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Le benzine dagli anni 80 ad oggi: cambiamenti nella composizione chimica e nelle problematiche ambientali. studio nmr su soluzioni acquose di additivi ossigenati

Informazioni tesi

  Autore: Lorenzo Menicucci
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi Gabriele D'Annunzio di Chieti e Pescara
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze geologiche
  Relatore: Nicola D'Alessandro
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 95

Se percorriamo gli ultimi 25 anni notiamo che si sono succeduti tre tipi di combustibile per le macchine: benzina rossa (’80), benzina verde (’90), benzina verde nuova (2000). A questi tre tipi di benzine hanno sempre corrisposto problematiche ambientali. Il problema della benzina rossa era collegato al fatto che essa conteneva i composti a base di piombo (Pb) con funzione antidetonante (evita il consumo anomalo degli organi meccanici interni). Questo piombo veniva smaltito nell’ambiente, da cui numerosi casi di piombimia ed avvelenamento. La benzina verde, che ha progressivamente sostituito la rossa, ha una composizione diversa e non contiene piombo; contiene tuttavia BTX (benzene, toluene, xilene), idrocarburi aromatici tra i quali il benzene è un sicuro cancerogeno. Negli ultimi anni è stata introdotta la benzina verde nuova: in questa nuova benzina quindi non c’è piombo e il benzene è ridotto sotto lo 0,5%. Dopo un paio di anni di relativa tranquillità è sorto un nuovo problema: la combustione della benzina addizionata con BTX produce del particolato atmosferico (PM10 e PM2,5), pericoloso in quanto, assumendolo attraverso la respirazione o la pelle produce dei danni agli organi respiratori ed interni.
La capacità della benzina di generare potenza senza che il motore batta in testa viene misurata dal suo numero di ottano. La benzina prodotta semplicemente per distillazione del greggio ha un numero di ottano di circa 50, troppo basso per poter essere usata nei moderni veicoli in quanto il valore minimo per la benzina commercializzata in Italia è 95. Tuttavia, quando vengono aggiunti alla benzina additivi appositamente formulati, come i composti del piombo, impediscono che il motore batta in testa e quindi aumentano considerevolmente il numero di ottano della benzina. Una delle alternative all’uso dei combustibili a base di piombo per aumentare il numero di ottano della benzina è quella di aumentare la frazione dei composti aromatici o BTX. Per aumentare il numero di ottano si possono usare anche i composti ossigenati come alcoli o eteri; tra gli eteri troviamo l’MTBE (metil terbutil etere), che può essere prodotto dal metanolo, e l’ETBE (etil terbutil etere), che può essere prodotto dal bioetanolo; la produzione di ETBE risulta essere più costosa.
Un problema associato all’uso dell’MTBE è la contaminazione delle acque di pozzo perché raggiunge facilmente le falde acquifere non essendo trattenuto negli strati superficiali del terreno. Il problema della contaminazione delle acque è legato alla presunta tossicità e al sapore sgradevole: l’MTBE già in piccole concentrazioni rende l’acqua potabile imbevibile. L’MTBE è piuttosto solubile in acqua e quindi assai mobile nel terreno e nelle acque del sottosuolo. Al contrario l’ETBE risulta essere meno solubile in acqua.
In questo lavoro è stata testata la possibilità di valutare la concentrazione di ETBE e di MTBE in soluzione acquosa tramite spettroscopia 1H NMR (Nuclear Magnetic Resonance). Sono state preparate soluzioni acquose di ETBE e di MTBE a concentrazioni crescenti; sono stati prelevati 800 ?l di ognuna e sono stati inseriti in un tubicino di vetro da NMR di diametro 5 mm con un capillare coassiale contenente uno standard interno (TSP, 3-trimetilsilil-2,2,3,3-tetradeutero acido propionico 30 mM in D2O). Il TSP serve come riferimento per l’analisi quantitativa degli eteri. Dai valori di integrazione dei segnali NMR delle soluzioni sono state costruite delle rette di calibrazione che potranno essere utilizzate per la valutazione della presenza e della quantizzazione di MTBE e di ETBE nelle acque.

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9 CAPITOLO 1: INTRODUZIONE I principali inquinanti atmosferici da traffico e da impianti di riscaldamento sono sostanzialmente divisi in quattro categorie: - ossidi di azoto: si intende la somma dell‟ossido di azoto NO e del biossido di azoto NO 2 . Sono prodotti in conseguenza di qualsiasi combustione in presenza di aria. Alle elevate temperature così raggiunte, parte dell‟azoto e dell‟ossigeno gassosi presenti nell‟aria si combinano tra loro per formare ossido di azoto NO: N 2 + O 2       a fiammacald 2NO Quanto più è elevata la temperatura della fiamma tanto maggiore è la quantità di NO prodotta. Poiché questa reazione è fortemente endotermica, la sua costante di equilibrio ha un valore molto piccolo alle normali temperature che però aumenta marcatamente all‟aumentare della temperatura. Ci si potrebbe aspettare che le concentrazioni elevate di NO prodotto in condizioni di combustione potrebbero essere di nuovo convertite ad azoto e ossigeno molecolari al raffreddarsi dei gas di scarico poiché la costante di equilibrio di questa reazione è ridotta a temperature più basse. Tuttavia anche l‟energia di attivazione della reazione inversa è assai alta cosicchè il processo non può avvenire in misura apprezzabile eccetto alle alte temperature. Quindi la concentrazione relativamente alta di ossido di azoto prodotto durante la combustione si mantiene tale nei gas di scarico più freddi, dove l‟equilibrio non può essere rapidamente ristabilito. L‟ossido di azoto prodotto dalla reazione che decorre ad alta temperatura a partire

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