Oxid uhličitý v ovzduší

Oxid uhličitý (CO2) je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je tvořen jedním atomem uhlíku a dvěmi atomy kyslíku. Je běžnou součástí zemské atmosféry (0,04%).

Oxid uhličitý má asi 1,5 x vyšší hustotu než vzduch, proto má ve vyšších koncentracích (např. přirozené vývěry ze země) tendenci hromadit se při zemi. Je dobře rozpustný ve vodě, přičemž se zčásti (asi z 0,003 %) slučuje s vodou na kyselinu uhličitou. Je nehořlavý a z chemického hlediska se jedná o velmi stabilní látku, která se znatelně nerozkládá ani při teplotách přesahujících 2000°C. Při ochlazení pod - 80 °C plynný CO2 mění své skupenství za vzniku tuhé látky (desublimuje), která se nazývá suchý led.

Zdroje oxidu uhličitého

Oxid uhličitý je přirozeně se vyskytující plyn, jako součást koloběhu uhlíku je v podstatě jedinou základní surovinou všech organických sloučenin. V dobách utváření zemské atmosféry se dostával oxid do ovzduší především díky výrazné vulkanické aktivitě, v dnešní době však tento zdroj představuje pouze jedno až dvě procenta ve srovnání s emisemi CO2 plynoucích z lidských aktivit.

Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje uhlíku patří jakékoliv spalování uhlíkatých látek (od dopravy, průmysl, k domácím topeništím) a jeho úniky z výrobků, ve kterých je obsažen. Oxid uhličitý se uvolňuje do ovzduší při každém spalování. Právě spalovaní fosilních paliv jako je uhlí a ropa, vede k jeho značnému nárůstu v atmosféře. Lidstvo ročně spálí asi 8 miliard tun uhlí, 5 miliard tun ropy a asi 3 miliardy tun zemního plynu. Zdrojem oxidu uhličitého je také dýchání většiny živých organismů.

Emise oxidu uhličitého u vozidel se spalovacími motory jsou bezprostředně určeny spotřebou paliva. Zdrojem emisí oxidu uhličitého jsou průmyslové provozy, kde se buď využívá spalování či termických procesů, nebo je surovinou například vápenec a dochází k emisím oxidu uhličitého:

Čtěte také: Amoniak vs. Oxid Uhličitý: Dopady

• Spalovací procesy (uhlíkatá paliva)
• Koksárenství
• Rafinerie olejů a plynu
• Hutnictví a kovoprůmysl
• Cementárny
• Sklárny, výroba keramiky
• Tavení nerostných materiálů
• Zpracování celulózy a dřeva
• Předúprava vláken a textilií, vydělávání kůží a kožešin
• Zařízení na zneškodňování uhynulých zvířat

Odstraňování oxidu uhličitého z atmosféry se starají zejména rostliny a další autotrofní organismy, která ho využívá při fotosyntéze. Z tohoto hlediska je pro zachycování oxidu uhličitého nejvýznamnější mořský fytoplankton a také velké lesní ekosystémy. Velké množství oxidu uhličitého je také rozpuštěno ve světových mořích a oceánech, které tak regulují jeho množství v atmosféře.

Využití oxidu uhličitého

Oxid uhličitý se hodí k nejrůznějším průmyslovým účelům jak v plynném i pevném (v menší míře kapalném) skupenství. Používá se při sycení nápojů, jako chladící médium, v chemickém průmyslu slouží jako základní surovina řady organických látek, uplatňuje se jako ochranný plyn při svařování, představuje náplň hasicích přístrojů, zejména používaných pro hašení elektrických zařízení.

Stlačený nebo tuhý oxid uhličitý je využíván v potravinářském průmyslu a jako chladivo zejména při přepravě mražených výrobků. Dále je využíván pro výrobu šumivých nápojů a sodové vody. Oxid uhličitý je některými výrobci přidáván do piva a šumivých vín, přestože je zde obsažen díky přirozeným fermentačním pochodům. Další oblastí použití je kypření těst, kterého se dosahuje buď využitím kvasnic vytvářejících oxid uhličitý biologicky, nebo kypřícími přísadami, které oxid uhličitý uvolňují buď zahřátím, nebo působením kyseliny. Rovněž je využíván jako ochranná atmosféra.

Oxid uhličitý je rovněž používán jako levný a nehořlavý stlačený plyn pro nafukování záchranných vest či člunů. Malé bombičky slouží jako zdroj hnacího plynu pro vzduchové pušky či zbraně na paintball i k domácí výrobě sifonu. Nehořlavost oxidu uhličitého je využívána v podobě hasicích přístrojů plněných kapalným oxidem uhličitým. Z důvodu své velmi nízké ceny se využívá i jako ochranná atmosféra pro svařování kovů, přestože sváry vytvořené v ochranné atmosféře vzácných plynů helia či argonu jsou prokazatelně kvalitnější.

Kapalný oxid uhličitý je dobré rozpouštědlo pro řadu organických látek a je využíván například k extrakci kofeinu z kávy. Začal rovněž přitahovat pozornost farmaceutického i chemického průmyslu jako méně toxická alternativa pro tradičně používaná rozpouštědla na bázi chlorovaných organických látek. Oxid uhličitý je někdy přidáván na omezenou dobu (několik hodin) do atmosféry skleníků s cílem podpořit růst rostlin a především vyhubit škůdce jako moly, svilušky a další, jimž zvýšená koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší škodí.

Čtěte také: Rizika oxidu uhelnatého z kouře

Suchý led (tuhý oxid uhličitý) je využíván v divadlech a při hudebních představeních ke tvorbě zvláštních efektů. Po vložení do vody suchý led sublimuje a vznikající směs oxidu uhličitého a kondenzované vodní páry vytváří efekt mlhy těžší než vzduch. Další uplatnění lze nalézt v medicíně (stabilizace rovnováhy kyslík/oxid uhličitý v krvi) a v průmyslových laserech.

Oxid uhličitý a skleníkový efekt

Oxid uhličitý, společně s dalšími látkami jako jsou metan, oxid dusný, freony a ozon, patří mezi takzvané skleníkové plyny, které mají schopnost absorbovat tepelné (IR) záření Země, díky čemuž je ohřívána spodní vrstva atmosféry a zemský povrch. Pro zmíněný proces se používá termín skleníkový efekt. Vedle skleníkových plynů v něm hraje zásadní roli vodní pára, která se podle propočtů účastní na skleníkovém efektu ze 60%, na oxid uhličitý pak připadá 24% podíl.

Přirozený skleníkový efekt je velmi důležitý pro uchovávání stabilních teplotních podmínek na Zemi, nicméně v souvislosti s rozvojem lidských aktivit, zejména spalováním fosilních paliv, dochází k jeho dalšímu prohlubování. Zvýšení emisí skleníkových plynů, plynoucích z lidských činností, tak může vést k ovlivnění teplotní bilance Země, ve směru nárůstu průměrné teploty. Oxid uhličitý v atmosféře absorbuje infračervené záření zemského povrchu, které by jinak uniklo do vesmírného prostoru, a přispívá tak ke vzniku tzv. skleníkového efektu a následně ke globálnímu oteplování planety. Někdy je oxid uhličitý označován jako jediná příčina vzniku skleníkového efektu, to však není přesné, protože k jeho vzniku přispívají i jiné látky. Oxid uhličitý však ve vzniku skleníkového efektu hraje hlavní roli.

Probíhající a prohlubující se změna klimatu má jasnou příčinu - vliv člověka a produkci skleníkových plynů, především vlivem spalování fosilních paliv. Míra nárůstu oxidu uhličitého, jakožto hlavního skleníkového plynu antropogenního původu, je mimořádně rychlá. To vynikne zejména při srovnání s vývojem koncentrace oxidu uhličitého v geologické minulosti.

Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře

Oxid uhličitý je přirozenou složkou zemské atmosféry, přičemž jeho koncentrace v ovzduší kolísá v závislosti na místních podmínkách, na výšce nad povrchem a relativní vlhkosti vzduchu v ovzduší. Na roční kolísání koncentrace CO2 má také výrazný vliv vegetační sezóna, kdy jsou roční maxima dosahována přibližně v květnu a minima naopak v říjnu. Tento jev souvisí s vrcholem, respektive útlumem produkce rostlinné biomasy na severní polokouli, která hraje v tomto ohledu kvůli většímu podílu pevnin a tedy i větší rostlinné produkci, významnější roli než polokoule jižní.

Čtěte také: Cíle ČR 2050

Od průmyslové revoluce vzrostla koncentrace CO2 přibližně o 30%. Od průmyslové revoluce, tedy přibližně od roku 1750, koncentrace CO2 rychle rostou a dosahují vyšších hodnot než kdykoliv za poledních 800 000 let. Průměrné tempo růstu se navíc také zrychluje: v letech 1750-1949 koncentrace CO2 rostla o 2,1 ppm za dekádu, v letech 1950-1999 bylo tempo růstu 11,8 ppm za dekádu a v letech 2000-2020 koncentrace CO2 rostla tempem 21,8 ppm za dekádu. Koncentrace CO2 v průběhu roku kolísá o přibližně 5 ppm, maximum nastává na jaře, minimum na podzim.

Vzorky ledu z hloubkových ledovcových vrtů (až 3 800 m) obsahují velmi starý led (až 800 000 let). Fyzikální vlastnosti tohoto ledu vypovídají o podmínkách v dobách, kdy led zamrzl. V roce 2016 byly v Antarktidě objeveny ledovcové oblasti se stářím ledu okolo 2 miliónů let. Koncentrace CO2 v bublinkách takto starého ledu se pohybovaly v rozmezí 200-280 ppm. Od roku 1958 se měří přímo koncentrace CO2 ve vzduchu na Mauna Loa na Havaji, jako součást „Scripps CO2 program“. Koncentrace CO2 přesahující 400 ppm byly na planetě naposledy před asi 4 milióny let, přičemž na začátku třetihor před 50 milióny let přesahovaly koncentrace CO2 i hodnoty 1500 ppm.

Aktuální úroveň množství CO2 se pohybuje kolem 420 ppm, tedy částic oxidu uhličitého na milion částic vzduchu. V minulých dnech byla zveřejněna nová studie založená na masivní rešerši a pečlivé analýze, případně přepočtu výsledků dřívějších prací podle nejnovějších poznatků, na které se podílela skupina zhruba osmdesáti vědců ze šestnácti zemí. Výsledkem je nová rekonstrukce historického vývoje křivky koncentrací oxidu uhličitého za posledních 66 milionů let. Ta zasazuje současný a očekávaný budoucí vývoj CO2 do dlouhodobého kontextu.

Výsledky naznačují, že současných hodnot způsobených lidmi dosáhl atmosférický oxid uhličitý naposledy před 14 miliony let, tedy v miocénu. Dále ze studie vyplývá, že před zhruba 16 miliony lety byla úroveň CO2 naposledy dlouhodobě vyšší než nyní, a to na úrovni asi 480 ppm. Před 14 miliony lety klesla na současnou hladinu 420 ppm, v následujících obdobích pokles pokračoval a asi před 2,5 miliony lety dosáhla koncentrace CO2 hodnoty 270 až 280 ppm, což odstartovalo sérii dob ledových. Zhruba před 400 tisíci lety vznikli moderní lidé, kteří teprve před 250 lety začali spalovat fosilní paliva, což následně vedlo k už zmíněnému dramatickému nárůstu CO2 v atmosféře.

Vezmeme-li současný vývoj koncentrací, pak úrovně 480 ppm dosáhneme zhruba za dvacet let (kolem roku 2045). Při podobné úrovni v miocénu bylo Grónsko bez ledu a podle řady odhadů byla hladina moří asi o padesát metrů výše než dnes. Na planetě bylo v té době zhruba o 5 °C tepleji než v současnosti. A území, kde dnes existuje Česko, bylo - podobně jako v současnosti - teplejší než globální průměr. V té době „u nás“ žili například krokodýli.

Podle současných mainstreamových odhadů by při zdvojnásobení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře měla globální teplota vzrůst o 1,5 až 4,5 °C. Podle této nové studie (a rovněž i podle práce) by ale citlivost klimatického systému na toto zdvojnásobení CO2 mohla být výrazně vyšší a vést k oteplení o 5 až 8 °C. Zde je ale na místě důrazná poznámka - citlivost zemského systému popisuje změny klimatu během stovek až tisíců let, nikoli desetiletí a staletí, které jsou pro člověka bezprostředně relevantní.

Autoři sami zdůrazňují, že během dlouhých období může dojít ke zvýšení teploty vlivem řady zpětných vazeb, které následně zesilují bezprostřední skleníkový efekt vytvářený oxidem uhličitým ve vzduchu. Zmiňme například tání polárních ledovcových štítů, které by snížilo schopnost Země odrážet dopadající sluneční energii, což by prohloubilo další oteplování. Jinými slovy, změny klimatu, které nastartuje současný nárůst skleníkových plynů v atmosféře, můžou mít kaskádovitý efekt projevující se ještě tisíce let do budoucnosti.

Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře vzrostla na rekordních 419 ppm (částic z milionu). Jde o průměr hodnot naměřených v dubnu a v květnu na havajské observatoři Mauna Loa. Ta díky poloze uprostřed Tichého oceánu a ve výšce přes tři tisíce metrů nad mořem nabízí pro vědce mimořádně cenná data.

Koncentrace CO₂ během roku mírně kolísá, nejvyšší bývá právě na jaře. Letošní květen překonal dosavadní měsíční rekord z loňského května o půl procenta. Za posledních deset let vzrostla koncentrace CO₂ o šest procent a od předprůmyslové éry pak už o celou polovinu. Covid rekordně snížil emise skleníkových plynů.

Ke zvyšování koncentrace CO₂ v atmosféře přispívá zejména spalování fosilních paliv. Viditelný nárůst emisí způsobený lidskou činností pozorujeme od devatenáctého století a průmyslové revoluce. Co se bude dít s koncentracemi skleníkových plynů a nárůstem teplot v budoucnu, závisí podle Přibyly na tom, zda se nám podaří trend posledních dvou staletí zvrátit a naplnit některý ze scénářů Pařížské dohody.

Vliv oxidu uhličitého na zdraví

Oxid uhličitý je nedýchatelný a ve vyšších koncentracích může způsobit ztrátu vědomí a smrt. V krvi se totiž váže na hemoglobin a vytěsňuje tak kyslík, který se pak z plic obtížněji dostává do mozku a tkání těla. Běžné koncentrace oxidu uhličitého jsou neškodné, krátkodobá expozice větším dávkám může způsobit bolest hlavy, závratě, dýchací potíže, třes, zmatenost a zvonění v uších.

Oxid uhličitý není toxický v pravém slova smyslu ale je nedýchatelný. Dráždivý účinek je při inhalaci zanedbatelný, hlavní účinek je stimulace dýchání (prohloubení a zrychlení dechu) vedoucí až k ochrnutí dýchání. Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře je však velice nízká a nepředstavuje proto pro zdraví přímé riziko.

Ve vyšších koncentracích (například v nedostatečně větraných prostorách) však toxické působení vykazovat může. Krátkodobá expozice oxidu uhličitému může ihned nebo jen s krátkou časovou prodlevou způsobit bolest hlavy, závratě, dýchací potíže, třes, zmatenost a zvonění v uších. Vyšší expozice pak může způsobit křeče, kóma a smrt. Některé vážnější případy otrav mohou zanechat následky na mozku, způsobit změny osobnosti a poškození zraku.

Oxid uhličitý v běžné domácnosti nedosahuje životu nebezpečné koncentrace, ale může způsobovat zdravotní potíže a značný diskomfort. První příznaky účinku na tělo CO2 i CO jsou nespecifické - mezi ty nejčastější patří malátnost, bolest hlavy, nevolnost, únava a zmatenost.

Při hodnotách, které se blíží 2000 ppm CO2, můžete začít pociťovat únavu, nebudete schopni se tolik soustředit, můžete často zívat nebo vás začne trápit bolest hlavy. Tyto hodnoty se objevují například v ložnicích, kde spí 2 osoby a kde se celou noc nevětrá. Tím pádem můžete mít vlivem vydýchaného vzduchu také horší spánek. U hodnot 5000 ppm se už dostavuje silnější bolest hlavy a také nevolnost. To se může snadno stát například v přeplněné a přetopené tramvaji, kde jsou zavřená okna a neproudí tam čerstvý vzduch.

Detekce oxidu uhličitého

Přestože je v dnešní době detekce nebezpečných plynů již běžnou součástí domácností, pracovišť i veřejných budov, mnoho lidí stále tápe v tom, jaký je rozdíl mezi oxidem uhličitým a oxidem uhelnatým.

Většina z nás tráví spoustu času uvnitř budov. Není proto divu, že kvalita vnitřního ovzduší má zásadní dopad na naši pohodu a zdraví. Oxid uhličitý (CO2) je základním ukazatelem kvality ovzduší ve školách, veřejných budovách, kancelářích a obytných prostorech. Pomocí měřicího zařízení známého jako detektor CO2 můžete měřit obsah oxidu uhličitého ve vzduchu. Zařízení určují množství CO2 v místnosti udávané v ppm (počet částic na milion). Detektor oxidu uhličitého vám vizuálně i akusticky ukáže, kdy je dobré větrat. Můžete s ním tak zajistit optimální kvalitu vzduchu ve svých prostorech.

Senzory CO2 rozhodujícím způsobem přispívají ke kvalitě vnitřního ovzduší. Nejhorší situace je v bytech, třídách nebo kancelářích, kde se málo větrá. Důvodem je především vydechovaný oxid uhličitý, tedy plyn bez zápachu a chuti. Podle výzkumu Berlínské univerzity jsou vysoké hodnoty CO2 zároveň indikátorem možných koncentrací aerosolu ve vzduchu, který může obsahovat koronavirus nebo jiné nebezpečné patogeny. Pokud je hodnota CO2 vysoká, je možné vyvodit závěr, že vzduchu z plic je vydechováno hodně a po dlouhou dobu nedošlo k výměně vzduchu v místnosti větráním.

CO2 měřiče ale nejsou jen užitečnými parťáky pro lepší kvalitu vnitřního ovzduší a schopnost soustředit se ve škole, na pracovní schůzce nebo doma na home office. Pomáhají nám s hygienou a ochranou před viry, jako je například virus způsobující nemoc SARS-COV-2. Přístroje měří hodnoty CO2 a nemohou varovat před samotnou přítomností viru, nicméně pravděpodobnost jeho přítomnosti v ovzduší roste zároveň s množstvím CO2. Spolu s tímto plynem se totiž do vzduchu dostává i vydechovaný aerosol, který je pro virové částice nosičem.

Řada lidí si vůbec neuvědomuje, že za sníženou koncentrací v práci, ve škole nebo pocity, že vám není dobře, může stát jednoduše nedostatečně vyvětraná místnost. Abyste měli aktuální přehled o koncentraci oxidu uhličitého v ovzduší, pořiďte si měřič, který vám nepřetržitě bude zobrazovat hodnotu CO2. Kromě tzv. nuceného větrání, tedy mechanického otevření oken za cílem výměny vzduchu, je dobré přemýšlet také nad systémem centrální nebo decentralizované rekuperace. Tedy systému, při kterém dochází k neustálé výměně vydýchaného a těžkého vzduchu za čerstvý a zdravý bez toho, abyste ztratili v místnosti teplotu.

CO2 se vyjadřuje v jednotkách ppm (part per milion), v procentech nebo také v mg/m3. K jeho měření slouží měřič CO2, který je volně dostupný a můžete si ho pořídit za několik stovek korun.

Prevence a snižování emisí

Zákon stanovuje povinnost detekce oxidu uhelnatého pouze pro konkrétní typy prostor, například pro parkovací domy a podzemní garáže. V domácnostech tato povinnost neexistuje, nicméně instalace detektorů CO se důrazně doporučuje ve všech domácnostech, kde se nachází krby, kamna či plynové spotřebiče a kotle. Zákon dále stanovuje určité povinné kroky prevence vzniku CO v domácnostech. Mezi ty patří zejména pravidelné revize a čištění plynových spotřebičů a spalinových cest. Revize a údržba by dle platné vyhlášky měly probíhat jednou ročně, vždy před začátkem topné sezóny.

Co se detekce oxidu uhličitého tyče, opět platí, že každý zaměstnavatel musí zajistit svým zaměstnancům bezpečnost práce. Nebezpečná koncentrace oxidu uhličitého vzniká například v pivovarech a vinných sklepech, sklenících, spalovnách, kotelnách, šachtách apod.

V té se téměř všechny státy světa včetně všech velkých znečišťovatelů zavazují udržet nárůst průměrné globální teploty výrazně pod hranicí dvou stupňů Celsia ve srovnání s předprůmyslovou érou. Vyšší koncentrace CO2 v atmosféře vedou k silnějšímu skleníkovému efektu. Tepelné záření, které by jinak planeta Země vyzářila do vesmíru, skleníkové plyny pohlcují a vracejí zpět k povrchu. Země se proto otepluje.

K úplnému zastavení dalšího nárůstu průměrných teplot je přitom nutné dosáhnout klimatické neutrality, tedy zcela zastavit vypouštění skleníkových plynů do atmosféry. A na efekt pak ještě nějakou dobu čekat. Zatímco dříve klimatologové odhadovali, že by se změny projevily v horizontu 30 až 50 let, nové studie naznačují, že má klima setrvačnost kratší, zhruba deset let.

Nejefektivnější je otevření celého okna dokořán na několik málo minut a ideálně udělat průvan, kdy se vzduch v místnosti rychle vymění. Čím víc lidí se v místnosti nachází, tím rychleji se vzduch vydýchá. K tomu přispívají i domácí mazlíčci a stejně tak pokojové rostliny během noci.

Relativně výhodné je také pořízení a používání klimatizace. Ta totiž dokáže nejenom ochladit místnost během parného léta a naopak ji ohřát během studených měsíců, ale také upraví vlhkost a zajistí optimální proudění vzduchu uvnitř. Klimatizace nicméně stále patří mezi větší „žrouty“ elektrické energie. Praktickým řešením tak může být využití tepelného čerpadla, které si teplotu v místnosti ohlídá a energeticky není tak náročné jako samotná klimatizace.

Legislativa

Dle nařízení vlády o integrovaném registru znečišťování č. 368/2003 Sb. je ohlašovací práh pro zařazení provozu do IRZ pro emise a přenosy emise CO2 do ovzduší 100000000 (kg/rok). Přípustný expoziční limit (PEL) a nejvyšší přípustná koncentrace (NPK-P) pro oxid uhličitý v ovzduší pracovišť činí dle nařízení vlády č. 178/2001 Sb. Rámcová úmluva OSN o změně klimatu - Mezinárodní smlouva uzavřená na konferenci OSN o životním prostředí a rozvoji, která se uskutečnila v roce 1992 v Riu de Janeiru.

Tabulka: Zařazení látky v seznamu látek pro integrovaný registr znečišťování dle Nařízení Evropského parlamenu a Rady (ES) č. 166/2006, dle Nařízení vlády č. 145/2008 Sb. a dle Nařízení vlády č.

tags: #oxid #uhličitý #v #ovzduší

Oblíbené příspěvky:

• Metody monitoringu odpadu
• Směrnice EU o odpadech
• Emise výfukových plynů
• Problémy znečištění moře na Zakynthosu
• Tipy pro rychlejší kompostování listí