Znečištění životního prostředí nanočásticemi: Studie a rizika

Jedním ze zásadních problémů průmyslové aglomerace Ostravska je kontaminace ovzduší tuhými částicemi a s touto kontaminací spojená rizika pro lidské zdraví a pro životní prostředí.

Situace je natolik vážná, že Vláda ČR ve svém usnesení ze dne 9. dubna 2010 č. 260 konstatuje nutnost tento problém řešit a v Koncepci bezpečnosti životního prostředí, vypracované MŽP ČR je jako jedna z možných krizových situací velkého rozsahu uváděna také dlouhotrvající smogová situace. Ta v současných podmínkách Ostravska znamená jednoznačně kontaminaci tuhými částicemi.

V současné době jsou monitorovány pouze hodnoty PM10 a PM2,5, v některých případech i PM1. Z historického hlediska je zřejmé, že spolu s rozvojem technik měření je postupně pozornost soustřeďována na menší a menší částice, u nichž dochází k snazšímu průniku do organismu.

V posledních letech se s rozvojem nanotechnologií podařilo zkonstruovat i přístroje měřící nanočástice v aerosolech a tak vyvstává otázka, zda nebude potřebné monitorovat i tyto velikostní frakce.

Výzkumy prováděné v rámci studia zdravotních účinků nanočástic také ukazují, že tyto částice mohou počtem zásadním způsobem převyšovat počet „velkých“ částic a pokud by byly jejich toxické účinky spojeny s jejich počtem, jak je tomu například u azbestu, mohly by se nanočástice stát prioritním polutantem. To je důvodem, proč by měly být PMx a nanočástice sledovány.

Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění

Dalším důvodem monitorování nanočástic jsou jejich vlastnosti, fungují jako nosič organických i anorganických polutantů a tak nesou informaci o svém původu respektive zdroji; současná úroveň znalostí nám však nedovoluje tento původ jednoznačně identifikovat. Předpokládané zdroje nanočástic jsou lokální topeniště, průmysl a doprava.

Z průmyslu je to především metalurgie a energetika, tedy opět typická průmyslová odvětví Ostravska.

Odpovědná řešitelka projektu se ve své diplomové práci již začala zabývat problematikou nanočástic v ovzduší Ostravska a tyto výsledky byly publikovány na mezinárodní konferenci NANOSAFE2012 v Grenoblu. Ukázalo se, že nanočástice mohou zásadním způsobem přispívat ke kontaminaci ostravského ovzduší, avšak je jejich koncentrace a rozložení velikostních frakcí se významným způsobem mění.

Vyvstává proto otázka, zda nanočástice jsou jen poměrnou složkou kontaminace ovzduší, tedy že jejich koncentrace je určitým podílem PM10 nebo PM2,5, nebo zda jsou jejich koncentrace a distribuce velikosti částic na celkové kontaminaci prachem nezávislé a řídí se jinými pravidly.

To by znamenalo, že nanočástice mají jiné zdroje než velké částice a odstranění velkých částic by mohlo být neefektivní z hlediska zvýšení bezpečnosti.

Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody

Výzkumné studie zabývající se vztahy mezi kontaminací ovzduší tuhými částicemi (PMx) a meteorologickými podmínkami prokázaly zajímavá fakta. Ze studie, kterou provedl Zdravotní ústav v Ostravě s názvem Analýza současného stavu, vyplývá, byť se zabývaly PMx a chemickým složením ovzduší, že vliv meteorologických podmínek na imisní úroveň je významný [5] [6]. Navrhovaný projekt proto bude zahrnovat spolupráci se Zdravotním ústavem v Ostravě včetně využití jejich přístrojové techniky v rámci dohody o spolupráci uzavřené mezi ZÚO a VŠB-TUO.

Definice a vlastnosti nanomateriálů

Definice nanomateriálů dle nařízení Evropské komise 2011/696/EU: „Nanomateriálem se rozumí přírodní materiál, materiál vzniklý jako vedlejší produkt nebo materiál vyrobený obsahující částice v nespoutaném stavu nebo jako agregát či aglomerát, ve kterém je u 50 % nebo více částic ve velikostním rozdělení jeden nebo více vnějších rozměrů v rozmezí velikosti 1 nm - 100 nm.“

Na to lze navázat definici Nanotechnologie, která se zabývá jejím chováním - oddělováním, spojováním a deformací nanomateriálů.

Zjednodušený princip odlišného chování nanomateriálů spočívá v tom, že fyzikálně-chemické vlastnosti pevných látek nejsou stejné uvnitř materiálu a na jeho povrchu.

Při zmenšení částic daného materiálu pod 100 nm začínají fyzikálněchemické vlastnosti povrchu převládat nad vlastnostmi daného materiálu a částice se začne chovat, jako by celá byla tvořena jen povrchem.

Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby

Nanočástice našly uplatnění již v době, kdy uživatelé neznali jejich podstatu (skláři, keramika-glazury, chemická katalýza, metalurgie, výroba sazí, apod.). Zároveň je realitou, že se nanočástice nacházejí vedle nás od nepaměti. Vznikají při požárech, erupcích sopek, erozí, chemickým rozkladem organických látek antropogenní činností, tj. např.

Moderní chemie a fyzika v oblasti nanotechnologií přechází k novým typům experimentů, a to ne ve zmenšování mikro objektů postupem „TOP-DOWN“ (miniaturalizace i při použití suprakulových mlýnů je na hranici svých možností), ale naopak ve výstavbu nanoobjektů z atomů a malých molekul. Stavba těchto objektů je založena na intra a intermolekulárních nevazebných interakcích s cílem vytvoření supramolekulárních komplexů velikosti nanočástic. Toto je nový přístup vycházející z principu „BOTTOM UP“ (tzv. směrem vzhůru).

Vzhledem ke skutečnosti, že se rozměry nanočástic nacházejí pod hranicí optického rozlišení, stala se důležitým faktorem, který přispěl k rozvoji nanotechnologií, zejména nová technika. Zcela zásadní význam měl vynález elektronového mikroskopu, který umožnil spatřit a identifikovat trojrozměrnou strukturu nanočástic. Následné konstrukční změny elektronového mikroskopu v 80. a 90. letech 20. stol.

Vědní obor, který se věnuje studiu nanomateriálů (nanočástic), včetně vývoje materiálů a zařízení o nano-rozměrech, se nazývá nanotechnologie. Současné nanotechnologie jsou interdisciplinární vědní obor, který zahrnují klasické obory jako fyzika, kvantová mechanika, chemie, biochemie, elektronika apod.

O nanotechnologiích se hovoří jako o fenoménu konce 20. a počátku 21. stol. Tomu odpovídá i obrovský nárůst podpory výzkumu v dotčených oblastech, a proto lze učinit závěr, že život nanotechnologie bude mít v budoucnu podstatný dopad na světovou ekonomiku. Do chodu jsou uváděny nové nanotechnologické společnosti, které využívají tzv. rizikový kapitál.

Lze tedy těžko najít oblast, kde by nedocházelo k aplikacím či výzkumu v oblasti nanotechnologií. Ať chceme, či nechceme, setkáváme se s produkty v běžném každodenním životě například zubní pasty, krémy na opalování, deodoranty, šampony, kosmetické pleťové a antibakteriální přípravky apod. Oblastí s nejvyšší vývojovou aktivitou je elektronika, informatika a medicína.

Rizika spojená s nanočásticemi

Po záporných zkušenostech s některými látkami (např. DDT, PCB, dioxiny apod.) se světová veřejnost snaží apelovat na výzkumná centra i výrobce, aby v případě nanomateriálů a nanotechnologií zachovávali tzv. princip předběžné opatrnosti. fyzikálně-chemické nebezpečí, tj.

První dva potenciální zdroje nebezpečí [4-6] spolu velmi úzce souvisí, protože právě výskyt nanočástic ve složkách životního prostředí umožní jejich kontakt s živými organismy. Přítomnost nanočástic v živém organismu navozuje řadu interakcí mezi jejich povrchem a biologickými systémy. Tyto interakce mohou vést ke vzniku proteinových koron, obalování částic, vnitrobuněčné absorpci a biokatalytickým procesům, které mohou mít kladné či záporné výsledky z pohledu toxicity. Dochází k prolínání organického světa se syntetickým světem vyrobených nanomateriálů.

Vznikají nano-bio rozhraní spojená s dynamickými fyzikálně-chemickými interakcemi, kinetickými a termodynamickými výměnami mezi povrchy nanomateriálů a povrchy biologických komponent (bílkoviny, membrány, lipidy, DNA, biologické tekutiny apod.). Z rešeršní práce (4-5) vyplynulo, že je jen málo vědomostí o tom, co se s nanočásticemi děje uvnitř buňky.

Analýza chování a osud nanočástic v životním prostředí je rovněž komplikován, protože je mnoho neznámých faktorů a vlivů. Toto jsou jejich vlastnosti, se kterými vstupují do vnějšího prostředí. V ovzduší hraje roli tzv. abiotický faktor vlivu, pod který lze zahrnout teplotu, vlhkost, sanitu, intenzitu slunečního záření, smog polutanty anorganického a organického původu, apod. I u půdního prostředí musíme vzít v úvahu jeho fyzikálně chemickou charakteristiku. Aby půda byla půdou, musí obsahovat tuhou, kapalnou a plynnou fázi.

Tuhá fáze (složka) obsahuje minerální podíl (primární a sekundární minerály) různého zrna (dělení podle obsahu frakce 0,01 mm) a organický podíl - půdní organická hmota. Základem této hmoty jsou huminové látky, což jsou směsi polydisperzních sloučenin s vysokou molekulovou hmotností s aromatickou a alifatickou částí s funkčními skupinami -COOH, -OH, fenolické -OH, -NH2, N-heterocykly apod. Základní dělení huminových látek je podle rozpustnosti v závislosti na pH. Fulvinové kyseliny jsou rozpustné ve vodě, huminové kyseliny v zásaditém prostředí a huminy jsou zcela nerozpustné ve vodě. Půdní voda, též nazývaná půdním roztokem, může obsahovat fulvinové kyseliny, fytoextrakty s látkami polyfenolové struktury, glycidy, ionty apod.

Mezi autory [7] zabývajícími se toxicitou nanomateriálu je vcelku shoda, že je to hlavně plocha nanočástic, která je hybnou silou bioaktivity.

Největším problémem však zůstává, že získáme-li poznatky o konkrétním nanomateriálu, nemusí být vůbec pravdivé, budou-li tyto samé částice vyrobeny jinou syntetickou cestou nebo budou-li modifikovány. Dalším problémem je charakterizace jejich povrchů jednoduchým a dostupným měřícím zařízením. Rovněž se předpokládá, že přírodní nanočástice se budou chovat odlišně od tzv. ing-nanočástic - tj.

Zůstává otázkou, zda tradiční přístupy (metodiky) hodnocení rizik, tj. identifikace nebezpečí, popis nebezpečí a konečná charakteristika rizika pokryjí celou složitou problematiku spojenou s nanotechnologiemi. Toto hodnocení bude pravděpodobně ovlivněno např. formou vyráběného nanomateriálu (jedná se o nanočástice, nanotyče a nanovrstvy) či skutečností, že je nanomateriál ve výrobě začleněn do jiného výrobku.

Nepochybně bude řešit, jakým způsobem je zajištěna bezpečnost výroby, bezpečnost pracovníků ve výrobě a v případných dalších zpracovatelských zařízeních, zda je ohrožena veřejnost v blízkosti výroby a zpracovatelských zařízení, zda a případně jakým způsobem je ohrožen spotřebitel, jaká mohou být rizika spojená s likvidací či recyklací nanoproduktů apod.

Fyzikálně-chemické nebezpečí představuje především výroba nanočástic systémem „TOP-DOWN“, kdy nanočástice vznikají mechanickou cestou tj. např. broušením, řezáním, supermletím apod. Zde je nutné si připomenout a uvědomit, že nanočástice jsou přítomny v podstatě ve všech prašných provozech, kde dochází například k obrábění kovů, opracování dřeva, mletí, broušení, svařování, apod.

Obecně je pro prachovzdušné směsi typické, že nejsou v čase ani místě stálé, nejsou homogenní. Na výbušnost prachu má podstatný vliv velikost částic. Obecné riziko výbuchu se zvýší snížením velikosti částic. Řada nanočástic například Fe, Ni, Al, Mn, Co podléhá samovznícení a díky svému velikému povrchu jsou katalyticky aktivní a tím mohou iniciovat nekontrolovanou reakci s exotermním průběhem.

Zvláštní riziko představují nanočástice ve formě aerosolu, tedy ty, které jsou suspendovány ve vzduchu. Vdechováním aerosolu nanočástic vede k jejich depozici v dýchacím ústrojí člověka, ale lze předpokládat, že v závislosti na průměru, ploše, povrchu apod. nanočástic dojde k jejich transportu do dalších koncových orgánů.

Zdravotní rizika nanočástic lze z logiky věci, aproximovat na dlouhodobé zkušenosti s ultrajemnými částicemi, které při vdechování měly za následek zvýšení výskytu respiračních a kardiovaskulárních chorob. Zásadní rozdíl oproti mikro částicím, je v tom, že nanočástice mohou procházet do buňky řadou endocytických procesů, zejména fagocytózou a makropinocytozou.

Z historie lze doložit řadu příkladů, kdy rozvoj a aplikace nových technologií (využití nových sloučenin) mělo v daném období a při daném stavu znalostí opodstatnění a společenský a ekonomický význam, viz výroba freonů, DDT, asbestových izolačních hmot apod. I v dnešní době se v případě freonů (ledonů) vedou diskuze, kolik životů toto chladící medium zachránilo (například válečné konvoje, potravinová pomoc).

Ve výzkumech aktivních nanotechnologií lze najít oblasti, které se již dnes dají zneužít, například jako nosiče rizikových a vysoce rizikových biologických agens s cílem zvýšení jejich rezistencí.

U veřejnosti, a to díky novinářům a autorům sci-filiteratury, lze identifikovat dva krajní přístupy - futurologové, kteří považují nanotechnologie jako za základ budoucího blahobytu a trvalého života a fanatičtí odpůrci nanotechnologií.

Uvědomujeme si, že začínají převažovat studie a výzkumné práce o vlivu ing-nanosloučenin na životní prostředí oproti vlivu přírodních a tzv. antropogenních nanočástic. Toto je logicky způsobeno obrovským rozvojem nanotechnologií.

Většina syntéz nanočástic, či nanomateriálů probíhala ve výzkumných centrech vybavených špičkovou instrumentální technikou, kde vedle identifikace fyzikálně-chemických vlastností a hledání unikátních aplikací, většinou následují i testy bioaktivity, a tím vzniká základní návaznost na toxicitu, resp.

Člověk se při běžném životě vystavuje kontaktu s nanočásticemi o rozdílných koncentracích, se zvýšenou koncentrací nanočástic se může setkat na určitých místech (industriální část města) či při určitých činnostech (sportovní střelba, kouření, ohňostroj) nebo při práci v „klasických“ provozech, viz níže.

Z těchto důvodů uvádíme některé postřehy z provedených měření koncentračních zněn nanočástic v „běžných“ situacích a semisystematické měření ve vybraných provozech, kde jsme se snažili přijmout i exaktní závěry s následným doporučením.

Měření koncentrace nanočástic v běžných situacích

Při měření koncentrace a distribučního rozložení nanočástic v tzv. běžných situacích jako je jízda v pražském metru - trasa C, jízda městským autobusem linkou č. 189, okolí městské části Kačerov při jízdě v osobním automobilu, v administrativní budově, malém požáru, výfuk od dieselových motorů, zábavní pyrotechnika, sváření, střelbě, apod.

Jednoznačně nelze definovat malé navýšení množství nanočástic v závislosti na obsazenosti vagonu metra. Jízda městským autobusem linkou č.

Koncentrace nanočástic, kterým jsou vystaveni cestující na trati linky autobusu MHD č. 189 má o řád vyšší hodnotu než v metru na trase C (max. 36,7*103 N/cm3 v metru, 260*103 N/cm3 v autobusu). Pravděpodobně nejrizikovější částice mají rozměr do 50 nm, a to z důvodu jejich možnosti překonat ochrannou bariéru buňky. Částice těchto rozměrů byly přednostně identifikovány v okolí lokality Kačerov, což je opět lokalita nájezdu na Pražský okruh a D1.

Při měření v pracovnách v patrech nad sebou v traktu ul. Extrémní nárůst počtu nanočástic je v pracovně, kde se pravidelně kouří. Byla prokázána změna koncentrace a velikosti nanočástic v závislosti na vzdálenosti od jejich zdroje. Rozměr nanočástic při zapálení zábavné pyrotechniky je nad 100 nm, což je údaj změřený v relativně velké vzdálenosti od zdroje.

Při střelbě nejvíce nanočástic ohrožuje střelce při použití revolveru (typ: Colt King Cobra - průměrný počet částic 825 tis. N/cm3) a nejméně u samopalu (typ: H&K MP5 KA4 - průměrný počet částic 81 tis.

Hlavní zdroj mikro a nanočástic bylo broušení dřeva Massaranduba na pásové brusce. Změna tvaru nanočástic u přelévání surového železa závisela na venkovní teplotě.

Vliv nanočástic na těhotné ženy

Mikroskopické částice ve znečištěném vzduchu vdechované těhotnými ženami mohou poškodit vývoj srdce a cév jejich plodů. Upozornili na to vědci v odborném časopise Cardiovascular Toxicology.

Lékaři z americké Rutgersovy univerzity uvedli, že největší riziko představují pro matky období prvního a třetího trimestru, v té době jsou jejich těla nejvíce zranitelná znečištěním ovzduší. A současně mohou částice v této době nejsnadněji poškodit kardiovaskulární systém plodu.

„Tento výzkum naznačuje, že těhotné ženy, ženy v plodném věku, které chtějí otěhotnět, i ty, které podstupují umělé oplodnění, by se měly vyhnout oblastem s vysokou mírou znečištění vzduchu. A pokud to nemohou udělat, neměly by příliš vycházet z domovů,“ doporučuje Phoebe Stapletonová z Rutgersovy univerzity. „A také by těhotné ženy měly zvážit, jestli nemonitorovat kvalitu vzduchu v místnostech, kde pracují a žijí,“ dodává.

Nečistoty přechází z matek na děti

Vše, co matka vdechuje, má dopad na její oběhový systém, jenž se neustále přizpůsobuje tomu, aby dokázal zásobovat krví rostoucí plod. Vystavení znečišťujícím látkám může zužovat tepny, omezovat přívod krve dítěti a bránit tak, aby se k němu dostávaly živiny i kyslík. To může podle výzkumníků zpomalit růst a vývoj dítěte a také to může vést k množství běžných těhotenských komplikací, jako je například růstová restrikce plodu.

tags: #znecisteni #zivotniho #prostredi #nanocasticemi #studie

Oblíbené příspěvky:

• Elektrické drtiče zahradního odpadu
• Dimenze odvodu dešťové vody
• Poplatek za odpad Čáslav - co se děje?
• Cíle environmentální výchovy
• Fluorové vosky a Družcovský potok