Monitoring znečištění ovzduší v České republice

Kvalita ovzduší zásadně ovlivňuje zdraví životního prostředí a lidí. Proto je už nyní vývoj technologií pro monitoring znečištění ovzduší nezbytným nástrojem environmentálního managementu. Integrace technologií pro sledování znečištění ovzduší umožňuje detailní analýzu kvality ovzduší na lokální i regionální úrovni. Aplikace modulárních senzorových sítí, datových platforem nebo inteligentních systémů pro identifikaci zdrojů znečištění znamená nesporný přínos pro každodenní život běžných obyvatel, firem, měst, krajů i státu.

Moderní metody monitoringu znečištění ovzduší

Moderní automatické měřicí systémy umožňují průběžné měření znečištění ovzduší v reálném čase. Systémy k monitoringu využívají laserová a optická čidla detekující koncentrace hrubých a jemných pevných částic.

• Senzory částic: Laserová čidla detekují prachové částice o velikosti 0,3-10 mikrometrů.
• Detektory plynu: Senzory pro detekci oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, formaldehydu a těkavých organických sloučenin sledují znečištění vzduchu plyny.
• Bezdrátové systémy: Pro sběr a analýzu dat se čím dál více využívá úzkopásmový IoT (internet věcí). Senzory přes úzkopásmové sítě data o znečištění, teplotě, vlhkosti a dalších parametrech průběžně odesílají do centrálních datových serverů.
• Centrální systémy: Data z jednotlivých senzorů je možné shromažďovat také v centrálních systémech, kde dochází k jejich následnému zpracování, vizualizaci a analýze.

Klasická gravimetrická metoda

Klasická gravimetrická metoda měří koncentraci hrubých (PM10, o velikosti do 10 µm) a jemných (PM2,5, o velikosti do 2,5 µm) pevných částic ve vzduchu. Princip této metody spočívá v nasávání vzorku vzduchu do lapačů prachu, kde se nečistoty zachytí na jednorázových filtrech. Tyto filtry se v laboratoři váží jak před, tak po odběru a pravidelně se vyměňují. Podle rozdílu hmotnosti se pak určuje aktuální koncentrace prachu ve vzduchu měřená v mikrogramech na metr krychlový.

Projekty a iniciativy v České republice

Například Moravskoslezský kraj využívá inteligentní identifikační systém zdrojů znečištění ovzduší (IIS). Ten spojuje emisní data s konkrétními lokalitami a procesy. Například ostravský pilotní výzkumný projekt CLAIRO systematicky snižuje znečištění ovzduší výsadbou zeleně. Pro porovnávání výsledků pomocí modulárních sítí senzorů v reálném čase měří koncentraci pevných částic i plynů.

Monitoring emisí z dopravy

Brněnská firma RCE systems prorazila se svou technologií DataFromSky po celém světě. Nyní ji chce rozšířit o funkci pro monitorování emisí z dopravy. K vývoji proto přizvala odborníky z Vysokého učení technického v Brně.

Čtěte také: Studie o dopravě a ovzduší v ČR

Jak co nejsnadněji určit emise v reálném čase teď s firmou RCE systems řeší vědci z VUT v Brně. „V dopravě se používá takzvaný emisní faktor, tedy kolik znečištění vyprodukuje dopravní proud v gramech na kilometr. Problém je, když chceme tyto emisní faktory aplikovat na městskou dopravu. Faktory jsou totiž počítány při ustálených podmínkách, nezahrnují dynamické jevy jako neustálé brzdění a rozjezdy, kdy je situace z hlediska emisí zásadně odlišná. My se nyní snažíme namodelovat, jaké jsou emise auta, které jezdí ve městě nějakým konkrétním způsobem,“ popisuje výzkumník Jakub Linda z Energetického ústavu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.

Cílem je vyvinout systém pro nepřímou identifikaci produkce výfukových a nevýfukových emisí dopravy v reálném čase. Podkladem bude kombinace detailních dopravních dat, morfologie terénu a pokročilých emisních modelů. S analýzou dopravního proudu pomohou metody počítačového vidění a umělé inteligence, tato data z provozu pak budou tvořit jeden ze vstupů do zpřesněných modelů pro reálné emise oxidu uhličitého, oxidů dusíku a pevných částic, příslušných jednotlivým projíždějícím autům.

„Pro pevné částice emisí zatím nemáme existující model, zde nás tedy čeká hodně výzkumné práce. Zatím používáme odborné články a studie z celého světa a snažíme se zkombinovat různé přístupy. Výsledkem má být náš vlastní model a také emisní faktor, který ovšem místo gramů na kilometr bude používat jednotku gramy za sekundu pro jedno auto, což o provozu ve městě vypovídá lépe,“ vysvětluje Klaudia Köbölová z Odboru energetického inženýrství.

Michael Böhm z Ústavu automobilního a dopravního inženýrství řeší plynné emise. "K softwaru, který pro jejich simulace využíváme, jsme na základě požadavků ze strany RCE systems i naší rešerše vozového parku v Česku vytvořili modely typických vozidel - například typický zástupce osobního vozidla se zážehovým motorem, vznětovým motorem, autobus a další. Přesnost našich predikcí je vyšší, než u současného hodnocení emisí, které typicky vychází z průměrných tabulkových hodnot průměrného vozidla. Naše predikce pomocí simulačních modelů na konkrétní vozidlo a konkrétní způsob jízdy zjištěný pomocí kamer, je ve srovnání s tabulkovými průměry značně přesnější,“ říká Böhm.

Z Vysokého učení technické v Brně se do výzkumu zapojila i Fakulta chemická. „Profesor Vladimír Adamec má dlouhodobé zkušenosti s emisemi a částicemi, zejména ve vztahu k jejich chování a vlivu na lidské zdraví,“ dodává Köbölová. Činnost výzkumného týmu VUT koordinuje ředitel Energetického ústavu Jiří Pospíšil, který dal při řešení velký prostor pro kreativní přístup mladých vědeckých pracovníků z řad doktorských studentů.

Čtěte také: Nakládání s odpady

Výstupem projektu bude jednoduše aplikovatelné řešení, které využije běžné městské dohledové kamery pro okamžité a kontinuální vyhodnocování emisní zátěže jednotlivých dopravních uzlů. Díky tomu, že systém využije už existující infrastrukturu, bude ve srovnání s automatickými stanicemi pro měření kvality ovzduší výrazně levnější. Na základě dat by pak město mohlo ladit dopravu tak, aby snížilo emisní zátěž v zástavbě.

Výzkum, financovaný Technologickou agenturou ČR, má za sebou první rok. K hotovému produktu by chtěli odborníci s firmou RCE systems dospět za další dva roky.

Aktuální problémy se znečištěním ovzduší v ČR

Ve srovnání s Čínou, Indií nebo Pákistánem je na tom Česká republika samozřejmě dobře. Někdo by si mohl myslet, že až tak dobře, že v tomto směru není potřeba mít žádné obavy. To ale není úplně pravda, byť se u nás dlouhodobě kvalita ovzduší zlepšuje.

V České republice dělá v ovzduší hlavní problém několik látek. Jde o polycyklický aromatický uhlovodík benzo(a)pyren, který je silně karcinogenní a mutagenní. Poškozuje mnoho tkání, orgánů, nervový či imunitní systém. Vyskytuje se v uhelném dehtu, výfukových plynech, při spalování organických materiálů - třeba v tabáku nebo grilovaných potravinách. Našim plicím a kardiovaskulárnímu systému škodí také pevné částice označené jako PM 10 a PM 2,5. I ony vznikají při spalování a jsou součástí výfukových plynů, patří mezi ně ale také prašnost nejrůznějšího typu, související například se stavební činností. Uvedená čísla 10 nebo 2,5 udávají maximální velikost částic v mikrometrech neboli miliontinách metru. Pozor bychom si měli dát rovněž na přízemní ozon. Způsobuje pokles kapacity plic v závislosti na jeho koncentraci a na hloubce dýchání. Ozon může vést ke vzniku zánětlivých onemocnění plic a snížení jejich funkce. Všechny uvedené látky se standardně monitorují.

Podle Českého hydrometeorologického ústavu jsou dlouhodobě nejvíce zatíženy aglomerace měst Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek a některé lokality na střední Moravě. K regionům se zhoršenou kvalitou ovzduší patří i hlavní město Praha, dále Brno a střední, severovýchodní a severozápadní Čechy.

Čtěte také: ČSAD Ústí nad Orlicí a ekologie

Toxikologický inkubátor

V Ústavu experimentální medicíny AV ČR proto vznikl malý pomocník, který přispěje k monitorování toho, co dýcháme. Vypadá jako krabička na svačinu a také je podobně velký. Ve srovnání s ní je ale mnohem těžší a nahoře má zahnu-tou bílou hadičku. Málokoho by napadlo, že se jedná o nově patentovaný přístroj, který pomáhá sledovat kvalitu ovzduší. Řeč je o toxikologickém inkubátoru. Vznikal dva roky ve spolupráci s Fakultou strojní ČVUT, jež měla na starosti technickou část výroby. Zařízení dokáže vytvořit podmínky, za kterých je možné sledovat vliv škodlivých částic, a hodí se zejména na přesné měření škodlivosti emisí spalovacích motorů v reálném provozu. Díky své velikosti se dá snadno přenášet.

Vývojáři ještě chtějí zjistit, jak funguje přímo v terénu. Vědci ho již letos v létě patentovali, přesto ale nečekají, že by o něj projevila zájem komerční sféra, třeba automobilky. Práce s ním totiž není jednoduchá, vyhodnocování výsledků je expertní záležitostí. Poptávka by tak mohla přijít spíše od výzkumných institucí.

Za správné fungování biologické části inkubátoru zodpovídal Pavel Rössner z Ústavu experimentální medicíny AV ČR. Podle jeho slov u nás existují tři hlavní skupiny znečišťovatelů - průmyslové podniky, lokální topeniště a automobilová doprava. Hlavním problémem je právě automobilová doprava, která stále narůstá.

Inkubátor naproti tomu pracuje s reálným složením ovzduší a do jisté míry simuluje plíce. Nabízí tak skutečnou představu toho, co dýchá člověk, když jde třeba po ulici. Přístroj nasává vzduch do trubic, které do něj vedou a ústí v jamkách s kultivačním médiem. V nich jsou narostlé například buňky odvozené z bronchiální tkáně dárců.

Na rizika spojená se životem ve znečištěných oblastech dlouhodobě upozorňuje genetik Radim Šrám. V osmdesátých letech 20. století byla pánevní oblast v severozápadních Čechách spolu s přilehlými částmi Polska a tehdejší Německé demokratické republiky územím s nejvíce znečištěným ovzduším v Evropě. Právem se mu říkalo černý trojúhelník.

Ústav experimentální medicíny AV ČR se mezitím účastní evropského projektu, který zjišťuje vliv znečišťujících látek ve vzduchu na neurodegenerativní onemocnění, hlavně Alzheimerovu chorobu. Vědci k měření využijí i nový toxikologický inkubátor. Budou sledovat chování buněk při vystavení různým znečišťujícím látkám z dieselových emisí. Nanočástice mohou pronikat z krevního oběhu do mozku. Ačkoli nemusí nutně Alzheimerovu ne-moc přímo způsobovat, mohou její nástup urychlit.

Kromě toho by se výsledky z toxikologického inkubátoru mohly v budoucnu stát důležitým podkladem i pro politická rozhodnutí o emisních limitech a podpoře alternativních pohonů a paliv.

Další aktivity a měření

Jedním z nejzávažnějších problémů dopravy měst a obcí je znečištění ovzduší emisemi, které mají rizikový vliv na zdraví člověka. Provádíme měření koncentrací škodlivých látek v ovzduší uvedených v zákoně č. 201/2012 Sb. Měření provádíme přístrojem Airpointer® (Recordum Messtechnik GmbH, Rakousko). Měření emisí vozidel v reálném provozu zahrnuje: kontinuální měření koncentrací plynných emisí O2, CO, CO2, HC a NOx, izokinetický odběr vzorku tuhých částic, izokinetický odběr vzorku plynů vč. Vše provádíme na zařízení vyvinutém Centrem dopravního výzkumu a SEKO spol.

Nabídka zahrnuje modelování emisních toků z dopravy na daném území a tvorbu rozptylových studií (modelování příspěvků dopravy k imisním koncentracím). Vstupem pro tato modelování je multimodální dopravní model. Provádíme výpočet imisních koncentrací jak plynných, tak pevných znečisťujících látek z dopravy podle metodiky SYMOS´97. Primárně jsou hodnoceny látky, které mají dané limity podle zákona o ochraně ovzduší 201/2012 Sb.

Projekt Lokální kvalita ovzduší - věc veřejná

Na FAPPZ ČZU v Praze právě běží projekt Lokální kvalita ovzduší - věc veřejná financovaný z Norských fondů 2014-2021 ve výzvě Reine NF SGS-4 - Zvyšování povědomí veřejnosti v oblasti vlivu lidské činnosti na kvalitu ovzduší v rámci programu „Životní prostředí, ekosystémy a změna klimatu“.

Cílem projektu je zvýšit a podnítit zájem veřejnosti o problematiku kvality a ochrany ovzduší. Naše aktivity osloví především odbornou ale i laickou veřejnost včetně žáků a studentů. V neposlední řadě bude zahrnuta i problematika přímého vlivu znečišťujících látek v ovzduší včetně prachových částic na rostliny.

Rostlinné bioindikátory

Rostlinné bioindikátory (vegetační jednotky) dělíme do několika skupin. Konkrétně pak na pasivní a aktivní, a ty dále na akumulační a reakční. Pasivní bioindikace využívá selektivního poškození rostlinných částí (reakční bioindikátor) či akumulace některých látek ve vybraných rostlinách (akumulační bioindikátor). Při aktivní neboli expoziční bioindikaci jsou vybrané rostliny vystaveny vlivům prostředí, a následně reagují buď akumulací sledovaných látek (akumulační bioindikátor) nebo poškozením (reakční bioindikátor). Pro zainteresovaný monitoring jsou vhodné ty druhy, které se planě vyskytují téměř všude, a dále takové, které lze snadno pěstovat v kontaminovaných oblastech.

tags: #transport #znecisteni #v #ovzdusi #czu #test

Oblíbené příspěvky:

• Domácí prostředky pro ucpaný odpad
• Praktické kontejnery pro recyklaci
• Přehled emisních norem pro lodě
• Vše o bažinných ekosystémech
• Informace o ovzduší