La classe dei composti organici volatili, (COV) o VOC (dall'inglese Volatile Organic Compounds), comprende diversi composti chimici le cui molecole contengono gruppi funzionali diversi: tali composti nel loro insieme hanno comportamenti fisici e chimici differenti, ma sono accomunati dal fatto che presentano un'elevata volatilità, caratteristica, ad esempio, dei comuni solventi organici aprotici apolari, come i diluenti per vernici e benzine.
Tali composti comprendono gli idrocarburi liquidi in condizioni normali (contenenti, come elementi unici, carbonio e idrogeno, e che si dividono in alifatici e aromatici) e i composti contenenti ossigeno, cloro o altri elementi oltre al carbonio e l'idrogeno (detti "eteroatomi", come le aldeidi, gli eteri, gli alcooli, gli esteri, i clorofluorocarburi (CFC) e gli idroclorofluorocarburi (HCFC).
La legislazione italiana definisce "composti organici volatili" quei composti organici che, alla temperatura di 293,15 K (20 °C), abbiano una pressione di vapore di 0,01 kPa o superiore.
Composti organici volatili, biogenici ed antropogenici I composti organici volatili si suddividono in tre categorie, in relazione alle fonti di provenienza: composti antropogenici, originati principalmente dalle attività umane, come i solventi derivati del petrolio e i prodotti delle combustioni; includono il benzene, il toluene, il metano, il tetracloruro di carbonio, l'etano, ecc. In particolare, l'uso industriale di combustibili fossili produce COV, direttamente dai prodotti (per esempio benzina), o indirettamente come sottoprodotti (ad esempio gas di scarico dei veicoli a motore). composti biogenici di origine prevalentemente naturale, come i terpeni (α-pinene, β-pinene, limonene, sabinene, ecc.), che sono contenuti negli oli essenziali vegetali; composti antropogenici e biogenici, come l'isoprene (largamente sintetizzato a livello industriale per la produzione di materie plastiche e gomme sintetiche).
Fonti antropiche Si è stimato che le fonti antropogeniche emettano complessivamente circa 142 milioni di tonnellate di carbonio all'anno sotto forma di composti organici volatili.A. H. Goldstein, I. E. Galbally "Known and Unexplored Organic Constituents in the Earth's Atmosphere" Environmental Science & Technology 2007, 1515–1521.
Componenti specifici Vapori di cottura I vapori di cottura contribuiscono per un 10-30% sulle emissioni di composti organici volatili, con una dominanza variabile in base all'orario e alla densità delle cucine e ristoranti, con produzione di Aldeidi a catena lunga.
Pitture e rivestimenti Una delle principali fonti dei VOC antropogenici sono sostanze presenti nella formulazione dei rivestimenti, in particolare nelle vernici e nei rivestimenti protettivi. I solventi generalmente vengono emessi da film protettivi o decorativi. I solventi tipici sono gli idrocarburi alifatici, l'etil acetato, gli eteri glicolici, e l'acetone.
L'impatto ambientale di tali VOC è considerevole, anche a causa dell'enorme quantitativo di prodotti che contengono tali sostanze: infatti si stima che sul pianeta Terra vengano prodotti, ogni anno, circa 12 miliardi di litri di vernici.
A causa dei costi, dei rischi ambientali e di regolamentazioni sempre più stringenti, le industrie di vernici e rivestimenti hanno, nel corso del tempo, adottato soluzioni che comportino l'uso di solventi ad acqua, anche per la produzione di vernici acriliche.
Clorofluorocarburi e clorocarburi I clorofluorocarburi (CFC), il cui utilizzo è stato bandito in molti Paesi, sono stati ampiamente utilizzati sia nei prodotti per la pulizia che nei fluidi refrigeranti. Il tetracloroetilene è ampiamente utilizzato nel lavaggio a secco e dall'industria.
Benzene Il benzene è un VOC antropogenico cancerogeno presente nel fumo di tabacco, nei carburanti stoccati, e nell'evaporazione delle benzine (ad esempio dalle auto in stazionamento). Il benzene viene emesso anche da fonti naturali come i vulcani e gli incendi boschivi spontanei. Spesso viene usato per realizzare altri prodotti chimici per la produzione di materie plastiche, resine e fibre sintetiche. Il composto evapora rapidamente, e il suo vapore, più pesante dell'aria, si accumula nelle zone basse, aumentandone così il rischio per la salute e la sicurezza. Il consumo di cibo e acqua contaminati da benzene può indurre vomito, vertigini, eccessiva sonnolenza diurna, tachicardia, e morte.
Cloruro di metilene Il cloruro di metilene è un VOC molto pericoloso per la salute umana. Si può trovare in adesivi e vernici spray, e provoca cancro negli animali.
Secondo la normativa italiana, i prodotti contenenti cloruro di metilene debbono essere utilizzati all'esterno. Negli ambienti chiusi, è necessaria una ventilazione adeguata.
Percloroetilene Anche il percloroetilene è un VOC che si è dimostrato generare il cancro negli animali. È sospettato inoltre di produrre diversi sintomi respiratori correlati alla sua esposizione. Il percloroetilene è usato per lo più nei lavaggi a secco. Per evitare l'esposizione è quindi necessaria una completa asciugatura degli indumenti prima di indossarli.
Metil-terz-butil etere Il MTBE venne vietato negli Stati Uniti intorno al 2004, al fine di limitare l'ulteriore contaminazione dell'acqua potabile, dovuta principalmente a perdite dei serbatoi di stoccaggio sotterranei di benzina, in cui è stato usato per aumentare il numero di ottano o come additivo antidetonante.
Formaldeide Anche questo è un composto cancerogeno. Molti materiali da costruzione, come vernici, adesivi, pannelli da parete e soffitto, piastrelle sintetiche, emettono lentamente formaldeide, in grado di irritare le mucose e possono aumentare l'irritazione e la suscettibilità ad ulteriori aggressioni chimiche. Le emissioni di formaldeide dal legno di produzione industriale e da laminati plastici su legno, sono comprese tra 0,02 e 0,04 ppm. Un'elevata umidità relativa e temperature elevate favoriscono una maggior vaporizzazione della formaldeide dei materiali legnosi.Wolkoff, P., & Kjærgaard, S. K. (2007). The dichotomy of relative humidity on indoor air quality. Environment International, 33(6), 850-857.
Aria interna
Dal momento che le persone trascorrono la maggior parte del loro tempo a casa o in un ufficio, l'esposizione a lungo termine ai VOC in un ambiente interno, può contribuire alla sindrome da edificio malato.Wang, S., Ang, H. M., & Tade, M. O. (2007). Volatile organic compounds in indoor environment and photocatalytic oxidation: State of the art. Environment International, 33(5), 694-705. Negli uffici e nelle case, nuovi arredi, rivestimenti murali, e apparecchiature per ufficio come fotocopiatrici, e ovviamente le combustioni delle stufe e il fumo del tabacco, possono liberare VOC.Yu, C., & Crump, D. (1998). A review of the emission of VOCs from polymeric materials used in buildings. Building and Environment, 33(6), 357-374. Una buona ventilazione e il condizionamento dell'aria sono utili a ridurre le emissioni. Gli studi dimostrano anche che leucemia e linfoma possono aumentare in caso di esposizione prolungata a VOC nell'ambiente interno.Irigaray, P., Newby, J. A., Clapp, R., Hardell, L., Howard, V., Montagnier, L., et al. (2007). Lifestyle-related factors and environmental agents causing cancer: An overview. Biomedicine & Pharmacotherapy, 61(10), 640-658.
Regolamento in interni di emissioni di VOC Per definire correttamente i VOC, viene usata dalla maggioranza delle nazioni una serie di metodi di misurazione dei composti organici: adsorbimento di aria su Tenax TA chromosorb carbone attivo e simili adsorbenti desorbimento termico separazione gascromatografica su una colonna capillare analisi in massa ionizzazione di fiamma.
I VOC appaiono nel cromatogramma e sono generalmente compresi tra n-esano e n-esadecano. Dalle analisi a cui si sottopongono i VOC si possono identificare, oltre ai VOC, i VOC (composti organici molto volatili) e i SVOC (composti organici semivolatili).
I VOC inoltre vengono inquadrati in una serie di standard internazionali e normative, tra cui: la ISO 16000-6 la ISO 13999-2 la VDI 4300-6 il tedesco AgBB evaluating scheme il tedesco DIBt approval scheme il GEV testing method di EMICODE.
Alcune panoramiche, oltre a valutare le emissioni di VOC, sono state raccolte e sono state comparate. Francia e Germania hanno emanato regole volte a limitare le emissioni di COV dei prodotti commerciali, così sono stati sviluppati nel tempo una serie di marchi ecologici volontari, come: EMICODE M1 Blue Angel Indoor Air Comfort. Negli Stati Uniti sono utilizzate diverse norme. Ad esempio in California lo standard maggiormente utilizzato è il CDPH Sezione 01.350.
Emissioni biogeniche L'importanza delle emissioni biogeniche, soprattutto in alcune zone, è divenuta evidente, quando si sono comparate le stime di BVOCComposti Organici Volatili Biogenici alle stime di emissioni antropogeniche. Negli Stati Uniti, ad esempio, nel 1990 venne stimata un'emissione biogenica di composti organici volatili pari a 30.860 tonnellate all'anno, contro 21.090 tonnellate all'anno di VOC antropogenici. La quantità di emissioni biogeniche è maggiore delle emissioni antropogeniche, soprattutto nel periodo estivo e in concomitanza dell'aumento del quantitativo di ozono, in particolare nelle zone rurali.
Le interazioni con l'atmosfera e il suolo Le emissioni di carattere biogenico sono di particolare importanza per la loro influenza sul bilancio totale del carbonio e sulla capacità di reazione con l'ozono, i radicali OH e NO3, nella produzione di inquinanti atmosferici come l'ozono, gli aldeidi, i chetoni, i perossidi organici ed il monossido di carbonio. La distribuzione dei VOC è dovuta alla somma tra le sorgenti che li emettono, e le reattività chimiche proprie di ogni composto.
Nelle aree rurali la concentrazione di idrocarburi insaturi può aumentare a causa delle emissioni provenienti sia dal suolo che dalla vegetazione. Nelle aree forestali il contributo delle sorgenti naturali diventa notevole, portando ad un significativo effetto sulla chimica e la fotosintesi a scala locale, regionale o globale.
Anche gli incendi, lontano da aree industrializzate o aree urbane, possono divenire una fonte di idrocarburi insaturi, in grado di alterare la composizione dei gas a livello traccia.Bonsang e Boissard, 1999. La vegetazione è la sorgente principale delle emissioni VOC biogeniche. Si calcola che la vegetazione emetta circa la metà degli idrocarburi biogenici (THC) non metanici, tra cui isoprene, terpene e emiterpene. Su scala globale si stima che la vegetazione emetta 1,2 1015 gC anno−1, un quantitativo pari alle emissioni globali di metano (CH4).Baldocchi et al., 2001.
È inoltre in dubbio che le emissioni di composti organici volatili da parte della vegetazione costituiscano una parte non trascurabile del carbonio rilasciato in atmosferaGeron et al., 1994; Guenther et al., 1995., anche se la loro alta reattivitàTempi di vita che variano da minuti ad ore. e grandi variazioni spaziali e temporali dei tassi di emissione, conducono ad un'estrema variabilità della concentrazioneBonsang e Boissard, 1999.. I BVOC sono spesso suddivisi in 4 classi: isoprene (C5H8), monoterpeni (C10Hx), VOC reattivi (ORVOC) (CxHyOz) ed altri (OVOC).