Průměrný obsah CO2 v ovzduší a jeho význam

Oxid uhličitý je bezbarvý plyn bez zápachu. Je konečným stupněm oxidace uhlíku (organických látek) a výsledkem hoření za dostatečného přístupu kyslíku. 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. Rovněž je využíván jako ochranná atmosféra. Oxid uhličitý je rovněž používán jako levný a nehořlavý stlačený plyn pro nafukování záchranných vest či člunů. 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.

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.

Zdroje a spotřeba oxidu uhličitého

Přirozeným zdrojem emisí oxidu uhličitého je dýchání aerobních organismů, zatímco procesem vedoucím k jeho přirozenému úbytku je fotosyntéza zelených rostlin a absorpce oceány. Mezi další přírodní pochody emitující oxid uhličitý patří požáry a vulkanická činnost. Do koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře zásadním způsobem promlouvá člověk, konkrétně spalování fosilních uhlíkatých paliv, které představuje velmi významný zdroj emisí. Ostatní antropogenní emise ve srovnání se spalováním zaslouží označení jako málo důležité.

Oxid uhličitý je emitován všude tam, kde dochází ke spalovacím procesům uhlíkatých fosilních paliv - zemního plynu, ropných produktů, uhlí, koksu. Uvádí se, že energetickým využíváním 1 tuny odpadů se zamezí emisi zhruba 1 tuny ekvivalentu CO2. Zdrojem emisí je samozřejmě i spalování paliv biologického původu - biomasy, dřeva, bionafty a bioplynu. Podíl dopravy na tvorbě CO2 se odhaduje na 10 - 15 %. Emise oxidu uhličitého u vozidel se spalovacími motory jsou bezprostředně určeny spotřebou paliva.

Čtěte také: Environmentální manažer – platové ohodnocení

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:

• 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

Protože oxid uhličitý jako takový nachází použití v celé řadě odvětví a je využíván k nejrůznějším účelům, existuje rovněž široká možnost jeho emisí do atmosféry.

Vliv oxidu uhličitého na životní prostředí a zdraví

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. Oxid uhličitý však ve vzniku skleníkového efektu hraje hlavní roli. Oxid uhličitý není toxický v pravém slova smyslu ale je nedýchatelný. 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 je hlavním plynem přispívajícím k intenzifikaci skleníkového efektu a následně k oteplování planety. Nelze ho sice považovat za přímo nebezpečnou jedovatou látku (vyjma přímého nadýchání), avšak jeho dopady na globální klima jsou skrze skleníkový efekt velmi závažné. Světová meteorologická stanice varuje, že koncentrace skleníkových plynů za rok 2018 dosáhlo nového maxima (408 ppm CO2).

Výpočet produkce oxidu uhličitého

K odhadu produkce oxidu uhličitého spalováním lze použít jednoduchý bilanční výpočet ze známého spotřebovaného množství paliva. Jako krajní možnost můžeme zvolit palivo zemní plyn (methan, nejmenší poměr C:H) a koks (prakticky čistý uhlík). Z bilančního výpočtu plyne, že úplným spálením 1 kg methanu (přibližně 2 m3 za tlaku 101,325 kPa a teploty 20°C), resp. 1 kg koksu vznikne 2,74 kg, resp. 3,66 kg oxidu uhličitého. Zejména případ koksu je velice důležitý, protože se jedná o maximální množství oxidu uhličitého, které může z jakéhokoli uhlíkatého paliva vzniknout. Jiné složení paliva (např. uhlovodíky), obsah popelovin a dalších příměsí tento poměr jen snižují. Pro bezpečně nadhodnocený odhad produkce oxidu uhličitého proto postačuje vynásobit hmotnost spotřebovaného paliva 3,66.

Čtěte také: Česká republika: kvalita ovzduší

Odhad lze zpřesnit výpočtem ze složení konkrétního paliva, kdy je cílem vypočítat, kolik obsahuje 1 kg paliva uhlíku. Poté stačí opět tuto hmotnost vynásobit 3,66 a získáváme hmotnost oxidu uhličitého. Tam, kde je surovinou vápenec, může jako vodítko posloužit příklad: z 1 kg čistého vápence (CaCO3) vznikne například pražením či jinou reakcí přibližně 0,44 kg oxidu uhličitého (v případě teoretického 100% výtěžku).

Měření obsahu oxidu uhličitého

Obsah oxidu uhličitého ve spalinách či emitovaných vzdušinách lze přímo měřit s využitím mobilních přístrojů založených na infračervené spektrometrii, případně na refraktometrii. Další možností jsou termické analyzátory a metody spektrofotometrie a nefelometrie. Měření mohou zajistit komerční laboratoře. Navzdory tomu, že jeho koncentrace v atmosféře je velice nízká, je oxid uhličitý velice důležitou složkou, protože přispívá k intenzifikaci skleníkového efektu a oteplování planety.

Na tomto místě je vhodné zdůraznit, že přítomnost oxidu uhličitého v atmosféře je pro život nezbytná - jednak představuje zdroj uhlíku pro zelené rostliny (fotosyntéza) a jednak udržuje díky skleníkovému efektu stabilní a příznivé atmosférické podmínky pro život. V počátcích vývoje Země byl oxid uhličitý emitovaný vulkanicky nezbytnou podmínkou pro vývoj příznivého klimatu na Zemi, což vůbec umožnilo vznik a vývoj života.

Současný stav a vývoj koncentrace CO2

Současný problém spočívá v tom, že např. spalování fosilních paliv člověkem emituje do atmosféry ohromné množství oxidu uhličitého, množství větší, než jsou schopny přirozené pochody zpětně odstranit. Proto koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře od průmyslové revoluce neustále stoupá. V roce 2004 obsahovala atmosféra planety Země 0,038 % obj. oxidu uhličitého, což představuje hmotnost 2,7.1012 tun. Pro dokreslení objemu dopadů lidské činnosti na životní prostředí může sloužit tento příklad - vulkanická aktivita v současné době emituje do atmosféry přibližně 200 mil. tun oxidu uhličitého ročně, což je však jen asi 1 % ve srovnání s emisemi způsobenými lidskou činností (hlavně spalováním fosilních paliv uložených pod povrchem obsahujících obrovské množství uhlíku, který se však před jeho spálením neúčastnil globálního uhlíkového cyklu). Za posledních 50 let se průměrná koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře zvýšila z hodnoty 0,0316 % obj. na uvedenou hodnotu 0,0380 % obj. v roce 2004.

Do vývoje obsahu oxidu uhličitého v atmosféře nepříznivě promlouvá i mýcení deštných pralesů, které mají obrovskou schopnost absorbovat oxid uhličitý z atmosféry fotosyntézou. Právě fotosyntéza zelených rostlin, při které se působením slunečního záření tvoří z "jednoduchého" oxidu uhličitého a vody složité organické látky, je hlavním přirozeným procesem spotřebovávajícím oxid uhličitý z atmosféry. Dalším takovým procesem je jeho absorpce v oceánech, kde je poté zabudováván do vápenatých schránek živočichů (například korálů).

Čtěte také: Ochrana přírody – průměrné platy

Existují návrhy projektů, které berou uvedené skutečnosti vážně v úvahu a navrhují například systém, ve kterém cílené probublávání speciálních nádrží spalinami (tzn. oxidem uhličitým) podporuje intenzivní růst řas (tím je odstraňován oxid uhličitý), ze kterých by byla následně vyráběna bionafta. Spalování paliv biologického původu, zejména biomasy a bionafty, by potom z hlediska emisí oxidu uhličitého bylo vyváženo tím, že k jejich vzniku by byl nejprve oxid uhličitý z atmosféry spotřebován a fotosyntézou přeměněn na spalovanou biomasu, což v podstatě kopíruje uzavřený přírodní cyklus.

Od roku 2014 mapuje výskyt oxidu uhličitého družice NASA. Situace je natolik závažná, že musí dojít k řadě opatření. Součástí dokumentu pařížské dohody jsou závazky jednotlivých zemí omezit emise skleníkových plynů, které mají státy od roku 2015 každých pět let aktualizovat. Madridská klimatická konference tak zahájila klíčové období trvající do konce roku 2020, během kterého musí zhruba 200 signatářů dohody představit nové národní klimatické cíle.

Oxid uhličitý v interiérech

Oxid uhličitý obecně patří mezi ty méně závadné plyny, který se v našich domovech a kancelářích nachází, což není s žádným podivem, když jej přímo jako lidé generujeme / vydechujeme. CO2 vzniká oxidací organických látek, spalováním a je produktem látkové výměny většiny organismů. Na rozdíl od poměrně striktních limitů v normách pro jiné plyny kontrolované v uvařených místnostech (např. pro oxid uhelnatý CO nebo formaldehyd = VOC) , nejsou limity pro koncentraci oxidu uhličitého CO2 z pohledu zdraví tak striktně posuzovány a definovány. Za mezní hodnoty z hlediska kvality vnitřního ovzduší se všeobecně považují koncentrace CO2 do 1 500 ppm (0,15 % objemu). To definuje i v ČR vyhl. 20/2012 Sb. Evropská direktiva 2006/15/EC uvádějící max. bezpečné limity koncentrací plynů pak uvádí 8 hodinový pobyt v prostředí o průměrné koncentraci do 5 000 ppm ještě stále jako zcela bezpečný.

Škodlivost oxidu uhličitého závisí na koncentraci CO2 a na délce expozice. Oxid uhličitý je 20 × lépe rozpustitelný ve tkáňových tekutinách než kyslík, proto rychle ovlivňuje respirační a centrální nervový systém. Normální venkovní koncentrace CO2 je okolo 400 ppm. Koncentraci do 700 ppm obvykle stále ještě vnímáme jako čerstvý vzduch a koncetrace do 1000 ppm je doporučená hodnota pro velmi kvalitní vzduch v uzavřených prostorách, kdy lidé ještě nepociťují žádné negativní pocitové vjemy a dosahují tak maximálního výkonu, koncetrace a pohodlí. Koncentrace nad hodnotou 1 000 ppm (0,1% obj.) již mohou být individuálně vnímány jako tzv. Koncentrace 1500 ppm proto byla ustanovena za maximální hodnotu pro pohodlné obývání obytných prostorů. Hodnoty nad 2000 ppm už obvykle všeobecně způsobují únavu (u někoho až bolesti hlavy), ztrátu lidské koncentrace a výkonu. U dlouhodobého vystavení hodnotám nad 15 000 ppm se obvykle již dostavují dýchací potíže.

Zatímco u jiných nežádoucích plynů v uzavřených místnostech lze jednoduše jejich přítomnost omezit tím, že omezíme v daném prostředí látky a předměty, které je generují, v případě člověkem produkovaného CO2 to jaksi nejde, přesněji řečeno postrádá smysl. Člověk produkuje CO2 při dýchání v množství, které je závislé na charakteru fyzické činnosti. Vydechovaný vzduch obsahuje cca 4 % obj. CO2. Za rok vyprodukuje dospělý jedinec průměrně 350 kg CO2. Vzhledem k tomu, že běžná venkovní koncentrace je do 0,5% obj., tak bez větrání ve zcela utěsněné místnost s přítomností člověka je postupně přirozeně dýcháním množství CO2 poměrně rychle zvyšuje.

Problémy s koncentrací CO2 ve školách

Zvláště pak ve školách to může být problém, protože například 25 studentů ve třídě za 45 minut vyučovací hodiny spotřebuje cca 11 250 litrů vzduchu a u něhož zvýší koncentraci CO2 z cca 500 ppm na 40 000 ppm. To také ukazuje u dlouhodobého měření Státního zdravotního ústavu, že se ve školách málo větrá a koncentrace při vyučování dokonce v některých školách násobně převyšují povolené limity. Konkrétně například v roce 2015 sledoval vnitřní mikroklima ve 14 základních školách, kdy z každého kraje si vybral jednu. Maximální doporučená hodnota 1 500 ppm byla překročena ve 34% učeben.

Pro eliminaci důsledků koncentrací CO2, tedy dodržení výše uvedeného limitu do 1 500 ppm, je třeba v budovách s výskytem osob jako rodinné domy, bytové a panelové domy, kanceláře apod. U bytových prostor s pobytem osob v místnosti je takovým obecným prvním základním pravidlem, že by mělo být důkladně vyvětráno alespoň jednou za dvě hodiny. V zimních měsících je doporučováno krátké intenzivní provětrávání po dobu 3 - 5 minut, na jaře a na podzim 10 - 15 minut. Problém může být s moderními dokonale utěsněnými a moderními plastovými okny.

Protože koncentraci CO2 nejsme našimi smysly schopni přesně posoudit, je osobní hodnocení kvality vzduchu je velice nespolehlivé. Proto může být zajímavé koncentraci CO2 měřit a monitorovat.

Aktuální data o koncentraci CO2

Americký Národní úřad pro oceán a atmosféru (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) vydala tiskovou zprávu, podle které obsah oxidu uhličitého a metanu v atmosféře v roce 2020 výrazně vzrostly. A to i přes zpomalení ekonomiky v důsledku pandemie koronaviru. Průměrná globální koncentrace CO2 vypočítaná z měření NOAA v různých lokalitách byla v roce 2020 412,5 ppm (angl. parts per million). V roce 2019 to bylo o 2,6 ppm méně. Tento globální meziroční nárůst je pátý největší za posledních 63 let, kdy NOAA data sbírá. Od roku 2000 vzrostl průměrný obsah CO2 v atmosféře o 43,5 ppm (12 %). Z tiskové zprávy NOAA vyplývá, že koncentrace CO2 v atmosféře je aktuálně nejvyšší za posledních 3,6 milionů let.

Podle výsledků studie, která vyšla v odborném žurnálu Nature Communications, byla průměrná úroveň oxidu uhličitého během posledních zhruba 2,5 milionu let na úrovni 250 částic plynu na milion částic. Roku 1965 ale stoupla v souvislosti s průmyslovou činnosti moderního lidstva na 320 částic a v současné době překročila 410 částic na milion.

Experiment měření koncentrace oxidu uhličitého v ložnici jsem provedl v únoru 2018 během jednoho týdne. Hodnoceny jsou koncentrace v průběhu noci, a to za různých režimů přirozeného větrání. Výsledky ukazují na významný vliv větrání na kvalitu vzduchu. Dokazují, že pouze přirozené větrání těsnými okny v současných developerských bytových novostavbách je nedostatečné.

Měření proběhlo v zimních měsících, což je pro hodnocení výsledků rozhodující. Právě v zimě je při přirozeném větrání obtížné nastavit ideální režim. Přirozeným větrání otevřenou ventilačkou se dosáhne přísunu čerstvého vzduchu, ale za cenu velice chladných teplot v interiéru. Při opravdu silných mrazech je pro mě z důvodu chladu ventilačka zcela vyloučena. V úvahu připadá pouze mikroventilace. Ovšem i při ní proudí mrazivý vzduch a klesá do dolní poloviny místnosti. Pocítí to zejména osoba ležící blíže k oknu.

Intenzivní větrání v ložnici zajistilo koncentraci CO2 na hodnotě cca 550 ppm. Při otevřené ventilačce se koncentrace udržela na hodnotě 700 až 750 ppm, a to bez závislosti na otevřených nebo zavřených interiérových dveřích. Při mikroventilaci a otevřených interiérových dveřích hodnoty koncentrace dosáhly až 1060 ppm. Při mikroventilaci a zavřených interiérových dveřích byly hodnoty koncentrace až 1595 ppm. Při zavřeném okně i interiérových dveřích hodnoty vystoupaly až na 1850 ppm, přičemž by pravděpodobně stále stoupaly, kdybych se nerozhodl vyvětrat.

Současná masová developerská výstavba bez nuceného větrání a „revitalizované“ panelové domy s vyměněnými okny nemohou zajistit dostatečnou výměnu vzduchu v interiéru po celé roční období. Jde o handicap, jehož odstranění je úkolem stavařů do budoucna. V případě realizace vlastního individuálního bydlení si dům bez nuceného větrání, které zajistí dostatečný přísun čerstvého vzduchu trvale každý den roku, nedovedu představit.

Možnosti snížení koncentrace CO2

Pro eliminaci důsledků koncentrací CO2, tedy dodržení limitu do 1 500 ppm, je třeba v budovách s výskytem osob důkladně větrat alespoň jednou za dvě hodiny. Kromě tzv. nuceného větrání, tedy mechanického otevření oken za cílem výměny vzduchu, je dobré přemýšlet také nad systémem centrální nebo decentralizované rekuperace. Relativně výhodné je také pořízení a používání klimatizace. Praktickým řešením tak může být využití tepelného čerpadla, které si teplotu v místnosti ohlídá a energeticky není tak náročné jako samotná klimatizace.

Technicky je řešení ve školách jednoduché. Je nutné zavést nucené větrání. Vzhledem k tomu, že jde o velká množství vzduchu, který je nutné v místnosti ohřát, je z energetického a i ekonomického hlediska vhodné kombinovat nucené větrání s rekuperací tepla. A vzhledem k počtu alergiků v ČR je vhodné do větrání osadit i filtry mechanických nečistot (nikoliv dezinfekci, která může způsobovat oslabení imunity).

Měření koncentrace CO2 v domácnosti

Abyste měli aktuální přehled o koncentraci oxidu uhličitého v ovzduší, pořiďte si měřič, který vám nepřetržitě bude zobrazovat hodnotu CO2. Senzory CO2 rozhodujícím způsobem přispívají ke kvalitě vnitřního ovzduší. Důvodem je především vydechovaný oxid uhličitý, tedy plyn bez zápachu a chuti. 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.

Oxid uhličitý 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. 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.

Měření provést je velmi jednoduchá záležitost. Stačí mít měřící přístroj. Jeho cena se pohybuje dle vybavení a typu okolo 5 000 Kč. Je také velmi jednoduchá jej prověřit, protože vzduch v exteriéru má koncentraci CO2 do 400 ppm, v místě s hustou dopravou či jiným zdrojem znečištění může mít i lehce více. Nicméně tolerance 50 ppm je pro konstatování stavu dostatečná. Měření však mohou provést i sami žáci, postačí, když si do školy přinesou dataloger a nechají jej položený kdekoliv v místnosti, ať již na stole, v lavici, na židli. Po příchodu domů se mohou data z datalogeru odečíst a zjistit průběh koncentrace CO2.

Koncentrace CO2 a ochrana před viry

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.

Oxid uhličitý vs. oxid uhelnatý

Mnoho lidí si plete oxid uhelnatý (CO) s oxidem uhličitým (CO2). Oba plyny jsou průhledné, bez zápachu a bez chuti a vyskytují se v neúplných procesech spalování. CO je však velmi nebezpečný i v mnohem menších koncentracích. Hodnota CO v místnosti se velmi rychle zvyšuje, pokud například topíte kamny na dřevo a systém odváděného vzduchu nefunguje správně. Otrava oxidem uhelnatým se často objevuje v bytech se starým plynovým kotlem, tzv. karmou, který dobře netěsní a CO pak uniká do místnosti. Ve velmi krátké době se pak mohou objevit příznaky jako závratě, nevolnost nebo dokonce ztráta vědomí. V případě silné expozice CO může jen několik vdechů vést k silné otravě nebo úmrtí z udušení.

Doporučené koncentrace CO2 v budovách

Následující koncentrace CO2 platí pro budovy, ve kterých jsou přítomni lidé, např. Ideální kvalita vzduchu je v rozsahu měření 400 - 450 ppm, tedy v podobné míře, jako se vyskytuje venku.

Tabulka: Doporučené koncentrace CO2 a jejich vliv na člověka

tags: #prumerny #obsah #CO2 #v #ovzdusi #hodnoty

Oblíbené příspěvky:

• Kritéria čistoty vody
• Morče jako domácí mazlíček
• Ekologická likvidace pýru: Průvodce
• Drátěné sklo a recyklace v ČR
• Osud zaniklé vesnice Stará Skládka