I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria civile e ambientale del MIT hanno definito un approccio alternativo al monitoraggio della qualità dell'aria in presenza di eventi estremi quali le eruzioni vulcaniche.

TAKEAWAY

• Le stime dell’Agenzia Europea dell’Ambiente rilevano che le polveri sottili derivanti dall’inquinamento atmosferico continuano ad avere impatti importanti sulla salute umana.
• Un ricercatore presso il Massachusetts Institute of Technology ha sottolineato l’importanza di identificare tutte le possibili fonti di inquinamento, compresi gli eventi naturali estremi come le eruzioni vulcaniche, responsabili, a loro volta, dell’emissione di gas e particelle nocivi alla salute.
• Così, il team di studio del MIT ha sviluppato una rete di sensori a basso costo, che ha installato, in modo indipendente, sull’isola di Hawaii per monitorare in tempo reale lo smog seguito all’eruzione del vulcano Kilauea, nel 2018.

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In tema di monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria, è alta l’attenzione, a livello globale, da parte di Istituzioni e mondo scientifico. In particolare, per quanto riguarda l’Europa, le stime dell’Agenzia Europea dell’Ambiente (AEA) rilevano che le polveri sottili continuano ad avere ricadute importanti sulla salute umana, soprattutto nelle zone urbane, con asma e problemi cardiovascolari come conseguenze primarie.

Sempre in Europa, il “pacchetto Aria pulita” – pubblicato dalla Commissione il 18 dicembre 2013 – mira a ridurre, in tutta l’UE, gli impatti dell’inquinamento atmosferico sulla salute e sull’ambiente entro il 2030, attraverso misure e strategie precise e con proposte legislative volte ad attuare norme più severe in materia.

E il 17 giugno 2021, la stessa Agenzia Europea dell’Ambiente ha presentato una nuova mappa visuale europea della qualità dell’aria urbana, che consente – attraverso le misurazioni delle polveri sottili effettuate da più di 400 stazioni di monitoraggio nelle aree urbane e suburbane – di verificare i livelli di inquinamento atmosferico a lungo termine nella propria zona di residenza e di confrontarli con quelli di altre città europee.

Di recente, una voce del mondo accademico statunitense – Jesse Kroll, ricercatore e professore presso i Dipartimenti di Ingegneria civile e ambientale e di Ingegneria chimica presso il MIT – Massachusetts Institute of Technology – ha sottolineato l’importanza, nel migliorare la qualità dell’aria, di identificare tutte le possibili fonti di inquinamento atmosferico (compreso quello derivante da eventi naturali estremi), così come l’esatto mix di inquinanti ai quali le persone sono esposte, tracciando così la linea di uno studio che prende in considerazione un fattore finora poco considerato in materia monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria. Vediamo di che cosa si tratta.

Monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria: focus sugli eventi naturali estremi in aree remote

La tesi del professor Kroll si basa sull’assunto secondo il quale la già scarsa qualità dell’aria è aggravata da eventi naturali che, in alcune aree geografiche, stanno assumendo una cadenza regolare. Aree spesso con risorse limitate e dove la presenza di sistemi di monitoraggio è scarsa o addirittura inesistente.

Nello specifico, negli Stati Uniti, per quanto concerne il monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria, le fonti primarie di dati provengono da sistemi di rilevamento ad alte prestazioni regolamentati dal Governo. Accade, però, che, a causa del costo elevato di tali dispositivi, la loro presenza capillare all’interno di tutto il territorio sia relativamente scarsa, soprattutto in quelle zone più remote e isolate come, ad esempio, le isole.

Ne consegue che questi sistemi sono numericamente insufficienti – osserva Kroll – a mappare quelle trasformazioni chimiche degli inquinanti atmosferici (e a monitorarne i picchi) correlate a emergenze di tipo naturale quali le eruzioni vulcaniche, responsabili, a loro volta, del “vog” (detto anche “smog vulcanico”), forma di inquinamento atmosferico che si ha quando diossido di zolfo e altri gas e particelle emessi dall’eruzione si trovano a reagire con ossigeno, umidità e luce solare.

Il vog – i cui aerosol sono acidi e di dimensioni tali da poter rimanere nei polmoni e comprometterne la funzione – contiene sostanze chimiche dannose, oltre che per l’essere umano, anche per la salute di piante e animali.

La risposta dei ricercatori del MIT a questo problema è racchiusa nel lavoro iniziato a metà del 2018 sull’isola di Hawaii (la più estesa dell’omonimo arcipelago), quando l’eruzione del vulcano Kilauea ha colmato l’aria di gas tossici e di particelle solforose nocive alla salute.

È stato allora che il team, capitanato dal professor Kroll, ha sviluppato una rete di sensori a basso costo (quaranta in tutto), che ha installato su tutta l’isola per monitorare lo smog vulcanico in tempo reale.

Nel dettaglio, i sensori personalizzati – alimentati a energia solare, distribuiti in aree remote dell’isola e comunicanti in modalità wireless tramite la rete cellulare – hanno fornito i livelli di due componenti tossici del vog: anidride solforosa e polveri sottili.

Rilevamento della qualità dell’aria nelle zone vulcaniche

A causa delle dimensioni ridotte e del basso costo dei sensori, il team è stato in grado di posizionarli a diverse distanze sottovento al vulcano, con l’obiettivo di effettuare un monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria completo, stimando la distribuzione dei livelli di smog vulcanico a cui le persone sono state esposte in tutte le aree dell’isola.

La cattura dell’esposizione agli inquinanti nell’atmosfera ha permesso di osservare come il “pennacchio vulcanico” stesse cambiando chimicamente nel tempo. Spiega Kroll:

“Avendo installato i sensori a diverse distanze sottovento rispetto all’evento, abbiamo potuto stimare la velocità con cui un inquinante – l’anidride solforosa – reagisce nell’atmosfera e si converte in un altro tipo di polvere sottile“

Ricordiamo che il “pennacchio vulcanico” è una miscela di particelle e gas emesse durante l’eruzione, generata dalla frammentazione del magma. Nelle grosse eruzioni, può arrivare ad altezze di 80 km e la cenere vulcanica può essere trasportata nell’atmosfera e raggiungere, nel giro di pochi minuti, i livelli di quota del traffico aereo, la cui sicurezza deve poter essere garantita attraverso il rilevamento, monitoraggio e previsione dei “pennacchi”.

Per fornire la conoscenza pubblica del vog di Kilauea, i dati ottenuti dal monitoraggio sono stati condivisi su un sito web locale creato dai ricercatori. “Questi tipi di sensori forniscono una concreta opportunità per le comunità, che possono così impegnarsi nel ‘proprio monitoraggio’ della qualità dell’aria e in modo indipendente rispetto ai sistemi di monitoraggio inquinamento e qualità dell’aria gestiti dal governo” fa notate il team.

L’ambiente incontaminato delle Hawaii, con il suo basso numero di inquinanti atmosferici, era l’ambiente di prova ideale per stabilire la fattibilità di questo approccio. Che – secondo i ricercatori – potrebbe essere utilizzato anche per misurare lo smog urbano e gli incendi.

Il design a basso costo dei sensori utilizzati – compatto e a energia solare – permette di implementare la tecnologia in una serie di configurazioni, consentendone il collegamento ad altre fonti di monitoraggio, col fine di prendere decisioni informate sulla salute e la sicurezza delle comunità.