rilevato fino a 300.000 PUF per centimetro cubo d'aria. Questo valore è più di dieci volte superiore al normale valore ambientale di fondo registrato in aeroporto durante la notte, quando il traffico aereo è fermo.

Nelle città, i valori tipici misurati di PUF si aggirano da circa 5000 fino a 40.000 particelle per centimetro cubo d'aria, risultando quindi nettamente inferiori a quelli misurati presso l'aeroporto. Tuttavia, l'aria urbana contiene una quota maggiore di particolato atmosferico rientrante nelle categorie più grossolane, cioè quelle comprendenti particelle di diametro inferiore a 2,5 micrometri, noto come particolato fine, e inferiore a 10 micrometri. «Con riferimento alla massa delle particelle, l'inquinamento da particolato all'aeroporto è pertanto inferiore rispetto alla città, dove viene generato principalmente dal traffico stradale, dai riscaldamenti e dalle industrie» afferma l'autrice dello studio Sarah Tinorua del Centro per le scienze energetiche e ambientali dell’Istituto Paul Scherrer PSI. «Tuttavia il numero di particelle all'aeroporto è nettamente superiore.» Questo ha un peso sulla salute, poiché le particelle più piccole, una volta inalate, possono penetrare più in profondità nell'albero bronchiale. Per i residenti e per il personale dell'aeroporto questa differenza ha un'importanza significativa.

Ogni aeroplano lascia dietro di sé una scia di particolato

Occorre dire che i ricercatori si aspettavano, a grandi linee, l’elevata presenza di particelle ultrafini all’aeroporto. Ciò che costituisce la vera novità del loro studio è il fatto che, per la prima volta, è stata dimostrata la presenza anche di olio lubrificante che aderisce alle particelle ultrafini. «Effettivamente, uno studio condotto all'aeroporto di Francoforte aveva già rilevato olio lubrificante nel particolato», riferisce il responsabile dello studio Benjamin Brem, pure lui facente parte del team del Centro per le scienze energetiche e ambientali dell’Istituto Paul Scherrer PSI. «In quel caso, tuttavia, si è proceduto alla raccolta delle particelle e poi si sono determinate le medie giornaliere. Noi, invece, abbiamo rilevato l’olio lubrificante in tempo reale, cioè immediatamente dopo che un aereo ci era passato in volo davanti.» Ogni volta che un aereo sorvolava la stazione di misurazione ad un’altezza compresa all'incirca tra gli 80 e i 100 metri, i ricercatori registravano un forte aumento della concentrazione di PUF. «Questo è dovuto al fatto che i gas di scarico delle turbine dietro le ali vengono spinti verso il basso dal fenomeno noto come flusso discendente. In un certo qual senso questo effetto spinge l'aria direttamente nell'imbuto del nostro dispositivo di raccolta», spiega Brem. Solo a quote di volo superiori ai 300 metri tali picchi non sono più rilevabili, poiché le particelle si disperdono rapidamente nell’aria a seconda del vento e non avviene più alcun ricambio d’aria con il suolo.

Anche il vento si è dimostrato un fattore che svolge un'azione importante: durante gli atterraggi i picchi erano più marcati rispetto a quanto rilevato in occasione dei decolli. In quest’ultimo caso si sono presentati valori elevati solo quando il soffio del vento spingeva la nube di particolato ultrafine dalla pista di decollo verso la stazione di misurazione. Inoltre, il numero di particelle misurate risultava maggiore in presenza di vento forte, poiché, in caso di vento debole, le particelle tendono nel tempo a formare più facilmente dei grumi, diventando particelle di dimensioni maggiori.

La combustione relativamente completa del carburante nelle turbine a gas calde, rispetto a quanto avviene in altri motori, spiega il perché gli aeroplani espellano soprattutto particelle ultrafini. «Tuttavia, i propulsori degli aerei sono ottimizzati per il volo a grandi altitudini», afferma il chimico dell'atmosfera Brem. Ciò significa che la combustione a terra durante il decollo e l'atterraggio avviene in modo meno completo e produce di conseguenza un maggior numero di particelle. A quanto pare, in taluni propulsori finiscono nei gas di scarico anche residui di olio lubrificante, una sostanza organica poco volatile. I valori misurati sono chiaramente riconducibili all'influenza esercitata dall'ambiente aeroportuale e alle elevate concentrazioni di particelle. «I possibili effetti sulla salute, qualora tali lubrificanti penetrino in profondità nei polmoni, non sono ancora stati oggetto di una ricerca a tutto campo», afferma Tinorua. In ogni caso, vale la regola seguente: in via precauzionale il contatto con queste emissioni va evitato quanto più possibile.

Delle misurazioni precedenti effettuate direttamente sui propulsori hanno dimostrato che le emissioni di olio lubrificante non si verificano in tutti i tipi di aeroplani. La presenza di tali emissioni potrebbe quindi dipendere dal tipo di propulsore o dallo stato di manutenzione degli stessi.

Sono già in fase di valutazione delle contromisure

L'Ufficio federale dell'aviazione civile, che ha finanziato lo studio, mostra un grande interesse per i risultati. Questi risultati sono già oggetto di discussione in gruppi di lavoro internazionali, al fine di valutare possibili misure per la riduzione delle emissioni, in particolare per quanto riguarda l'olio lubrificante. Già da anni l'Ufficio promuove e finanzia la ricerca sulla fuliggine ultrafine e su valori limite di emissione che siano equilibrati. Secondo Brem una misura di evidente efficacia consisterebbe nell'introduzione di cherosene a basso contenuto di zolfo. Infatti, tanto maggiore è il tenore di zolfo di un carburante, quanto maggiore sarà la quantità di particolato che si genera. Per la precisione, gli agenti inquinanti volatili sono in gran parte riconducibili ai composti dello zolfo. Il cherosene è uno dei pochi carburanti utilizzati nel settore dei trasporti per i quali finora non sono in vigore dei severi valori limite.

Un'altra ipotesi percorribile potrebbe essere quella di portare gli aerei con trattori aeroportuali elettrici sulla via di rullaggio, oppure, con la stessa modalità, di ricondurli dopo l'atterraggio al gate d'imbarco. Questo consentirebbe di risparmiare notevoli quantità di cherosene sottoposto a combustione incompleta.

L'aeroporto di Zurigo ha già adottato varie misure per ridurre quanto più possibile le emissioni di particolato: Ad esempio, è vietato l'uso delle turbine a gas delle unità di potenza ausiliarie, per l'alimentazione elettrica dopo lo spegnimento dei propulsori. Al posto delle turbine gli aerei devono utilizzare l'alimentazione elettrica dell'aeroporto, messa a disposizione presso il gate.

A lungo termine, secondo Brem, potrebbe fornire un contributo anche un maggiore impiego del cherosene sintetico, il cosiddetto Sustainable Aviation Fuel (SAF). Da anni presso l'Istituto Paul Scherrer PSI si conducono ricerche su come sia possibile produrre questo carburante in modo efficiente ed ecologico. Il vantaggio del cherosene SAF, relativamente al particolato, consiste nel fatto che, rispetto al cherosene di origine fossile, non contiene zolfo e presenta una minore quantità di sostanze indesiderate che agiscono come precursori della fuliggine. Di conseguenza, brucia in modo più pulito e produce meno fuliggine e altri componenti del particolato.

Testo: Jan Berndorff

Informazioni sul PSI

L'Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce grandi e complesse strutture di ricerca e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie del futuro, l'energia e il clima, l'innovazione sanitaria e i fondamenti della natura. La formazione dei giovani è una preoccupazione centrale del PSI. Per questo motivo, circa un quarto dei nostri dipendenti sono ricercatori post-dottorato, dottorandi o apprendisti. Il PSI impiega un totale di 2.300 persone, il che lo rende il più grande istituto di ricerca della Svizzera. Il budget annuale è di circa 450 milioni di franchi svizzeri. Il PSI fa parte del settore dei PF, che comprende anche il Politecnico di Zurigo e l'EPF di Losanna, nonché gli istituti di ricerca Eawag, Empa e WSL.

Contatto

Dr. Sarah Maimiti Tinorua
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Istituto Paul Scherrer PSI

+41 56 310 23 26
sarah.tinorua@psi.ch
[inglese]

Dr. Benjamin Tobias Brem
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Istituto Paul Scherrer PSI

+41 56 310 24 65
benjamin.brem@psi.ch
[tedesco, inglese]

Pubblicazione originale

Ubiquity of Aviation Ultrafine Particles and Lubrication Oil Compounds near Zurich Airport
Sarah Tinorua, Benjamin T. Brem, Zachary C.J. Decker, Jay G. Slowik, Peter A. Alpert, Markus Ammann, André S. H. Prévôt, Michael Bauer, Suneeti Mishra, Michael Götsch, Joerg Sintermann, Martin Gysel-Beer
Environmental Science & Technology, 23.04.2026 (online)
DOI: 10.1021/acs.est.5c18458

Testo originale:
https://www.psi.ch/it/news/comunicati-stampa/carico-di-sostanze-inquinanti-causato-dagli-aerei