Benzo[a]pyren jako marker znečištění ovzduší

V tomto článku se podíváme na benzo[a]pyren (BaP) - karcinogenní polycyklický aromatický uhlovodík (PAH, PAU), sloužící jako marker znečištění ovzduší PAH. Podle nejnovějších odhadů Světové zdravotnické organizace (World Health Organization, WHO) umírá ročně na následky špatné kvality ovzduší až 4,2 milionů lidí.

Co jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU)?

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) tvoří významnou skupinu látek, z nichž většina vykazuje nepříznivé účinky na vodní organismy i na člověka. Vzhledem k jejich perzistenci mají schopnost dlouho přetrvávat ve vodním prostředí.

Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2008/105/ES vybrané látky PAU zařadila na seznam prioritních látek, z nichž anthracen, benzo[a]pyren, benzo[b]fluoranthen, benzo[k]fluoranthen, benzo[g,h,i]perylen a indeno[1,2,3-cd]pyren jsou identifikovány jako prioritní nebezpečné látky.

Podle Rámcové směrnice 2000/60/ES ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky je potřeba cíleně snižovat vypouštění, emise a úniky těchto látek, v případě prioritních nebezpečných látek jde dokonce o zastavení nebo postupné odstranění vnosu do životního prostředí. Požadavky výše uvedených směrnic byly implementovány do Nařízení vlády č. 401/2015 Sb.

Polycyklické aromatické uhlovodíky náleží k všudypřítomným látkám, vyskytujícím se ve všech složkách životního prostředí. Jsou jednou z nejčastějších příčin nedosahování dobrého chemického i ekologického stavu povrchových vod.

Čtěte také: Liberecký kraj a kvalita ovzduší

Polycyklické aromatické uhlovodíky můžeme nalézt ve všech složkách životního prostředí. To je dáno tím, že dominantním zdrojem znečištění jsou spalovací procesy, jež jsou jak přirozeného, tak antropogenního původu. Nejvýznamnějším přirozeným zdrojem PAU jsou vulkanická činnost, požáry vegetačního pokryvu a některé sedimentované horniny. Antropogenní emise PAU neprůmyslového charakteru vznikají cíleným vypalováním vegetace, z domácích topenišť či kouřením.

Vznik a chování PAU v prostředí

Míra produkce PAU závisí na procesu spalování a druhu použitého paliva. Nejvyšší je při nedokonalém spalování, což se děje většinou v lokálních domácích topeništích. Mechanismus vzniku PAU zahrnuje dva procesy: pyrolýzu a pyrosyntézu. Při nedokonalém spalování není vyloučena ani emise primárních PAU obsažených v palivu.

Primární emise PAU do ovzduší převažují v plynné fázi, poměrně rychle však dochází k jejich kondenzaci a sorpci na jemné prachové částice při ochlazování spalin. Rychlost sorpce záleží na molekulové hmotnosti. Toto rozdělení je důležité, protože výše uvedené skupiny PAU vykazují v prostředí rozličné chování.

Při spalování uhlí vznikají především fenanthren (přes 50 %), v menší míře anthracen a fluoranthen, v malém množství benzo[a]pyren (0,5 až 2,4 %). V atmosféře dochází k rozkladu především nízkomolekulárních PAU slunečním zářením. Vysokomolekulární PAU jsou sorbovány na částice o různé velikosti. Čím menší částice, tím je potřeba delší degradační čas na rozložení PAU (až několik týdnů), a tím delší je i doba setrvání PAU v atmosféře.

Z atmosféry jsou PAU suchou a mokrou depozicí vnášeny do dalších složek životního prostředí. Vysokomolekulární PAU vzhledem ke své delší životnosti jsou od zdroje přenášeny na velké vzdálenosti v závislosti na klimatických podmínkách a ročním období. V zimních měsících je koncentrace PAU v ovzduší výrazně vyšší než v letním období.

Čtěte také: Elektromotory a znečištění: Překvapivé výsledky

Z atmosféry se PAU suchou a mokrou depozicí dostávají na vegetaci a zemský povrch. Na zemědělsky obhospodařovaných půdách PAU pronikají vlivem orby do hlubších vrstev půdy, v ostatních případech zůstávají v povrchových vrstvách. Nízkomolekulární PAU částečně zpětně těkají do atmosféry nebo se rozkládají fotochemickými procesy. Přítomná je i biodegradace působením mikroorganismů, která je převládajícím faktorem rozkladu primárních PAU. Rychlost degradace záleží na typu půdy a obsahu organického uhlíku.

Do vegetace z půdy a z atmosféry přecházejí kořenovým systémem i listy zvláště nízkomolekulární PAU s 2 až 3 aromatickými jádry, jež tvoří až 80 % sumy PAU. Relativně vysoká koncentrace naftalenu v plodinách je dána jeho vyšší rozpustností ve vodě. Vysokomolekulární PAU jsou sorbovány na povrchu vegetace.

Erozními splachy z půd, vegetace a ze zpevněných povrchů komunikací a městských aglomerací se PAU dostávají do povrchových vod. Tento typ přenosu v terestrických systémech dominuje nad přímým spadem na volnou hladinu. Vysokomolekulární PAU se ve vodě přednostně vážou na jemné částice nerozpuštěných látek a na vhodných místech podle charakteru proudění sedimentují.

V dobře prokysličených tocích je proces degradace PAU rychlejší, a to jak ve vodním sloupci, tak i v říčním sedimentu. Kladnou roli v procesu jejich degradace hraje i míra mikrobiálního oživení vodního prostředí. Přítomné rozpuštěné organické látky (DOM - Dissolved Organic Matter) urychlují fotodegradaci nízkomolekulárních PAU usnadněním tvorby reaktivních meziproduktů a naopak inhibují fotodegradaci vysokomolekulárních PAU.

V povrchových vodách jsou PAU dlouhodobě příčinou nedosahování dobrého chemického stavu. V posledním hodnoceném tříletí 2016 až 2018 nevyhovělo nebo nebylo klasifikováno celkem 54,7 % útvarů povrchových vod v ukazateli fluoranthen a 99,3 % v ukazateli benzo[a]pyren.

Čtěte také: Zlepšení ovzduší Dolní Domaslavice

Všudypřítomnost PAU v životním prostředí, nedosahování dobrého stavu vod a nebezpečnost pro zdraví člověka jsou důvodem, proč je potřeba věnovat pozornost těmto látkám.

Zdravotní rizika PAU

Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) zatřídila 60 polycyklických aromatických uhlovodíků do skupin podle jejich potenciál­ních karcinogenních účinků pro člověka. Z 15 PAU sledovaných v rámci projektu ATMDEP náleží do skupiny 1 - „prokázaný karcinogen“ benzo[a]pyren. Do skupiny 2A - „pravděpodobně karcinogenní pro člověka“ náleží dibenzo[a,h]anthracen. Do skupiny 2B - „podezřelý karcinogen pro člověka“ náleží benzo[a]anthracen, benzo[b]fluoranthen, benzo[k]fluoranthen, chrysen, indeno[1,2,3-c,d]pyren. Do skupiny 3 - neklasifikovatelný“ náleží acenaften, anthracen, benzo[g,h,i]perylen, fluoranthen, fluoren, fenanthren a pyren.

Benzo[a]pyren je v současnosti jediným zástupcem PAU v 1. skupině. V těle metabolizuje na PaP-7,8-diol 9,10-epoxid, který může poškodit DNA. U 3. skupiny nejsou ještě dostatečné důkazy o jejich karcinogenních účincích.

Nelze opomenout, že PAU působí ve směsi. Proto řada autorů vyvinula hodnoty toxických ekvivalentů (TEFs) pro jednotlivé PAU, které jsou vztaženy k toxicitě benzo[a]pyrenu (BAP = 1).

Benzo[a]pyren (BaP) v České republice

Benzo[a]pyren patří v současnosti k hlavním problémům znečištění ovzduší v České republice. V minulém roce (2017) byl imisní limit pro roční průměrnou koncentraci, rovný 1 ng/m3, překročen na téměř dvou třetinách (65,8 %, 25 z 38) všech stanic s dostupnými daty. U žádné jiné látky s platným imisním limitem nedochází k překročení na tak velkém podílu stanic. Navíc je na některých místech tento limit překročen několikanásobně.

Stanice s nejvyššími průměrnými ročními koncentracemi BaP v ČR (2017)

Zdroj dat: ČHMÚ

Relativně vysoké koncentrace jsou i na východní Moravě a v severovýchodních Čechách a okolí Kladna. Jak si ukážeme v další části článku, takřka výhradním zdrojem BaP v ČR je lokální vytápění. Problém vysokých koncentrací BaP se tak ve velké míře týká malých obcí, ve kterých navíc není prováděno rutinní měření.

V rámci kampaně měření v malých obcích byla v roce 2017 měřena koncentrace BaP v topné sezóně ve dvou obcích Jihomoravského kraje - Ostopovice a Moravany. V Brně jsou koncentrace BaP sledovány na dvou stanicích: Brno-Líšeň a Brno-Masná. Obě stanice patří mezi menšinu stanic, na kterých v roce 2017 nebyl překročen imisní limit (Brno-Líšeň: 0,6 ng/m3, Brno-Masná: 0,7 ng/m3). Koncem listopadu 2016 během kampaňového měření byly v některých dnech denní průměrné koncentrace BaP v Ostopovicích 18x vyšší než v Brně-Líšni.

Koncentrace BaP vzhledem ke svému nejvýznamnějšímu zdroji (lokální vytápění, viz níže) vykazují velmi výrazný roční chod s maximem během topné sezóny a minimy v létě. K vyšším koncentracím v zimě přispívají také obecně horší rozptylové podmínky, což platí obecně pro téměř všechny znečišťující látky, s výjimkou přízemního ozonu, jehož koncentrace jsou naopak nejvyšší v letních jasných a horkých dnech (dáno fotochemickým vznikem ozonu jako sekundárního polutantu).

Bohužel, s výjimkou roku 2006, kdy byly průměrné koncentrace BaP v ČR nejvyšší (kvůli velmi špatným rozptylovým podmínkám ten rok), nelze pozorovat žádný klesající trend.

Situace v Evropě

Zhodnotit situaci v evropském kontextu můžeme na základě nedávno vydané zprávy Evropské agentury pro životní prostředí (European Environment Agency, EEA). Hodnocení v této zprávě jsou provedena na základě ohlášených koncentrací z roku 2016 od všech 25 členských států, s výjimkou Řecka, Rumunska a Malty a naopak zahrnující Norsko a Švýcarsko (celkem k dispozici 698 stanic).

Průměrné roční koncentrace nad 1,0 ng/m3 byly naměřeny v celkem 13 státech, především ve střední a východní Evropě. Nejhorší situace je v tomto ohledu nadále v Polsku. Světová zdravotnická organizace (World Health Organization, WHO) navíc doporučuje koncentrace BaP ještě několikanásobně nižší, než je současný imisní limit (0,12 ng/m3). Všechny země s výjimkou Nizozemska a Švédska měly v roce 2016 alespoň jednu stanici, kde byla striktnější hodnota 0,12 ng/m3 překročena (průměrnou roční koncentrací pod touto mezí se mohlo v roce 2016 „pochlubit“ pouze 14 % stanic). EEA také jasně zmiňuje, že vysoké koncentrace BaP jsou způsobeny především kvůli lokálnímu vytápění uhlím a dřevem. V některých zemích jižní Evropy má významnější podíl také spalování zemědělského odpadu.

Z výše uvedené mapy je vidět, že Česká republika patří v evropském kontextu k zemím s nadprůměrnými ročními koncentracemi BaP. Kromě zmíněného Polska a ČR jsou vyšší koncentrace například také v Maďarsku, Slovensku, Rakousku, Itálii nebo Chorvatsku. Velmi dobře je na tom například Nizozemsko, Švédsko, Portugalsko či Španělsko. Je to dáno jak nižším podílem lokálního vytápění, tak v případě jižněji položených zemí nižší potřebou vytápění obecně.

Situace v Jihomoravském, Zlínském kraji a Kraji Vysočina

V aglomeraci Brno jsou měřeny koncentrace BaP v lokalitě Brno-Líšeň a Brno-Masná. Na obou lokalitách nebyl v roce 2017 překročen imisní limit (stejně jako o rok dříve). Jako pozaďová stanice slouží v JMK stanice v Kuchařovicích (okres Znojmo) a BaP je sledován také v Hodoníně.

Na ani jedné ze 4 lokalit měření BaP v JMK nebyl v posledních 5 letech překročen platný imisní limit. Koncentrace BaP na těchto lokalitách patří dlouhodobě k nejnižším v celé republice, v některých případech byly dokonce zcela nejnižší. Ač se však na první pohled zdá situace v JMK dobrá, z praxe víme, že tomu tak není. V JMK je poměrně velkým problémem lokální vytápění v malých obcích. ČHMÚ provádí i krátkodobá měření právě v malých obcích a naměřené koncentrace několikanásobně převyšují hodnoty z výše uvedených tří stanic (teplárny Brno v rámci centrálního vytápění využívají zemní plyn). Během nepříznivých rozptylových podmínek se můžou vysoké koncentrace v malých obcích významně podepsat i na zvýšených koncentracích ve vzdálenějším okolí, což lze některé dny pozorovat i v Brně.

V kraji Vysočina je BaP měřen na observatoři v Košeticích. Vzhledem k poloze této stanice (odlehlý kopec za lesem) jsou zde koncentrace této znečišťující látky dlouhodobě prakticky nejnižší ze všech stanic, na kterých ČHMÚ BaP dlouhodobě sleduje. Imisní limit zde překračován není.

Horší je situace ve Zlíně. Tady bohužel dochází k překračování imisního limitu pravidelně: 1,8 ng/m3 (2013), 1,4 ng/m3 (2014), 1,7 ng/m3 (2015), 1,5 ng/m3 (2016) a 1,8 ng/m3 (2017). Za vyššími koncentracemi BaP ve Zlínském kraji stojí stejně jako všude jinde lokální vytápění, podepisuje se zde ale také poloha blíže Moravskoslezskému kraji a Polsku, odkud při severovýchodním směru větru můžou znečišťující látky dálkovým transportem pronikat.

Zdroje benzo[a]pyrenu

Konečně se dostáváme k tomu, co je příčinou vysokých koncentrací BaP, a to nejen v České republice. Na tuto otázku jsme si již víceméně odpověděli v předchozím textu, nyní se tedy podíváme na podrobnosti a konkrétní čísla.

Emise BaP můžou být jak antropogenního, tak také přírodního původu. Tato organická látka vzniká obecně spalováním organické hmoty (uhlí a dřeva) a proto se do ovzduší uvolňuje například i během lesních požárů.

Přirozené emise BaP jsou však na našem území víceméně zanedbatelné v porovnání s emisemi antropogenními. Vznikají během nedokonalého spalování při teplotách 300 až 600°C. K tomu dochází nejčastěji právě v menších kotlích při spalování pevných paliv.

Veškeré zemědělství, doprava i služby se dohromady nepodílí na emisích BaP ani 2 %. Emise BaP pochází takřka výhradně z lokálního vytápění domácností (98,3 %). Dá se tedy říci, že za vysoké koncentrace látky, jejíž koncentrace nejvýrazněji a v největším rozsahu překračují imisní limity v ČR, můžou jednotlivé domácnosti. Z toho také plyne výrazně omezenější možnost státu tuto situaci řešit. Regulace velkých průmyslových podniků či zdrojů znečištění ovzduší je v tomto ohledu výrazně snadnější - je jich méně, lze je regulovat.

Při hledání řešení regulace za účelem snížení koncentrací BaP narážíme na celou řadu dalších problémů, jako například potenciální narušování osobní svobody (možnost neohlášených domovních prohlídek) apod. Cestou je jistě i aktivní podpora čistějších způsobů vytápění - tady lze zmínit například kotlíkové dotace (samozřejmě však omezeny finančními prostředky státu). Důležitá je jistě také osvěta - řada občanů se domnívá, že topení dřevem - tedy zcela přirozeným palivem - je zcela čistým způsobem vytápění. Může být a nemusí. Vždy totiž záleží do velké míry na podmínkách, za kterých je dřevo spalováno. Nejlepším řešením pro oblasti, kde není možné využít centrálního vytápění, je topení automatickým kotlem s co nejlepší emisní třídou, či využití tepelného čerpadla.

Souhrn

• Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci karcinogenního BaP je překračován na dvou třetinách stanic.
• Nejhorší situace je v Moravskoslezském kraji a okolí Kladna.
• V evropském kontextu je na tom nejhůře Polsko.
• V Brně imisní limity v posledních pěti letech nebyly překročeny, jiná situace je však v malých obcích v JMK či ve Zlínském kraji.
• Takřka výhradním zdrojem emisí BaP je lokální vytápění domácností (vzniká při nedokonalém spalování dřeva a uhlí).

tags: #marker #ovzdusi #znecisteni

Oblíbené příspěvky:

• Důvody neochoty pomáhat přírodě
• Střední škola Chodov a ekologie
• Krása těla a kouzlo lesa
• Průmyslový odpad a recyklace
• Patičky v emailech