Potenziali rischi per la salute derivanti dal rilascio di nanoparticelle durante la sintesi di catalizzatori a base di Ni-Co e la preparazione di elettrodi per l'elettrolisi dell'idrogeno in laboratorio e nell'industria utilizzando l'approccio ART

Abstract

Questa tesi valuta i potenziali rischi per la salute occupazionale associati alla sintesi, alla manipolazione e allo scale-up di catalizzatori nanostrutturati di ossido di nichel-cobalto (NiCo₂O₄) per l’elettrolisi dell’acqua. Il processo di laboratorio comprende pesatura dei precursori, preparazione delle soluzioni, sonicazione, trattamento idrotermale, filtrazione, essiccamento, calcinazione e recupero finale della polvere. L’esposizione inalatoria in laboratorio è stata stimata mediante un approccio di bilancio di massa specifico per fase, considerando allocazione delle perdite di materiale, frazioni aerodisperse, scenari near-field e far-field, durata delle attività e ventilazione. Uno scenario pilota industriale ipotetico è stato inoltre valutato con l’Advanced REACH Tool (ART) per stimare l’esposizione a turno intero a nichel e cobalto elementari. I contributi TWA-equivalenti a 8 ore delle attività di laboratorio sono risultati inferiori ai valori di riferimento occupazionali selezionati, con filtrazione e gestione del wet cake come fase più rilevante. Nello scenario industriale il cobalto ha rappresentato la principale criticità in assenza di protezione respiratoria, mentre l’applicazione teorica di un respiratore FFP3 ha ridotto sensibilmente l’esposizione prevista. È stata inoltre condotta una valutazione di screening del rischio cancerogeno mediante valori di inhalation unit risk specifici per elemento. Nel complesso, lo studio integra analisi di processo, valutazione dell’esposizione, interpretazione tossicologica e gestione del rischio per supportare uno sviluppo e uno scale-up più sicuri della produzione di NiCo₂O₄.

This thesis evaluates potential occupational health risks associated with the synthesis, handling, and scale-up of nanostructured nickel–cobalt oxide (NiCo₂O₄) catalysts for water electrolysis. The laboratory process included precursor weighing, solution preparation, sonication, hydrothermal treatment, filtration, drying, calcination, and final powder recovery. A stage-specific mass-balance approach was used to estimate laboratory inhalation exposure, considering material-loss allocation, airborne-release assumptions, near-field and far-field scenarios, task duration, and ventilation. A complementary hypothetical pilot-scale scenario was assessed using the Advanced REACH Tool (ART) to estimate full-shift exposure to elemental nickel and cobalt. Laboratory task-specific 8-h TWA-equivalent contributions remained below the selected occupational reference values, with filtration and wet-cake handling representing the most relevant exposure stage. In the industrial scenario, cobalt represented the main occupational concern under unprotected conditions, while theoretical FFP3 respiratory protection substantially reduced predicted exposure. A screening-level carcinogenic risk assessment was also performed using element-specific inhalation unit risk values. Overall, the study integrates process analysis, occupational exposure assessment, toxicological interpretation, carcinogenic risk screening, and risk-management considerations to support safer development and scale-up of NiCo₂O₄ catalyst production.