Istituto sull'inquinamento atmosferico (IIA)

Competenze

Le competenze che l'Istituto ha maturato nel corso della sua attività e che continuamente vengono utilizzate per rispondere alla domanda di ricerca ambientale, sono molteplici e spaziano su vari aspetti della ricerca, del controllo e della conoscenza dell'ambiente. Le competenze principali sono relative alla capacità di osservazione dei fenomeni ambientali attraverso integrazioni di conoscenze, infrastrutture, programmi e, in particolare, delle risorse umane che costituiscono il vero patrimonio dell'Istituto.


- Tecnologie Analitiche
L'Istituto ha maturato una notevole quantità di competenze nel campo della chimica analitica ambientale. Queste competenze partono dalle tecniche di campionamento in emissioni, atmosfere ambientali, atmosfere polari, ambiente marini ed oceani, sedimenti, suoli contaminati, vegetazione, ghiaccio e neve. Le tecniche di campionamento sono normalmente di tipo attivo e vengono continuamente sviluppati nuovi materiali e nuovi metodi per campionamenti sempre più efficienti e privi di interferenze. Oltre lo stadio di campionamento, vengono anche impiegate tecniche di purificazione che si basano su vari principi chimici e fisici. Le tecniche analitiche vere e proprie spaziano dall'analisi organica a quella inorganica. Esse comprendono la spettrometria di massa ad alta risoluzione e tecniche di cromatografia liquida ad alta pressione o gas-cromatografia. L'analisi degli ioni solubili viene effettuata per mezzo della cromatografia ionica, mentre l'analisi dei metalli viene condotta con ICP-MS. Alle tecniche analitiche sopra citate, che sono di impiego generale, si affiancano tecniche appositamente sviluppate per sostanze di interesse dell'inquinamento ambientale. Molto importante è la competenza maturata nel campo del campionamento di aerosoli atmosferici mediante tecniche di diffusione attiva (con Denuders di diffusione) e passiva (Campionatori passivi). Nel settore dei composti contenenti azoto si sono sviluppati dispositivi per la misura diretta di Acido nitroso e nitrico. Le ricerche sulla natura del particolato atmosferico sono state potenziate attraverso l'acquisizione di uno spettrometri di fluorescenza a Raggi X e di un sistema automatizzato di caratterizzazione di aerosoli mediante microscopia ottica. Oltre allo sviluppo delle tecniche analitiche, l'Istituto ha maturato grande competenza nella qualità delle osservazioni attraverso l'uso di standard gassosi e di materiali di riferimento opportuni.

- Inquinamento urbano
La conoscenza dell'inquinamento atmosferico nelle aree urbane è di primaria importanza per le possibili conseguenze sulla salute dei cittadini, anche alla luce del fatto che le aree urbane, oltre a contenere un elevato numero di soggetti potenzialmente esposti, è anche il sito di elezione per le emissioni più inquinanti. Esse, infatti, sono una diretta conseguenza del traffico veicolare. Inoltre, le possibili trasformazioni chimiche, generalmente stimolate dalle radiazioni solari, possono generare altri inquinanti (Inquinanti secondari) a loro volta sorgenti di notevoli problemi ambientali. Lo studio dell'inquinamento urbano è stato sempre una notevole competenza dell'Istituto che ha profuso in esso una grande quantità di risorse. La stazione di monitoraggio di Villa Ada, quella EMEP di Montelibretti situata sottovento prevalente rispetto alla Città di Roma, e quelle EMEP di Longobucco (CS) situata ad alta quota e di San Lucido (CS) situata a livello del mare, costituiscono importanti infrastrutture di ricerca. Lo sviluppo di metodi analitici appropriati per sostanze in fase gassosa e particellare, nonché l'uso esteso di strumentazioni dedicate costituiscono ulteriori elementi di indagine in questo settore. Inoltre, i recenti sviluppi sulla misura della stabilità atmosferica attraverso la radioattività naturale e la possibilità di determinare le sorgenti di inquinamento in modo diretto, portano l'Istituto ad essere uno dei principali punti di riferimento Europei per queste indagini. Tali ricerche sono di grande interesse poiché consentono di verificare in un tempo molto limitato gli effetti delle politiche di riduzione degli inquinanti perseguite dalle amministrazioni locali. L'adeguato sviluppo di campionatori passivi e di piccoli sistemi di valutazione del particolato, consentono anche misure all'interno dei luoghi di vita accrescendo le conoscenze sugli effetti dell'inquinamento sulla salute umana. Recentemente, è stata anche progettata una rete di rilevamento integrata tra stazioni fisse, mobili e di saturazione che consente di determinare il livello di inquinamento anche nelle città di Paesi in via di sviluppo con limitati investimenti economici.

- Inquinamento industriale
Un settore importante nel quale l'Istituto si è sempre dedicato è costituito dallo studio dell'inquinamento industriale e dei suoi riflessi sull'ambiente. In particolare, si sono sviluppati competenze per lo sviluppo di metodi per la misura di specie in traccia nei flussi convogliati di emissioni che hanno portato alla caratterizzazione di diversi combustibili e carburanti. Inoltre, l'Istituto è impegnato, insieme ad altri Istituti del CNR e nell'ambito di una Convenzione con il Ministero dell'Ambiente, nello studio dei processi industriali in funzione della Direttiva IPPC. Particolare attenzione viene data all'inquinamento dai grandi impianti termoelettrici e dagli inceneritori, sia di rifiuti civili che industriali. In particolare, l'Istituto è una delle poche strutture in grado di eseguire con elevata affidabilità misure di Diossine e Furani nei flussi convogliati. L'esperienza dell'Istituto in tale settore ha anche portato a fornire importanti contributi tecnici all'emanazione di Decreti che riconoscono all'Istituto stesso la competenza per la certificazione di apparecchiature e metodi di analisi per le emissioni. Ancora in questo settore, l'Istituto ha sviluppato sufficienti competenze per la caratterizzazione delle efficienze e dei limiti di impiego dei dispositivi di trattamento degli effluenti e dei sistemi di abbattimento in impianti industriali.

- Inquinamento di fondo
Lo sviluppo di tecnologie analitiche per sostanze in fase particellare ed in fase gassosa è la premessa che consente importanti studi sulla presenza di inquinanti in aree remote. Tali studi sono necessari non solo ai fini della conoscenza sui processi chimico-fisici di base, ma anche ai fini dello studio dell'inquinamento globale. In questo settore, l'istituto è in grado di caratterizzare gli aerosoli in funzione della distribuzione granulometrica e le sostanze di natura organica ed inorganica in tracce, compresi i metalli pesanti. Nell'ambito di queste attività l'Istituto è responsabile dell'attività dell'EMEP relativa all'inquinamento transfrontaliero per il quale ha anche pianificato la realizzazione di altre stazioni di fondo nell'area Alpina ed in quella Mediterranea, concretizzatesi poi nella realizzazione di due stazioni di monitoraggio della composizione chimica dell'atmosfera ad alta quota e a livello del mare in Calabria. Di grande interesse per l'inquinamento di fondo è la messa a punto di sistemi per la caratterizzazione dell'inquinamento da Mercurio e per quello da composti organici permanenti (POP) per i quali è stata istituita dall'ECE-ONU una commissione sull'inquinamento emisferico nella quale l'Istituto svolge il ruolo di coordinamento.

- Ricerche polari
Da molti anni all'interno dell'Istituto è cresciuta la competenza sulla chimica delle atmosfere polari. La struttura di coordinamento POLARNET e la disponibilità della Base Artica a Ny-Alesund nelle Isole Svalbard avviata dall'Istituto (1997) e successivamente (2006) passata al Dipartimento Terra e Ambente hanno portato l'Istituto ai massimi livelli di competenza in questi settori consentendo lo sviluppo di adeguate professionalità che non hanno mancato di svolgere un ruolo importante anche nel PNRA (Programma Nazionale di Ricerca in Antartide) e per l'Anno Polare Internazionale (IPY). Gli studi sul ciclo degli ossidi di azoto oppure del ciclo del Mercurio in ambienti polari sono solo esempi dei risultati ottenuti. In queste ricerche sono utilizzate tecniche sviluppate in altri ambiti che sono in grado di fornire anche una risposta ai quesiti posti dall'inquinamento dell'atmosfera in questi ambienti. Inoltre, lo sviluppo delle competenze nel settore della chimica e della fisica atmosferica ha anche accresciuto il valore di altre ricerche condotte in aree polari che hanno trovato adeguata sinergia e possibilità di ulteriori sviluppi ed applicazioni.

- Sviluppo di Sensori Avanzati
Coniugando competenze multi e cross-disciplinari nel settore dei materiali nano strutturati, fisica della materia e micro elettronica, è stata avviata una nuova linea di ricerca che mira a sviluppare sensori avanzati per il monitoraggio atmosferico e ambientale al fine di supportare le strategie dell'istituto nel settore dei sistemi osservativi a scala nazionale fino a quella globale. Queste attività rientrano negli obiettivi di progetti FP7 e H202 e in progetti finanziati da GEF-BAnca Mondiale e UNEP. Sono stati costruiti nuovi laboratori, anche con camera pulita (classe 100) per consentire di sviluppare sistemi prototipali di sensori e piattaforme di sensori per il monitoraggio atmosferico. La collaborazione con PMI è essenziale per la ingegnerizzazione dei prodotti e per sviluppare progetti di ricerca industriale.

- Telerilevamento
Lo sviluppo delle tecniche di rilevamento del territorio e dell'ambiente ha portato alla maturazione di competenze molto significative nel settore del telerilevamento aereo e satellitare. L'Istituto infatti gestisce l'unica struttura presente nel Paese in grado di eseguire telerilevamento aereo iperspettrale (MIVIS) su 102 canali spettrali e con una risoluzione a terra inferiore a due metri. Il sistema è impiegato in diversi studi sull'ambiente atmosferico, forestale, marino, fluviale ed industriale ed anche impiegato per osservazioni urbanistiche ed archeologiche. Inoltre, esso ha trovato impieghi molto importanti nel settore della protezione idrogeologica e delle scienze geologiche. Lo spettrometro costituisce quindi uno dei pochissimi mezzi di indagine dell'ambiente visto in modo olistico e quindi in grado di fornire risposte molto importanti alle domande di conoscenza ambientale. Tra queste, è di particolare importanza il controllo del territorio al fine di contrastare le attività illecite, sia che esse interessino l'ambiente, sia in senso più generale. Parallelamente al telerilevamento aereo, si è sviluppato anche un settore di ricerche di telerilevamento satellitare che integra nello spazio le osservazioni aeree e che è ora in grado di eseguire studi molto interessanti sulla biodiversità e sulla struttura della neve e dei ghiacci. Le applicazioni sviluppate dall'Istituto nel settore del contrasto della criminalità ambientale e nel settore della Difesa nazionale costituiscono il migliore esempio della maturità raggiunta da queste tecniche.

- Sistemi Interoperabili per Open Data and Big Data
L'Istituto possiede competenze riconosciute a livello internazionale nel settore dell'interoperabilità dell'Informazione ambientale e delle Scienze della Terra. In particolare una UOS (Firenze) è focalizzata su tale ambito, con competenze specifiche per la progettazione e sviluppo di infrastrutture avanzate, e modellazione di dati, informazione e conoscenza. L'Istituto è stato tra gli iniziatori dell'approccio di mediazione a broker per la realizzazione di sistemi di sistemi, oggi adottato in numerose iniziative incluso il Global Earth Observation System of Systems (GEOSS). Il personale dell'Istituto è attivo nell'ambito delle principali iniziative del settore, spesso con incarichi di responsabilità tra cui: membro di board (IIB e IDIB) in GEO/GEOSS, presidenza e organizzazione di sessioni per Earth and Space Science Informatics Division della European Geosciences Union (EGU-ESSI), chairing di gruppi di interesse per la Research Data Alliance (RDA; Brokering Interest Group), partecipazione allo Steering Committee per attività del Belmont Forum (E-Infrastructures and Data Management Collaborative Research Action), chairing di standardization working group per l'Open Geospatial Consortium (OGC; Earth System Science DWG e netCDF SWG). L'attività è svolta nell'ambito di progetti nazionali, Europei (più di 20 progetti FP7/H2020 nel periodo 2008-2015) ed internazionali.

- Terminologia Ambientale
Un altro importante aspetto legato alle attività dell'Istituto è costituito dallo sviluppo di tecniche per lo sviluppo di terminologie controllate. Infatti, l'attività istituzionale degli Organi di governo richiede sempre più insistentemente l'adozione di terminologie controllate bilingui che siano in grado di armonizzare non solo le legislazioni nazionali, comunitarie ed internazionali, ma anche di utilizzare terminologie condivise per quanto riguarda lo sviluppo di importanti temi di ricerca ambientali quali i cambiamenti globali e la gestione dell'inquinamento industriale. E' stata condotta un'attività di sviluppo ed applicazione di un sistema di riferimento per la conoscenza ambientale basato su Thesaurus (denominato T-REKS) utilizzabile dalla maggior parte dei sistemi informativi ambientali a livello nazionale ed internazionale contenente un Thesaurus multilingue internazionale che contiene 12.000 termini. Tale attività, unica nel Paese, riveste grande importanza per l'armonizzazione delle definizioni e dei termini ambientali.