I composti organici volatili: cosa sono e perchè misurarli

Il concetto di qualità dell’aria indoor (IAQ – Indoor Air Quality) si riferisce alla qualità dell’aria presente all’interno di un edificio o un ambiente confinato, e comprende aspetti sia relativi alla salute che allo stato di comfort delle persone in tale spazio. Negli ultimi decenni si è sviluppata una maggiore consapevolezza verso l’importanza di avere una buona IAQ negli ambienti indoor frequentatati alla luce del fatto che passiamo al loro interno la quasi totalità del nostro tempo e che, per ragioni di risparmio energetico, i nuovi edifici sono costruiti per essere il più possibile ermetici.

Quest’ultimo aspetto può infatti avere ripercussioni negative sulla presenza di alcuni inquinanti atmosferici, che possono concentrarsi in ambienti indoor se scarsamente ventilati, con possibili conseguenze sulla salute degli occupanti. In particolare, in aggiunta ad altri parametri misurati più frequentemente quali temperatura dell’aria, umidità relativa e anidride carbonica (CO₂) è importante monitorare una determinata classe di inquinanti gassosi, le cui fonti di emissione sono direttamente presenti negli ambienti chiusi che frequentiamo abitualmente (uffici, abitazioni, ecc.) e sono diverse da quelle della CO₂ (generata dalle persone): i composti organici volatili.

I Composti Organici Volatili: caratteristiche e fonti

I composti organici volatili (più spesso indicati con l’acronimo derivante dall’inglese: VOC, ovvero Volatile Organic Compounds) sono un gruppo di molecole formate da catene di atomi di carbonio, caratterizzate a volte anche dalla presenza di elementi come ossigeno, azoto o zolfo, che a temperatura ambiente (20-25 °C) si trovano nell’atmosfera sotto forma di gas. La famiglia dei VOC comprende un ampio insieme di composti e negli ambienti indoor ne sono stati individuati finora più di 300.

La loro presenza in uno spazio chiuso può avere effetti negativi sulla salute delle persone di un dato ambiente, in quanto possono causare irritazione degli occhi e del naso, mal di testa e nausea, e portare perfino allo sviluppo di patologie molto più gravi come asma, allergie o cancro. Questi effetti avversi dipendono dal singolo composto, dalla sua concentrazione nell’ambiente confinato e dal tempo di esposizione dell’occupante.

Le emissioni di VOC possono avere numerosi fonti, tra cui: prodotti per la pulizia, cosmetici o deodoranti, apparecchiature elettroniche come stampanti e fotocopiatrici, materiali da costruzione (ad esempio colle, vernici, adesivi, solventi, ecc.) e arredi (mobili, moquette, rivestimenti, ecc.). Elevate concentrazioni di VOC vengono riscontrate spesso nei periodi immediatamente successivi all’installazione di nuovi materiali o arredi, e le emissioni tendono tipicamente a diminuire col passare del tempo.

Fa eccezione tuttavia la formaldeide, un particolare composto volatile che tende a essere emesso in concentrazioni costanti anche per periodi di tempo molto prolungati (mesi/anni). La formaldeide, oltre ad essere un prodotto di alcuni processi di combustione come il fumo di sigaretta, viene anche emessa come conseguenza della degradazione di alcune resine usate soprattutto nel settore del legno. Nel 2004 questa molecola è stata indicata dallo IARC (Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro) come cancerogeno certo: è quindi raccomandabile che la sua concentrazione sia il più bassa possibile negli ambienti indoor.

La legislazione italiana: i criteri ambientali minimi

I Criteri Ambientali Minimi (CAM) rispondono all’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale di un determinato ciclo produttivo, promuovendo modelli di consumo più sostenibili. Nel 2017 sono stati stabiliti i criteri ambientali minimi necessari per mantenere una buona qualità dell’aria negli spazi confinati, definendo per diverse categorie di prodotti da costruzione e/o ristrutturazione (pitture, vernici, pavimentazioni, pannelli, adesivi, ecc.) dei limiti di emissione di alcuni VOC, elencati nella Tabella 1. Il rispetto dei CAM è un fattore nella valutazione dei criteri di aggiudicazione di appalti ed è obbligatorio nell’ambito dei lavori di ristrutturazione o nuova costruzione di edifici pubblici.

I limiti di emissione individuati dai CAM sono espressi in microgrammi di sostanza emessa per metro cubo di aria e vengono valutati a distanza di 28 giorni dall’inizio del monitoraggio. La determinazione di queste emissioni deve essere svolta in conformità con gli standard internazionali (in particolare UNI EN 16516:2017 e UNI EN ISO 16000-9), che prescrivono il modo più rigoroso per svolgere questa tipologia di misure, basato sull’inserimento del materiale da testare in una camera a tenuta stagna e la raccolta e analisi di campioni di aria prelevati dalla camera in cui è posizionato il campione sotto studio.

All’interno dell’istituto di ricerca per le energie innovabili di Eurac Research è presente un laboratorio costruito appositamente per lo svolgimento di questa tipologia di analisi, i cui servizi sono rivolti ad aziende o ad altri enti di ricerca che hanno tra i loro scopi lo sviluppo di materiali edilizi e da costruzione.

Il VOC LAB: una risorsa di Eurac Research

Il Volatile Organic Compounds Lab, o il VOC Lab, è un laboratorio dell’Istituto per le Energie Rinnovabili di Eurac, ed è stato sviluppato nell’ambito del progetto di ricerca MEZeroE*, finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea .

Il VOC Lab è stato concepito per integrarsi in maniera organica con numerosi altri laboratori, incrementando le infrastrutture disponibili presenti sul territorio della Provincia Autonoma di Bolzano.
Il laboratorio di ricerca è composto da due camere per test di emissione (di volume pari a 1 e 6 m3, visibili nella Figura 2) che, grazie alle loro caratteristiche, possono essere utilizzate per numerosi scopi di ricerca. Le camere sono infatti ermetiche, permettendo quindi il controllo delle condizioni interne ed evitando scambi incontrollati con l’aria dell’ambiente circostante.

È inoltre possibile modulare la temperatura interna (tra 23 e 65 °C per la camera da 1 m³ e tra 23 e 50 °C per quella di volume pari a 6 m³) e il tasso di umidità relativa (che può arrivare fino all’80% a 23 °C). Infine, è possibile modificare secondo le proprie esigenze la velocità dell’aria all’interno delle camere e il tasso di ricambio della stessa, ovvero ogni quante ore si ha un totale ricambio dell’aria all’interno delle camere.

Le pareti interne delle camere sono rivestite di acciaio inossidabile, che previene l’adsorbimento degli inquinanti gassosi sulle superfici interne, garantendo l’accuratezza dei test condotti, insieme al sistema di filtraggio dell’aria che entra nelle camere, che è accuratamente trattata per ridurre al minimo la concentrazione di fondo di VOC e/o formaldeide presenti nella camera.

Utilizzando le camere appena descritte è quindi possibile effettuare test di emissione di VOC e formaldeide, inserendo al loro interno mobili e materiali da costruzione, e prelevando a determinati intervalli di tempo dei campioni di aria dalla camera, che vengono analizzati chimicamente per determinare la tipologia e la quantità di inquinanti emessi dal campione posto all’interno della camera.

La presenza nel laboratorio di un analizzatore di formaldeide permette anche di effettuare un monitoraggio di formaldeide in tempo reale, anche della durata di diverse ore o giorni.
Oltre ai test di emissione è poi possibile valutare le proprietà di rimozione di inquinanti gassosi di un campione di materiale, anche in presenza di illuminazione, ed effettuare dei test di valutazione delle proprietà di sensori o di purificatori d’aria, le cui performance possono essere valutate variando la concentrazione di un determinato inquinante nelle camere e in condizioni di temperatura e umidità relativa differenti.

Cosa si può testare nel VOC LAB?

Le numerose potenzialità fornite dalle camere di prova sopra descritte ci permettono di offrire alle aziende interessate diversi servizi, a seconda delle esigenze del cliente, volte alla caratterizzazione e allo sviluppo di propri prodotti innovativi. I test che possono essere svolti nel VOC Lab sono:

• Test di emissione (conformi agli standard UNI EN 16516:2017 e UNI EN ISO 16000-9)
  Possibilità di monitorare la presenza e quantificare fino a 61 composti chimici tra VOC e aldeidi emessi dal campione a 3 e 28 giorni dopo l’inserimento in camera, tramite uso di cartucce adsorbenti che vengono successivamente analizzate tramite gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) per l’analisi di VOC ed aldeidi, rispettivamente.
  
• Monitoraggio di formaldeide in continuum
  Determinazione in tempo reale della quantità di formaldeide emessa dal campione inserito in camera, con la possibilità di monitorare il trend di variazione della concentrazione dell’inquinante per diverse ore/giorni.
  
• Valutazione delle proprietà di rimozione di inquinanti
  Possibilità di monitorare le performance di abbattimento della concentrazione di un inquinante (ad esempio CO2, formaldeide, ecc.) di un determinato prodotto sviluppato dal cliente, anche illuminando il campione con luce artificiale da interno o che mimi la radiazione solare.
  
• Valutazione delle proprietà di sensori
  È possibile valutare le proprietà di misura di un particolare sensore su diversi parametri come temperatura, umidità relativa, concentrazione di CO₂ e di altri inquinanti (ad es. formaldeide), in differenti condizioni operative.
  
• Valutazione delle performance di strumenti di purificazione dell’aria
  Potendo controllare le condizioni interne delle camere ed inserirvi al loro interno concentrazioni note di alcuni inquinanti è possibile valutare l’efficacia di purificatori d’aria nella rimozione dei contaminanti presenti, anche in relazione al variare delle condizioni di temperatura e umidità relative.

Grazie alle prove svolte all’interno del VOC Lab è quindi possibile ottenere una panoramica sulle caratteristiche dei propri materiali o strumenti innovativi per proseguire nello sviluppo di prodotti sostenibili e a basse emissioni di inquinanti.

*Questo laboratorio è parte di un progetto che ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione dell’Unione Europea Horizon 2020, sotto l’accordo di sovvenzione No. 953157. Il progetto H2020 MEZeroE (Measuring Envelope products and systems contributing to next generation of healthy nearly Zero Energy Buildings) ha lo scopo di creare un banco di prova dell’innovazione aperta (open innovation test bed, OITB) focalizzato sugli involucri degli edifici nZEB al fine di avere edifici migliori dal punto delle emissioni di anidride carbonica e del comfort e salubrità interni. L’OITB è composto da una rete europea di laboratori e servizi per il supporto allo sviluppo di soluzioni d’involucro innovative ed è accessibile tramite un portale unico (single-entry-point, SEP). Il VOC lab è stato realizzato in MEZeroE da Eurac Research all’interno di una linea pilota di test (pilot measurement and verification line, PL&VL) per effettuare l’analisi delle emissioni di inquinanti di materiali e/o prodotti edilizi innovativi.