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Nanosensori per il controllo dell’inquinamento atmosferico


Il controllo dell’inquinamento atmosferico è un problema che diventa sempre più importante nella nostra società.

Normalmente, il controllo di questo tipo di fenomeno avviene mediante la creazione di apposite centraline in grado di rilevare le condizioni ambientali, i cui dati vengono analizzati per identificare i segnali di pericolo relativi ad un specifica zona.

Il costo di queste centraline è piuttosto elevato e ne condiziona grandemente la diffusione che permetterebbe un efficace intervento sia consuntivo che preventivo.

Nell’ambito della ricerca di soluzioni alternative, il Comune di Milano ha commissionato alla Facoltà di Fisica e Matematica dell’Università Cattolica di Brescia una ricerca volta ad utilizzare strumenti alternativi per il rilevamento dei fattori inquinanti.

La Facoltà ha sviluppato un progetto basato sulla creazione di una centralina (costituita da un semplice PC e quindi con un costo notevolmente inferiore a quello di una centralina) in grado di utilizzare nanosensori a tubi di carbonio per la rilevazione dei dati dell’inquinamento.

I nanosensori erano progettati per rilevare un mix di 4 inquinanti (fra i quali l’ammoniaca) da inviare a FuzzyWorld (residente sul PC), addestrato per rilevare, dal mix di dati, l’eventuale presenza di ammoniaca in dosi superiori a quanto previsto nella zona specifica.

Il sistema esperto riceveva quindi un valore di inquinamento di quattro componenti (3 gas + ammoniaca) e doveva riconoscere da questo mix se il valore dell'inquinante oggetto della ricerca era fuori dalla norma.

L’addestramento del sistema esperto era fatto sulla base della rilevazione del valore del mix, attraverso il quale doveva essere riconosciuta la presenza di valori elevati di ammoniaca.

Dal punto di vista tecnico, il SE generato era una novità un'assoluta: si trattava infatti di invertire la funzione da valutare, dato che dal mix (di cui erano noti sia il valore che la valutazione "esperta") doveva essere ottenuta la valutazione dello specifico livello di ammoniaca attraverso le singole regole che riguardavano il valore del mix dei 4 inquinanti.

La ricerca ha dato ottimi risultati, riportati nei lavori sotto elencati; il cambio di amministrazione del Comune di Milano ha interrotto lo sviluppo più approfondito del lavoro, realmente promettente da tutti i punti di vista.

 

Abstract della pubblicazione:

The present study is focused on the implementation of a novel, low cost, urban grid of nanostructured sensors (based on carbon nanotubes) for ammonia concentrations monitoring, being NH3 one of the main precursors of secondary fine particulate.

The most significant interfering compounds (NO2, NOX and O3), capable to influence the sensor's selectivity, have been selected by analyzing, in the city of Milan, their atmospheric concentrations collected by the ARPA monitoring network.

The same data have also been used to train an Expert System, based on fuzzy logic and neural networks, aimed to extract the atmospheric concentration of ammonia (with a sensitivity of a few ppb) from the output signal of a model chemresistor gas sensor exposed to a gas mixture. In addition to the historical data set, the expert system has been fed with calibration curves (signal vs. concentration) of the gas sensor response to NO2, O3, NOX and NH3.

 

Riferimenti della pubblicazione su riviste e congressi specializzate dei risultati ottenuti:

  • Ammonia nanostructured sensor to implement a monitoring grid of urban environmental pollutants
  • Development of low-cost ammonia gas sensors and data analysis algorithms to implement a monitoring grid of urban environmental pollutants - Royal Society of Chemistry 2012 (http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/EM/C2EM30102D)
 

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