Il Black Carbon (BC) è una delle componenti più rilevanti del particolato atmosferico derivante dai processi di combustione. Negli ultimi anni l’interesse scientifico nei confronti di questo inquinante è cresciuto in modo significativo, sia per i suoi effetti sulla salute pubblica sia per il suo contributo ai cambiamenti climatici. Organizzazioni internazionali come l’OMS e l’Agenzia Europea per l’Ambiente riconoscono la crescente importanza del monitoraggio delle componenti carboniose del particolato atmosferico, e in particolare del BC, per comprendere meglio gli impatti dell’inquinamento atmosferico sulla salute e sull’ambiente.
A livello normativo, il Black Carbon è stato incluso tra i parametri oggetto di monitoraggio dalla Direttiva (UE) 2024/2881 sulla qualità dell’aria ambiente. Tuttavia, un metodo armonizzato di misura a livello europeo è ancora in fase di definizione.
In questo articolo approfondiremo il ruolo del BC nel monitoraggio della qualità dell’aria, analizzandone gli effetti sulla salute umana e sul clima, le principali metodologie utilizzate per la sua determinazione e le tecnologie oggi disponibili per il suo monitoraggio. Verranno inoltre presentate le principali strumentazioni impiegate in ambito scientifico e ambientale, dalle tecniche ottiche ai sistemi più avanzati per la caratterizzazione degli aerosol carboniosi, con uno sguardo alle prospettive future e alle attività di standardizzazione che stanno contribuendo a definire criteri condivisi per la misura del Black Carbon.
L’importanza del monitoraggio del Black Carbon
Il Black Carbon è prodotto principalmente dalla combustione incompleta di combustibili fossili, biomassa e carburanti. Appartiene alla categoria degli aerosol carboniosi, una famiglia complessa di particelle che comprende diverse forme di carbonio presenti nell’atmosfera, ed è caratterizzato da una spiccata capacità di assorbire la radiazione luminosa lungo gran parte dello spettro visibile e infrarosso.
Nella letteratura scientifica, il termine Black Carbon viene comunemente utilizzato per identificare la frazione carboniosa del particolato determinata mediante tecniche ottiche, ossia mediante tecniche basate sulla misura dell’attenuazione e/o dell’assorbimento della radiazione luminosa.
Gli effetti del Black Carbon sulla salute e sul clima
L’interesse nei confronti del BC è cresciuto significativamente negli ultimi anni grazie alla crescente evidenza del suo impatto sulla salute umana. Numerosi studi epidemiologici hanno infatti evidenziato una correlazione tra l’esposizione agli aerosol carboniosi e l’aumento del rischio di patologie cardiovascolari e respiratorie. Le particelle di Black Carbon appartengono prevalentemente alla frazione fine del particolato e possono penetrare in profondità nel sistema respiratorio, raggiungendo gli alveoli polmonari e, in alcuni casi, il sistema circolatorio.
Oltre agli impatti sanitari, il BC svolge un ruolo importante nel sistema climatico. Grazie alle sue proprietà ottiche e alla sua elevata capacità di assorbire la radiazione solare, rappresenta la principale componente antropogenica assorbente della radiazione nell’atmosfera. Per questo motivo contribuisce al riscaldamento atmosferico e può influenzare diversi processi climatici sia a livello locale sia globale. Il Black Carbon è oggi considerato non solo un indicatore della qualità dell’aria, ma anche un parametro chiave nelle strategie di mitigazione dei cambiamenti climatici.
Sebbene la normativa europea continui a basarsi principalmente sul monitoraggio delle concentrazioni di PM10 e PM2.5, cresce l’interesse verso l’integrazione di indicatori aggiuntivi in grado di migliorare la comprensione degli effetti della qualità dell’aria sulla salute e sull’ambiente.
Verso uno standard europeo per il Black Carbon: il lavoro del CEN
L’inserimento del Black Carbon nella Direttiva (UE) 2024/2881 ha segnato un’importante evoluzione nel percorso di approfondimento e monitoraggio degli inquinanti atmosferici. Tuttavia, affinché i dati raccolti dai diversi Paesi europei possano essere confrontati in modo affidabile, è necessario disporre di metodologie di misura armonizzate e condivise.
Attualmente non esiste ancora uno standard CEN di riferimento per il monitoraggio del BC e il panorama delle tecniche disponibili comprende diversi approcci strumentali, ciascuno caratterizzato da specifici vantaggi, limiti applicativi e principi di misura. La definizione di uno standard europeo consentirebbe di migliorare la comparabilità dei dati prodotti dalle reti di monitoraggio, supportare l’elaborazione delle future politiche ambientali e favorire una più corretta valutazione degli impatti del BC sulla salute e sul clima.
Il CEN/TC 264 e il nuovo sottogruppo sul Black Carbon
Le attività europee di normazione nel settore della qualità dell’aria vengono coordinate dal CEN/TC 264 “Air Quality”, il Comitato Tecnico del CEN responsabile dello sviluppo e dell’aggiornamento delle norme relative al monitoraggio della qualità dell’aria.
All’interno di questo contesto è attualmente in corso la revisione della norma UNI EN 16909:2017, dedicata alla determinazione del contenuto di Carbonio Elementare (EC) e Carbonio Organico (OC) nel particolato atmosferico PM₂.₅. La revisione della norma rappresenta un’occasione per aggiornare le procedure esistenti alla luce delle più recenti evidenze scientifiche e delle esigenze emergenti nel campo del monitoraggio degli aerosol carboniosi. PM_TEN vi partecipa attivamente attraverso i propri esperti, nominati da UNI – Ente Italiano di Normazione come rappresentanti italiani all’interno del gruppo di lavoro.
Nel corso della riunione del Working Group svoltasi l’1 e 2 ottobre 2026, uno dei temi discussi è stato proprio l’avvio delle attività finalizzate alla costituzione di un nuovo sottogruppo dedicato allo studio delle metodologie per la determinazione del Black Carbon. L’iniziativa testimonia la crescente attenzione che la comunità tecnica e normativa europea sta riservando a questo parametro e potrebbe rappresentare il primo passo verso la definizione di un futuro metodo armonizzato di riferimento a livello europeo.
La partecipazione di PM_TEN come delegato italiano UNI
UNI è l’organismo nazionale che rappresenta l’Italia nei principali tavoli di normazione europei e internazionali e contribuisce allo sviluppo degli standard tecnici applicati in numerosi settori industriali, scientifici e ambientali.
La partecipazione di PM_TEN a queste attività consente di portare nei tavoli tecnici l’esperienza maturata nel campo del monitoraggio del particolato atmosferico, della caratterizzazione degli aerosol carboniosi e dello sviluppo di soluzioni innovative per la misura del Black Carbon. Il confronto diretto con istituti di ricerca, enti di controllo ambientale, laboratori e produttori di strumentazione provenienti da tutta Europa rappresenta un’importante opportunità per contribuire all’evoluzione delle future metodologie di misura e alla definizione degli standard che guideranno il monitoraggio del BC nei prossimi anni.
Tecniche e modalità di monitoraggio del Black Carbon
Principali metodologie
Le metodologie utilizzate per la misura degli aerosol carboniosi possono essere ricondotte a due grandi categorie: tecniche ottiche e tecniche termo-ottiche.
Tecniche ottiche ed Equivalent Black Carbon (eBC)
Le tecniche termo-ottiche vengono utilizzate principalmente per la determinazione del contenuto di Carbonio Elementare e Carbonio Organico nei campioni di particolato raccolti su filtro. Queste metodologie rappresentano oggi uno dei principali riferimenti scientifici per la caratterizzazione delle componenti carboniose del particolato atmosferico e trovano ampio impiego negli studi di speciazione chimica e nelle attività di ricerca e monitoraggio ambientale.
Le tecniche ottiche invece si basano sulla capacità del Black Carbon di assorbire la radiazione luminosa. Attraverso la misura dell’assorbimento della luce è possibile stimare la concentrazione di BC presente nell’atmosfera. Per questo motivo, il parametro correttamente determinato è più propriamente definito come eBC (Equivalent Black Carbon), ovvero una stima indiretta della massa di particelle assorbenti ottenuta a partire dalle proprietà ottiche del particolato.
Il ruolo della MAC nella stima del Black Carbon
La determinazione ottica del Black Carbon avviene generalmente in due fasi. In una prima fase viene misurato il coefficiente di assorbimento della luce (babs) su filtro. Successivamente questo parametro viene convertito in concentrazione di eBC attraverso l’applicazione di un fattore denominato Mass Absorption Cross-section (MAC), che rappresenta l’efficienza di assorbimento delle particelle carboniose. La corretta selezione del valore di MAC è uno degli aspetti più critici per ottenere stime affidabili della concentrazione di Black Carbon.
Le più recenti evidenze scientifiche mostrano come il valore di MAC non possa essere considerato universale, ma dipenda dalle caratteristiche del sito di monitoraggio, dalla stagionalità, nonché dalle sorgenti emissive presenti e dalle proprietà fisiche delle particelle. Per questo motivo frequentemente si raccomanda l’utilizzo di valori MAC determinati localmente attraverso misure simultanee di assorbimento ottico ed Elemental Carbon, al fine di ridurre l’incertezza associata alle stime di eBC.
Strumentazioni principali
Per la misura del Black Carbon sono oggi disponibili diverse tecnologie, sviluppate per rispondere a esigenze differenti di monitoraggio e ricerca.
Strumenti per il monitoraggio continuo: aethalometro e MAAP
Tra gli strumenti più diffusi rientrano gli aethalometri, che stimano la concentrazione di BC attraverso la misura dell’attenuazione della luce da parte delle particelle depositate su un nastro di fibra di vetro. Grazie alla loro capacità di fornire dati in tempo reale, sono ampiamente utilizzati nelle reti di monitoraggio della qualità dell’aria. Questa tecnica è però soggetta a possibili artefatti influenzati dal carico del filtro, morfologia del particolato raccolto e scattering multiplo.
Un’altra tecnologia ampiamente diffusa è il MAAP (Multi Angle Absorption Photometer), che combina misure di trasmissione e diffusione della luce per stimare in modo più accurato l’assorbimento ottico degli aerosol atmosferici. Nonostante la produzione del MAAP sia stata interrotta negli ultimi anni, questo strumento continua a rappresentare uno dei riferimenti più autorevoli per la misura dell’assorbimento ottico degli aerosol grazie alla sua ridotta incertezza di misura e all’approccio che tiene conto simultaneamente della luce trasmessa e diffusa dal campione raccolto sul filtro.
Strumenti per la ricerca e la caratterizzazione avanzata
Nell’ambito della ricerca scientifica vengono inoltre impiegati strumenti più avanzati, come i sistemi fotoacustici, che misurano l’energia assorbita dalle particelle sotto forma di segnale acustico, e gli strumenti a incandescenza laser, utilizzati per caratterizzare il carbonio assorbente a livello delle singole particelle di BC.
Per la caratterizzazione avanzata degli aerosol carboniosi trovano infine applicazione analizzatori multi-spettrali come il MWAA (Multi-Wavelength Absorption Analyzer), che consentono di studiare le proprietà ottiche del particolato raccolto su filtro e di approfondire la valutazione delle diverse sorgenti emissive.
Accanto alle misure effettuate a terra, esistono anche approcci basati su osservazioni satellitari di Aerosol Optical Depth (AOD), che consentono di valutare la distribuzione e l’evoluzione degli aerosol atmosferici su scala regionale e globale.
Confronto tra le principali tecniche e strumenti di misura del Black Carbon:
| Tecnica / strumento | Principio di misura | Grandezza | Tempo reale | Contesto d’uso tipico |
|---|---|---|---|---|
| Termo-ottica (analizzatore OC/EC) | Analisi termica del campione su filtro con correzione ottica del charring | EC, OC | No, laboratorio | Riferimento per la caratterizzazione (UNI EN 16909) e per la stima della MAC locale |
| Aethalometro | Attenuazione della luce su nastro filtrante, a più lunghezze d’onda | eBC | Sì | Reti di monitoraggio della qualità dell’aria, supersiti |
| MAAP | Trasmissione e diffusione della luce a più angoli su filtro | eBC | Sì | Stazioni di riferimento e di fondo (produzione interrotta) |
| Fotoacustica | Energia assorbita dalle particelle in sospensione convertita in segnale acustico | Assorbimento, eBC | Sì | Ricerca scientifica |
| Incandescenza laser | Incandescenza delle singole particelle riscaldate da un laser | rBC | Sì | Ricerca, caratterizzazione delle singole particelle |
| MWAA | Assorbimento a più lunghezze d’onda su filtro già campionato | eBC, Assorbimento spettrale, contributi delle sorgenti | No, post-campionamento | Studi di source apportionment |
| GIANO BC1 | Campionamento normativo di PM10 o PM2.5 e misura ottica del BC sullo stesso filtro | PM, eBC | Quasi tempo reale | Monitoraggio ambientale con analisi successive sul campione |
Focus sulle strumentazioni
Le diverse tecnologie disponibili rispondono a esigenze complementari. Gli strumenti per il monitoraggio continuo consentono di seguire l’evoluzione temporale delle concentrazioni di Black Carbon, mentre le tecniche di laboratorio permettono di approfondire le caratteristiche chimiche e ottiche del particolato raccolto.
Nell’ambito delle proprie attività di monitoraggio e ricerca, PM_TEN impiega il MWAA (Multi-Wavelength Absorption Analyzer) per le analisi post-campionamento su filtro. Questa tecnologia consente di determinare le proprietà di assorbimento degli aerosol carboniosi a diverse lunghezze d’onda e di supportare studi di source apportionment, permettendo una più approfondita comprensione delle sorgenti emissive presenti sul territorio.
Per il monitoraggio ambientale, PM_TEN ha sviluppato e utilizza il GIANO BC1, uno strumento che integra il campionamento normativo del particolato atmosferico con la misura in riflessione del Black Carbon. Il sistema permette di effettuare contemporaneamente il campionamento di PM10 o PM2.5 e la misura del BC quasi in tempo reale sullo stesso filtro.
Uno dei principali punti di forza di GIANO BC1 è la possibilità di mantenere il campione disponibile per successive analisi gravimetriche, chimiche e termo-ottiche. Questo consente di correlare direttamente le concentrazioni di particolato e Black Carbon ottenute sul medesimo campione e, se necessario, eseguire ulteriori analisi termo-ottiche per ottenere una caratterizzazione più completa degli aerosol carboniosi e valori di BC maggiormente rappresentativi del sito di monitoraggio.
Il GIANO BC1 è stato utilizzato e validato in differenti contesti applicativi, inclusi ambienti urbani, siti influenzati dal traffico veicolare, contesti industriali e campagne di ricerca dedicate alla qualità dell’aria, dimostrando la capacità di integrare monitoraggio continuo e caratterizzazione avanzata del particolato atmosferico.
La tecnologia alla base di GIANO BC1 è il risultato di un’attività di ricerca e sviluppo che ha visto il coinvolgimento diretto di PM_TEN, co-proprietaria del brevetto e responsabile dello sviluppo scientifico e della validazione del modulo ottico utilizzato per la misura del BC.
Prospettive future sul monitoraggio del Black Carbon
In uno scenario in cui qualità dell’aria, salute pubblica e cambiamento climatico sono sempre più strettamente interconnessi, il Black Carbon è destinato a diventare un parametro di riferimento sempre più importante per la comprensione dei fenomeni atmosferici e per la definizione di strategie efficaci di monitoraggio e mitigazione. Il continuo aggiornamento delle tecnologie di misura, delle metodologie di analisi e dei riferimenti normativi rappresenterà un elemento fondamentale per tutti gli operatori del settore nei prossimi anni.
Tra le principali evoluzioni attese vi sono:
● la definizione di procedure armonizzate per la misura del BC;
● l’impiego di sistemi di misura a più lunghezze d’onda;
● l’integrazione tra tecniche ottiche e metodologie termo-ottiche;
● l’espansione delle reti di monitoraggio dedicate agli aerosol carboniosi.
In generale, le raccomandazioni elaborate in ambito europeo evidenziano come la combinazione tra misure di assorbimento ottico e determinazioni di EC secondo UNI EN 16909 rappresenti una delle strategie più efficaci per migliorare l’accuratezza e la comparabilità dei dati.
In questo contesto, soluzioni innovative come GIANO BC1 dimostrano come sia già possibile integrare il monitoraggio continuo del Black Carbon con il campionamento normativo del particolato atmosferico, favorendo una maggiore qualità e completezza delle informazioni disponibili per enti pubblici, agenzie ambientali, università e operatori del settore.
