Vliv výfukových plynů na životní prostředí a ekologii

Výfukové plyny motorových vozidel představují závažný ekologický a zdravotní problém v mnoha oblastech České republiky, Evropské unie i celého světa. Jedná se o komplexní směs chemických látek, která závisí na složení paliva, typu a funkčním stavu motoru a případném užití zařízení na snížení emisí, jako jsou filtry a katalyzátory.

Složení a vlastnosti výfukových plynů

Součásti emisí navzájem reagují spolu se složkami vzduchu včetně vodní páry za slunečního záření. Tím vzniká směs látek, která se chemicky mění a je transportována prouděním vzduchu i na velké vzdálenosti.

Znečištění ovzduší v České republice

Výsledky monitorování kvality ovzduší v České republice potvrzují přetrvávající význam dopravy jako hlavní příčiny znečištění ovzduší měst prachovými částicemi (PM10, PM2,5) a oxidem dusičitým (NO2). Z hlediska vlivu na zdraví má v České republice největší význam znečištění ovzduší prachovými částicemi (PM) a polycyklickými aromatickými uhlovodíky (PAU), v silně dopravně zatížených lokalitách také oxid dusičitý. Státní zdravotní ústav odhaduje ze středních hodnot koncentrací PM10 v prostředí měst, že znečištění ovzduší touto škodlivinou se může podílet na zvýšení předčasné úmrtnosti v průměru o 2 %.

Oxid uhelnatý (CO)

Oxid uhelnatý (CO) je bezbarvý, hořlavý plyn bez chuti a bez zápachu. CO vzniká nedokonalým spalováním všech uhlíkatých materiálů. Je jednou z nejběžnějších a nejrozšířenějších látek znečišťujících vnitřní a venkovní ovzduší. Do organismu vstupuje pouze vdechováním, působí na srdce a cévní a nervový systém.

Zdroje oxidu uhelnatého

• Spalovací procesy (uhlíkatá paliva)
• Doprava (automobilová, letecká, lodní)
• Průmyslové procesy (koksárenství, hutnictví, cementárny, sklářství)
• Vytápění domácností (kamna, kotle, krby)
• Cigarety
• Lesní požáry a vulkanická činnost

Důležitou roli hrají emise z motorů s vnitřním spalováním, přestože u moderních automobilů jsou díky katalyzátorům podstatně sníženy. Emise oxidu uhelnatého z motorů jsou nejvyšší při volnoběhu a zejména v zimním období. Potenciálním zdrojem oxidu uhelnatého jsou dále zařízení (průmyslová i domácí) využívající spalování: pece, kotle, kamna, sporáky, trouby či ohřívače vody. Hlavními příčinami vzniku a emisí oxidu uhelnatého v takových zařízeních jsou zejména: Nevhodné technické uspořádání spalování, zanesené či ucpané přívody spalovacího vzduchu či paliva (obecně nedostatečná údržba zařízení) a netěsné výměníky tepla v pecích.

Čtěte také: Emise a lambda sonda

Vliv oxidu uhelnatého na zdraví

Toxicita CO závisí na množství a době expozice a je spojena především se vznikem karboxyhemoglobinu, který není schopen vázat kyslík jako hemoglobin. Otrava CO se projevuje ztmavnutím kůžemi, křečemi, kómatem a nakonec smrtí. Vazba oxidu uhelnatého se železem hemoglobinu snižuje přenosovou kapacitu krve pro kyslík, a brání také uvolňování kyslíku ve tkáních. Během expozice stabilní koncentraci CO v ovzduší procento COHb nejprve rychle narůstá, po 3 hodinách se začíná vyrovnávat a po 6-8 hodinách expozice dosahuje rovnovážného stavu. Vylučování CO z organismu probíhá podle stejných zákonitostí jako příjem, poločas je v rozsahu 2-8 hodin. Z hlediska ochrany zdraví je doporučováno, aby hladina COHb v krvi nepřesáhla 2,5%, to je hodnota, která nemá negativní následky ani pro citlivou populaci. Oxid uhelnatý působí na srdce, cévní a nervový systém. Přijímáme ho pouze vdechováním. Při jeho nízkých koncentracích může zdravý člověk pociťovat únavu, člověk se srdečními problémy bolest na prsou. Při jeho vyšších koncentracích může dojít k poruchám vidění a koordinace, bolestem hlavy, závratím, zmatečnému chování a může být pociťována žaludeční nevolnost. Velmi vysoké koncentrace jsou smrtelné.

Vliv oxidu uhelnatého na životní prostředí

V atmosféře ochotně reaguje s hydroxylovými radikály za vzniku methanu a přízemního ozónu. Konečným produktem rozkladu CO je oxid uhličitý. CO je možné považovat za nepřímo působící skleníkový plyn. Oxid uhelnatý v atmosféře reaguje fotochemickými reakcemi s jinými látkami, zejména s hydroxylovým radikálem, čímž se rozkládá, avšak na druhou stranu tyto reakce zvyšují koncentrace methanu a především škodlivého přízemního ozonu v ovzduší (fotochemický smog). Konečným produktem reakcí oxidu uhelnatého je oxid uhličitý. Doba setrvání oxidu uhelnatého v ovzduší se odhaduje na 36 - 110 dní.

Monitoring oxidu uhelnatého

Monitoring znečištění ovzduší a kvality srážek na území ČR zajišťuje Úsek ochrany čistoty ovzduší (UOCO) Českého hydrometeorologického ústavu. Koncentrace jednotlivých znečišťujících látek na území České republiky je měřena v rámci automatizovaného imisního monitoringu (AIM).

Vztah mezi koncentracemi oxidu uhelnatého uvnitř a vně motorových vozidel byl měřen ve městech Delft (Nizozemsko) a Frankfurt nad Mohanem (SRN). Koncentrace oxidu uhelnatého zjištěné uvnitř vozidel byly vyšší než hodnoty změřené stacionárními monitorovacími stanicemi v obou uvedených městech.

Pro stanovení CO jsou k dispozici dva normované postupy:

Čtěte také: Zadní výfukové emise - technologie

Pro stanovení koncentrace oxidu uhelnatého v plynech lze využít mobilní analyzátory založené na infračervené spektrometrii, případně termochemické nebo elektrochemické analyzátory. Existují i metody chromatografické, titrační a další.

Oxidy dusíku (NOx)

Pojem suma oxidů dusíku a symbol NOx se obvykle používá pro směs oxidu dusného (N2O), dusnatého (NO) a dusičitého (NO2). V minulosti se používalo sumy oxidů dusíku jako jednoho z nejběžnějších indikátorů znečištění ovzduší. Oxid dusičitý (NO2) je dráždivý plyn, který vzniká při spalovacích procesech a který je částečně pohlcován hlenem dýchacích cest. Protože není příliš rozpustný ve vodě, horní cesty dýchací zadrží jen relativně malé množství vdechovaného NO2, který proniká hlouběji do dýchacího systému, kde je převážně absorbován. V určitých zaměstnáních (např. dopravní policie, řidiči atd.) mohou být pracovníci exponováni vysokým koncentracím NOx.

Metaanalýza 11 epidemiologických studií poskytla kvantitativní odhady vlivů, jež ukazují nárůst respiračních onemocnění u dětí mladších dvanácti let, které jsou dlouhodobě vystavovány vysokým koncentracím NO2, ve srovnání s dětmi exponovanými nízkým koncentracím. Rozdíl v expozici 30 µg.m-3 měl za následek vzrůst pravděpodobnosti respiračního onemocnění o 20 %. Oxidy dusíku v atmosféře také reagují s přítomnými polycyklickými aromatickými uhlovodíky za vzniku nitroderivátů.

V České republice je ve světle uvedených hodnot imisní situace poměrně vážná. Tzv. (v ulicích Legerova a na Svornosti) dosáhly roční průměry NO2 za rok 2005 hodnoty 76 µg.m-3, tedy téměř dvojnásobku imisního limitu. V místech, kde úroveň znečištění NO2 překračuje imisní limit, žilo v roce 2005 asi 35,3 % obyvatel sledovaných oblastí. V souhrnu lze konstatovat, že působení oxidu dusičitého je spojené se zvýšením celkové, kardiovaskulární a respirační úmrtnosti. Pro děti znamená expozice NO2 zvýšené riziko onemocnění dýchacího ústrojí v důsledku snížené obranyschopnosti vůči infekci a snížení plicních funkcí. Hlavním efektem NO2 je nárůst reaktivity dýchacích cest. Oxidu dusičitému jsou nejvíce vystaveni obyvatelé městských částí silně zatížených automobilovou dopravou.

Ozón (O3) a fotochemické oxidanty

Ozón (O3) a další fotochemické oxidanty vznikají složitým řetězcem reakcí, z tzv. Vůči vlivu O3 jsou nejcitlivější ciliární buňky a buňky 1. typu, jejichž poškození a smrt vedou k proliferaci neciliárních bronchiálních a alveolárních buněk 2. typu. Pozorovaný zdravotní vliv expozice fotochemickým oxidantům nemůže být přičítán jen a pouze oněm oxidantům, protože fotochemický smog se typicky skládá z O3, NO2, kyseliny sírové a dalších reaktivních agens, včetně celé palety těkavých organických látek. Tyto imise mohou mít přídavný nebo synergický efekt, ale O3 se zdá být biologicky nejaktivnější.

Čtěte také: Emise a bezaromatická nafta

Vdechování O3 vyvolává pokles průměrné kapacity plic a výdechové rychlosti, přičemž průměrný úbytek vzrůstá s klesající hloubkou dýchání25. Snížení plicních funkcí u zdravých dětí a mladých dospělých byl popsán při průměrných hodinových koncentracích v rozsahu 160 až 300 µg.m-3. Na základě odhadů by mohla vést střední tělesná zátěž při průměrné hodinové koncentraci v rozsahu 38 až 226 µg.m-3 ke snížení vitální kapacity plic (FVC) o 0,5 ml.µg-1.m-3 a objemu usilovného výdechu za 1 sekundu (FEV1) o 0,7 ml.µg-1.m-3 26. To by mělo pro koncentraci 400 µg.m-3 O3 (hodinový průměr) za následek snížení FVC o 180 ml a FEV1 o 250 ml.

Podle doporučení Světové zdravotnické organizace by úroveň expozice ozonu neměla překročit hodnotu 100 µg.m-3 pro osmihodinový průměr. Tato hodnota poskytuje odpovídající ochranu zdraví, ale některé nežádoucí zdravotní účinky (např. vzestup denní úmrtnosti o 1 až 2 %) se mohou objevit při nižší než doporučené úrovní42. V České republice v roce 2005 pozaďové koncentrace ozonu podle Státního zdravotního ústavu činily 67,5 a 75,1µg.m-3 v celoročním průměru. Rozsah ročních aritmetických průměrů ozónu ze stanic ve městech se pohyboval od 32,5 do 67,1 µg.m-3 43.

Polétavý prach (PM10 a PM2,5)

Jako polétavý prach nebo prachové částice jsou obvykle označovány tuhé pevné částice unášené vzduchem s průměrem pod 10 µm. Jejich obsah v ovzduší se vyjadřuje jako hodnota PM10. Předpokládá se, že částečky nad 10 µm jsou při běžném povrchovém dýchání nosem zachycovány na sliznici dutiny nosní. Polétavému prachu je člověk vystaven zejména vdechováním znečištěného ovzduší. Ukládání částic v dýchacím ústrojí je závislé jak na jejich velikosti, tak i na způsobu dýchání. Částečky v rozsahu 5 až 10 µm se usazují v jemných dýchacích cestách.

Výzkumu zdravotních účinků polétavého prachu je věnována značná pozornost vědců na celém světě už po řadu desetiletí. Částice se liší jak svou velikostí, tak chemickým složením i původem. Pro stanovení zdravotních rizik je klíčové zjistit, jak nebezpečný je z hlediska zdraví člověka prach jistého složení či z konkrétního zdroje. Z dostupných epidemiologických studií vyplývá, že pozornost je třeba soustředit na emise z dopravy a dalších sektorů intenzivně užívajících spalujících procesů. Částice prachu vznikající spalováním mají relativně velký povrch a mohou obsahovat řadu těžkých kovů nebo nebezpečných organických sloučenin (např. polycyklické aromatické uhlovodíky). Některé studie zaměřené na specifické zdroje znečištění prokázaly, že emise z dopravy mají jednoznačnou souvislost s nepříznivými vlivy na zdraví.

Řada epidemiologických studii v nejrůznějších zemích světa prokázala rozmanité vlivy na lidské zdraví. Jiné studie se zaměřily na ovlivnění plicních funkcí u dětí. Bylo zjištěno, že nejcitlivější čtvrtina dětské populace vystavená polétavému prachu vykazuje 4x častěji pokles hodnoty plicních funkcí, než je průměr dětské populace54. U astmatiků byl prokázán vliv rostoucích koncentrací PM10 na zhoršení příznaků onemocnění a na růst užívání léků55. U dětí byl prokázán významný rozdíl v úmrtnosti na pneumonii (zánět plic) v závislosti na průměrné roční koncentraci prachu v ovzduší oblasti, kde děti žily56.

Speciální pozornost je věnována jemné frakci polétavého prachu, kterou označujeme jako PM2,5 (částice s největším rozměrem nepřesahujícím 2,5 µm), přičemž mnoho vědeckých prací prokazuje její závažný vliv na zdraví člověka (růst úmrtnosti a nárůst akutních hospitalizací pacientů pro srdečněcévní a dýchací potíže). WHO přesto doporučuje usilovat o snížení emisí obou frakcí polétavého prachu. Zatím byly obě frakce vyhodnocovány a regulovány společně, neboť se převážně pracovalo s hodnotou PM10. Nicméně obě frakce pocházejí z různých zdrojů, mohou mít různé účinky a z velikosti jedné frakce nelze odvodit velikost frakce druhé, a proto WHO doporučuje vyhodnocovat a regulovat obě frakce odděleně.

Studie WHO58 shrnula v roce 2004 vlivy polétavého prachu na lidské zdraví. Účinky krátkodobého vystavení polétavému prachu byly zdokumentovány ohromným počtem studií z Evropy i z dalších světadílů. Výzkumy přinesly množství dat prokazujících například úmrtí v důsledku krátkodobého vystavení prachu nebo zvýšení počtu nemocničních příjmů spojených se srdečně-cévními a dýchacími obtížemi.

Alternativní paliva a elektromobilita

Elektromobily za jízdy nevypouštějí výfukové plyny, a proto přispívají k čistšímu ovzduší ve městech. Elektromobily mají na životní prostředí zjevný přínos a jejich význam v Evropě poroste spolu s tím, jak zde bude postupně sílit využívání energie z obnovitelných zdrojů. Podporu má elektromobilita v celé řadě zemí, nejvíce ji však podporují Norsko, Nizozemsko, Velká Británie a také Čína a Spojené státy. Již samotné servisování elektromobilu je v porovnání s benzínovými a naftovými auty jednodušší. Na rozdíl od nich není nutné měnit zapalovací svíčky a olej. V současné době je elektrický pohon tím nejlepším, co lze v globálním měřítku představit. Účinnost je neporovnatelně vysoká, výkon úžasný, dobrý vliv na životní prostředí není mýtus.

Elektroauta sice při jízdě nevypouštějí emise, ty ale vznikají při výrobě elektřiny v elektrárnách a při výrobě baterie. A prý jich může být víc než u spalováků, které jen „nemají výfuk v elektrárně“. Studie, kterou podpořilo VUT v Brně, ale ukazuje, že je to jinak. Výzkum detailně porovnával emise při výrobě a provozu jednotlivých typů automobilů. Zaměřil se na hlavní zdroje emisí během životního cyklu elektromobilu a srovnal je s auty se spalovacím motorem.

Výroba elektrického vozidla v České republice vyprodukuje o 40-70 % více emisí než srovnatelný benzinový vůz. Nicméně i tak elektrické auto u nás vyrovná své výrobní emise s benzínem po ujetí 32 tisíc kilometrů (u varianty s baterií 64 kWh) nebo 18 tisíc kilometrů (u baterie 39 kWh). I v Polsku s vysokým emisním faktorem zaviněným specifickým energetickým mixem se tento dluh vyrovná do 50 tisíc najetých kilometrů.

Porovnání emisí z výroby a provozu různých vozů v České republice: Benzinový vůz vyprodukuje za svoji životnost nejvíce emisí skleníkových plynů, 38 tun CO₂. Následuje naftový vůz s 34 t, hybridní vůz s 30 t, elektromobil s baterií 64 kWh s 21 t a elektromobil s baterií 39 kWh s 18 t. Elektromobil s menší baterií se oproti benzínu a naftě začíná vyplácet už po 20 tisících kilometrech.

tags: #výfukové #plyny #ekologie #vliv #na #životní

Oblíbené příspěvky:

• Jan Koutný a jeho pohled na sucho
• Návody na kreslení tužkou
• Ekosystém: Pravidla a strategie
• Princip fungování výfukové soustavy
• Řešení problému s opilým sousedem