Reazioni fondamentali

La fonte principale di carbonio nella formazione di PCDD/F sembrano essere le strutture grafitiche deformi o degeneri. Né la grafite a struttura ordinata, né il carbonio amorfo generano una quantità eccessiva di PCDD/F. La quantità di PCDD/F che si forma dalla grafite normale è quattro volte inferiore rispetto a quella che si forma dalla grafite deforme.

La reazione basilare consiste nell'ossidazione del carbonio in microcristalliti A basse temperature (al di sotto dei 700 °C) ciò si verifica soprattutto in corrispondenza dei margini irregolari dello strato, in cui si formano dei punti attivi. Senza la presenza di un catalizzatore si tratta di un processo lento. L'ossidazione viene favorita da diversi ossidi metallici che agiscono da catalizzatori, tra cui il rame e il ferro. In seguito a tale processo si creano, oppure restano, delle strutture ad anello (ossidate), come ad esempio benzolo, fenolo, difenile, dibenzodiossine e -furani. Le ultime tre si formano dall'unione di strutture ad anello elementari, come le prime due sostanze, e tale processo viene denominato reazione di combinazione di Ullmann. Le strutture di DD/DF si possono anche costruire direttamente tramite l'ossidazione dello strato di carbonio e la successiva degradazione ossidante degli anelli di carbonio in eccesso.

La clorurazione di queste strutture elementari e condensate o direttamente dello strato di carbonio avviene contemporaneamente e viene fortemente catalizzata da alcuni sali di metalli, soprattutto rame (in tutte le forme). Anche la reazione di Ullmann degli anelli clorurati elementari viene accelerata dalla presenza di rame. Allo stesso tempo si hanno anche reazioni di declorurazione e decomposizione, anch'esse catalizzate dal rame. Quali siano le reazioni che prevalgono è soprattutto una questione di temperatura. Le temperature più elevate favoriscono la decomposizione.

La produzione netta di tutte queste reazioni è:
Per ogni lamella di grafite costituita da circa 30 anelli (carbonio 100) facente parte di una struttura a microcristalliti di 5-10 strati, si forma grosso modo una sola struttura aromatica policlorurata [nota personale: il resto viene trasformato in CO2 e composti aromatici non clorurati]. Per formare un PCCD/F sono necessari circa 200 strati. Occorre sottolineare che l'ossidazione avviene strato per strato. Ciò significa che la grafite normale, che contiene 5x10^4 anelli regolari di carbonio per strato, produce solo una quantità minima di aromatici e quindi di PCDD/F.

I metalli, come ad esempio il rame, il quale catalizza tutte e tre le reazioni che portano alla formazione di PCDD/F, provocano una formazione notevole della sostanza. Il ferro ha un effetto catalizzatore molto forte sulle reazioni di ossidazione, ma minore sulla clorurazione e le reazioni del tipo Ullmann. Molti altri metalli hanno effetti consistenti su alcune reazioni e molto più blandi su altre. Nessuno di essi è in grado di produrre una quantità di diossina cosÏ elevata come quella generata dal rame e dal ferro.

Le alternative

Esistono diverse alternative all'incenerimento, e ognuna di esse presenta dei vantaggi e degli svantaggi. Una delle alternative dell'incenerimento diretto è la termolisi, che avviene nella prima fase in assenza di aria. I rifiuti, a cui viene aggiunta della calce per captare i vapori acidi, vengono riscaldati fino a circa 500 °C, senza che siano combusti. Tutto il materiale organico viene carbonizzato. Dal momento che non c'è ossigeno nell'atmosfera, non si forma diossina. I gas vengono bruciati per carbonizzare i rifiuti. Non si osserva la presenza di diossine o altre sostanze nocive al di sopra dei limiti di rilevabilità (secondo coloro che l'hanno messa a punto!), perché nei gas è assente la fonte principale, ovvero i cristalliti di carbonio.
Il carbonio solido restante viene separato dalle sostanze incombustibili, lavato per eliminare i sali e può essere riutilizzato in sostituzione del coke per processi ad alta temperatura, come ad esempio la produzione di cemento. Un'altra alternativa (Siemens, Germania) è l'incenerimento all'interno dell'impianto (a 1.300 °C) per alimentare le caldaie.