Tra il 1971 e il 2011 un gruppo di ricercatori ha esaminato la concentrazione di cloruri, metalli pesanti e altri elementi nelle foglie prelevate da una faggeta in prossimità di un impianto di incenerimento di rifiuti. Il miglioramento tecnico dell’impianto e la riduzione delle sue emissioni sono stati dimostrati in modo assai evidente. La concentrazione di cloruri e di zinco nelle foglie hanno costituito degli ottimi bioindicatori per valutare l'inquinamento ambientale.
L'impianto di incenerimento dei rifiuti (IIR) di Niederurnen si trova nella pianura della Linth, nel Cantone di Glarona, ai piedi di un versante di una montagna ricoperto da boschi di faggio (Fig. 1). Inaugurato alla fine del 1973, l’inceneritore è stato successivamente ampliato in diverse fasi, dotandolo di ulteriori sistemi di abbattimento delle emissioni. L’impianto nel 2014 ha smaltito i rifiuti prodotti da circa 240’000 abitanti, corrispondenti ad un quantitativo annuale di circa 110’000 tonnellate.
Quale vincolo associato alla concessione della licenza edilizia, il Comune di Niederurnen a suo tempo chiese che già durante i tre anni precedenti la prima messa in servizio dell’impianto e poi in seguito, annualmente, si monitorassero regolarmente dei campioni di fogliame prelevati nei boschi vicini, analizzandone le concentrazioni di cloruri e di metalli pesanti. La serie di misurazioni raccolta è probabilmente unica nel suo genere, coprendo con continuità ininterrotta un periodo di 40 anni che ha coperto diverse fasi di funzionamento, caratterizzate da differenti modalità di abbattimento delle emissioni.
Fig. 1: L'impianto di incenerimento dei rifiuti di Niederurnen GL, situato ai piedi di un pendio di una montagna ricoperta da faggete.
Fig. 2: Nelle foglie del faggio sono state rilevate diverse sostanze inquinanti prodotte dai gas di scarico dell’impianto di incenerimento dei rifiuti. Foto: Thomas Reich (WSL)
Alcuni collaboratori dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL) nel 1971 selezionarono, assieme al forestale locale, una rete di 20 punti di campionamento distribuiti sul versante della montagna a monte dell’IIR (Fig. 3). I siti sono sparsi a ventaglio tra i settori NordOvest e SudEst dell’impianto, a una distanza situata tra i 0,15 e i 1,2 km dalla ciminiera e a un dislivello variabile tra i 30 e i 220 metri al di sopra della base della ciminiera stessa. Su ognuno di questi 20 siti campione sono stati identificati due esemplari di faggio (Fagus sylvatica) aventi un’età di circa 100 anni, che hanno costituito i soggetti del campionamento. Nel 1984 sono stati aggiunti due ulteriori punti di misura, situati nel settore Nord-Ovest.
Fig. 3: Localizzazione degli alberi di faggio campionati nella zona interessata dalle emissioni dell'impianto di incenerimento dei rifiuti.
Misurazioni delle emissioni
Le emissioni gassose di acido cloridrico prodotte dall’IIR sono state rilevate periodicamente. Tra il 1990 e il 1999 è stato approntato pure uno strumento per la misurazione in continuo delle emissioni. Dal 1999, l'EMPA di Dübendorf rileva le emissioni di composti di cloro e di metalli pesanti ogni tre anni, tramite campionamento.
Fin dalla sua messa in funzione alla fine del 1973 l’inceneritore di Niederurnen è stato dotato di un filtro elettrostatico, senza tuttavia predisporre ulteriori sistemi di depurazione dei fumi. In questo modo i composti di cloro prodotti dai processi di combustione dei rifiuti sono praticamente sempre finiti nell'ambiente, senza subire alcun abbattimento (Fig. 4). Nel 1985 è stata messa in esercizio una nuova linea di incenerimento, provvista di un sistema di filtraggio dei fumi a secco più performante.
Le concentrazioni di cloruri nei gas fuoriusciti dalla ciminiera dell’impianti sono diminuite lentamente fino al 1991, attestandosi a valori di circa 10 mg/m3. Successivamente, tuttavia, questi valori sono ulteriormente aumentati in considerazione dei maggiori quantitativi di rifiuti inceneriti e delle più frequenti anomalie di funzionamento dell’impianto. Nel 2000, l’IIR è stato completamente rinnovato, aumentando l’altezza del camino da 68 a 100 m e mettendo in funzione un nuovo sistema di pulizia dei gas di scarico a umido. In tal modo le emissioni sono diminuite drasticamente, attestandosi di regola a valori situati al di sotto del limite di rilevamento del sistema di misurazione.
Fig. 4: Livelli delle emissioni di cloruri emessi dall’inceneritore di Niederurnen.
Le concentrazioni dei cloruri nelle foglie
Fig. 5: Campionamento effettuato tramite elicottero il 30 agosto 2002. All'inizio dei rilevamenti le foglie venivano raccolte arrampicandosi sugli alberi.
Dagli alberi selezionati, ogni anno, alla fine del mese di agosto, vale a dire prima dell’avvio della fase di decolorazione del fogliame, sono stati raccolti circa 200 g di foglie di faggio. Questo fogliame viene prelevato nella porzione di chioma situata nel terzo superiore dei due alberi campionati per ogni sito (Fig. 5) ed in seguito mescolato in un unico campione. I ricercatori asciugano il fogliame non lavato, macinando poi le foglie in una polvere vegetale oggetto delle analisi. Da questa sono stati estratti, analizzandone le concentrazioni, ioni di cloruri e ulteriori elementi chimici.
Partendo dai valori misurati delle diverse stazioni di misura, i ricercatori hanno determinato i valori medi annuali (Fig. 6). Prima della messa in funzione dell'impianto tali medie ammontavano a 179 mg di cloruri per kg di foglie pesate a secco, valori medi poi aumentati dopo l'avvio dell’incenerimento dei rifiuti a un valore massimo di 2’400 mg/kg rilevato nel 1977. La media dei primi 15 anni del periodo di funzionamento (1974 - 1988), in cui l’IIR ha causato elevate emissioni di cloruri, si è attestata a 1’500 mg/kg. Anche se i livelli di emissioni sono diminuiti notevolmente già a partire dal 1989, con un ritardo temporale di qualche anno, le concentrazioni di cloruri nelle foglie sono diminuite considerevolmente a partire dal 1992, raggiungendo valori medi per il periodo 1992 - 2000 di soli 340 mg/kg. Dal 2001 in poi, i livelli dei valori sono stati addirittura sempre inferiori a quelli registrati negli anni 1971 – 1973, prima della messa in esercizio dell’inceneritore.
Gli ioni di cloruri emessi in forma gassosa dall’impianto finivano nelle foglie dei faggi attraverso l’aria assorbita dagli alberi durante la fotosintesi. L’andamento delle concentrazioni medie di cloruri nelle foglie dei faggi campione erano correlate abbastanza chiaramente con i cambiamenti adottati nei sistemi di abbattimento delle emissioni (Fig. 7).
Fig. 6: Concentrazioni medie di cloruri all’interno di tutti i faggi campionati (valori medi ed errori standard).
Fig. 7: Confronto tra le emissioni di cloruri annue calcolate emesse dall’inceneritore e i valori medi dei cloruri misurati nelle foglie dei faggi campione.
Concentrazioni di metalli pesanti e di nutrienti del fogliame
Durante la fase 1974 - 1985 l’IIR ha emesso pure significativi quantitativi di polveri metalliche, contenenti tra l'altro, zinco, piombo e cadmio. Una parte di queste polveri è stata filtrata dall'aria attraverso le foglie. Metalli più mobili come lo zinco e il cadmio con un intervallo di tempo ritardato, raggiungevano poi i tessuti degli alberi, attraverso il passaggio nel suolo.
Durante il periodo successivo, caratterizzato da un migliore controllo delle emissioni, le concentrazioni di zinco, cadmio, cromo e nichel rilevate nelle foglie si sono ridotte parallelamente a quelle dei cloruri, diminuendo poi dal 2001 a valori inferiori a quelli registrati prima della messa in funzione dell’inceneritore.
Il piombo, a differenza di quanto avviene per lo zinco, non viene praticamente assorbito dalle piante. Il contenuto di piombo all’interno delle foglie di faggio non si è praticamente modificato con l’avvio dell’incenerimento dei rifiuti. Grazie alla riduzione della sua presenza nei carburanti per gli autoveicoli già a partire dall’inizio degli anni '70, le concentrazioni di piombo sono progressivamente diminuite, scendendo dal 2001, al di sotto della soglia tecnica di rilevamento.
Con andamento contrario, dal 1974 in poi le concentrazioni di zolfo nelle foglie sono aumentate costantemente in tutti gli alberi analizzati. Alluminio e boro si sono comportati allo stesso modo. Negli ultimi anni essi presentavano valori medi superiori rispetto al passato. Livelli elevati di sodio si sono registrati in particolare dopo gli inverni ricchi di neve degli anni 2009 e 2011. Tali aumenti sono infatti dovuti al sale impiegato per i servizi stradali invernali.
Per contro, gli elementi nutrienti importanti per la crescita delle piante come il calcio, il potassio, il magnesio, il manganese, il ferro e il rame sono rimasti praticamente invariati durante i 40 anni delle misurazioni. La concentrazione dell'azoto e del fosforo, le due sostanze nutrienti principali per le piante, nel periodo 1974 - 2000 in alcune stazioni di misurazione sono tuttavia risultate superiori a quelle del periodo 2001-2011. Probabilmente vi è stato un effetto di fertilizzazione dei suoli provocato dall’IIR.
Fig. 8: Il contenuto di cloruri nelle foglie di faggio è un buon indicatore delle emissioni di acido cloridrico provenienti dagli IIR. Foto: Thomas Reich (WSL)
Conclusioni
Il fogliame dei vegetali, in particolare degli alberi, è in grado di filtrare le emissioni gassose e le polveri presenti nell'atmosfera. In tal modo il contenuto di cloruri all’interno delle foglie dei faggi si è rilevato adatto quale bioindicatore dei livelli di inquinamento prodotti dalle emissioni connesse con i processi di incenerimento dei rifiuti. All’interno di tale contesto l’acido cloridrico rappresenta una componente chiave. Questo vale in particolare nei casi come quello esaminato, nei quali nelle vicinanze non sono presenti altre fonti di emissione di cloruri, che potrebbero eventualmente influenzare la loro concentrazione nelle foglie a lungo termine. Il contenuto di cloruri rilevati nelle foglie, nel caso di Niederurnen si è dimostrata essere un eccellente indicatore per il monitoraggio delle emissioni.
Traduzione: Fulvio Giudici (Sant’Antonino)