Znečištění ovzduší: Komplexní pohled na problém a inovativní řešení

Znečištění ovzduší je definováno Světovou zdravotnickou organizací (WHO) jako "kontaminace vnitřního nebo vnějšího prostředí jakýmkoli chemickým, fyzikálním nebo biologickým činitelem, který modifikuje přirozené vlastnosti atmosféry". Jedná se o velký problém, a to vzhledem k tomu, že 99 % světové populace dýchá vzduch, který svou kvalitou nesplňuje doporučené limity WHO.

Dopady znečištění ovzduší

Expozice znečištěnému ovzduší může způsobit řadu zdravotních problémů, včetně respiračních onemocnění, kardiovaskulárních onemocnění a dokonce i rakoviny. Vysoké úrovně znečištění mohou způsobit respirační problémy, srdeční a další onemocnění (např. rakovinu). Mohou také způsobit kyselé deště, poškodit plodiny, snížit růst a produktivitu rostlin a poškodit volně žijící zvěř. Může také poškodit životní prostředí tím, že způsobuje kyselé deště, poškozuje ozónovou vrstvu a přispívá ke změně klimatu.

Pevné částice a aerosoly

Z různých látek znečišťujících ovzduší vzbuzují zvláštní obavy pevné částice a aerosoly. Pevné částice (PČ) jsou obecně definovány jako malé pevné částice rozptýlené v plynu, zatímco aerosoly jsou jemnější kapičky kapaliny nebo pevné částice, které zůstávají rozptýlené v plynech po významnou dobu. Obojí mohou negativně ovlivnit lidské zdraví, zejména pokud je jejich průměr menší než 2,5 μm (PM2.5).

Aerosoly a PČ mohou být vytvořeny přírodními jevy, jako jsou sopečné erupce nebo lidskou čínností jako jsou např. průmysl a doprava. Tyto miniaturní částice mohou být transportovány vzduchem na velké vzdálenosti a způsobit komplikace daleko od jejich zdroje. Čím menší je velikost částic, tím hlouběji mohou proniknout do dýchacího systému.

Několik studií spojilo PČ se zdravotními problémy (např. respiračními problémy) a s environmentálními problémy (např. zhoršení viditelnosti). Zatímco hrubší prachové částice (PČ10) jsou většinou zadržovány nosními chlupy, jemné částice (PČ 2,5) mohou proniknout hluboko do plic a způsobit podráždění.

Čtěte také: Definice znečištění

Pro získání lepšího přehledu o účincích znečištění ovzduší na lidské zdraví a životní prostředí, je zapotřebí přesných měření, která určují množství a chemické složení rozptýlených částic s vysokým časovým rozlišením. Analýza PČ a aerosolů se skládá tradičně ze dvou kroků: odběru a analýzy vzorku.

Při odběru vzorků se obvykle využívá filtračního procesu. Částice se shromažďují na substrátech s filtry, které jsou po určité době odstraněny pro extrakci deionizovanou vodou pro následnou analýzu. Avšak tato metoda je schopna stanovit pouze průměry za 24 nebo více hodin.

Inovativní řešení: Projekt CLAIRO

Inovativní řešení nabízí projekt CLAIRO. Jde o výzkumný projekt vycházející z nápadu výsadby zeleně s maximální schopností absorpce znečisťujících látek v ovzduší. Projekt CLAIRO probíhá od roku 2018 a má za cíl systematické snižování znečištění ovzduší výsadbou vhodné zeleně s prokázanou schopností pohlcovat látky znečišťující ovzduší z různých zdrojů. Tento projekt se podílí na vytváření inovativních modelů záchytu látek znečišťujících ovzduší městskou zelení s využitím informací o znečištění i meteorologických dat.

Součástí výzkumu je i vytvoření dostupné on-line databáze rostlin se schopností vyššího záchytu látek znečišťujících ovzduší. Hlavní cíle projektu CLAIRO a jejich vzájemná návaznost. Projekt CLAIRO prosazuje využití zeleně ke zlepšení kvality ovzduší a je v mnoha ohledech revoluční.

„Aktivity v projektu lze rozdělit do tří etap. V první etapě výzkumu proběhla měření, která umožnila získat důležité údaje o vývoji koncentrací látek znečišťujících ovzduší,“ vysvětluje Zapletal s tím, že pro tento účel v místě výsadby zeleně instalovali řešitelé z VŠB - Technické univerzity v Ostravě měřící senzory. Sběr a analýza dat, která proběhla napříč všemi ročními obdobími a za odlišných klimatických podmínek, byla zásadní pro druhou část projektu, a to pro návrh struktury a kompozice zeleně, kterou navrhli řešitelé z Fyzikálního ústavu Slezské univerzity v Opavě.

Čtěte také: Jak bojovat se znečištěním ovzduší

„V rámci CLAIRO bylo na dvou cílových lokalitách Ostrava Radvanice a Ostrava Bartovice vysazeno téměř 500 stromů a více než 1700 keřů. Vzhledem k relativně velkému počtu rostlin a vysoké druhové diverzitě mohly oba pozemky fungovat jako živé laboratoře pro testování efektivity zeleně při zlepšování kvality ovzduší. Řešitelé z Fyzikálního ústavu v Opavě navrhli a aplikovali metodiku výsadby zeleně v urbánním prostředí s ohledem na záchyt polutantů v ovzduší. Vyškolili experty, kteří získané know-how předávají vybraným městům v ČR a EU.

Jedním z konkrétních výstupů řešitelů z Fyzikálního ústavu v Opavě je databáze rostlin s prokazatelným vlivem na snížení znečištění ovzduší. Databáze v současné době obsahuje 185 druhů dřevin, které se běžně vyskytují v evropských klimatických podmínkách. „Tato databáze může městům a obcím pomoci s výběrem rostlin nejvhodnějších pro výsadbu v emisemi zatíženém prostředí,“ vysvětluje Zapletal, který se podílel na vzniku databáze. Díky překryvům kategorií v databázi může uživatel posoudit, jak jsou si různé druhy dřevin podobné z hlediska nároků na vlastnosti růstového prostředí a schopnosti snášet průmyslovou zátěž. „Uživatel databáze může navrhovat směsi dřevin s podobnými charakteristikami a vybírat takové rostliny, které jsou s ohledem na znečištění ovzduší nejvhodnější pro výsadbu v konkrétním městě či obci.

V roce 2022 v rámci udělování Cen SDGs (Sustainable Development Goals) se projekt CLAIRO dočkal významného ocenění - z celkových 326 projektů postoupil mezi dvacet semifinalistů. Soutěž každoročně oceňuje projekty, které řeší různá témata z oblasti Cílů udržitelného rozvoje OSN a mají konkrétní společenský dopad. V roce 2023 se projekt CLAIRO účastní soutěže Adapterra Awards v pěti kategoriích - volná krajina, zastavěná území, pracovní prostředí a náš domov.

CLAIRO byl výzkumný projekt řešený týmem odborníků z Fyzikálního ústavu Slezské univerzity v Opavě, Vysoké školy báňské - Technické univerzity v Ostravě, Univerzity Palackého v Olomouci. Nositelem projektu bylo Statutární město Ostrava. Na projektu spolupracoval Moravskoslezský kraj, organizace SOBIC a Regionální sdružení územní spolupráce Těšínské Slezsko.

Nástroje pro monitoring kvality ovzduší

Je důležité měřit kvalitu vzduchu pomocí nástrojů, jako je MARS nebo 2060 MARGA od Metrohm Process Analytics, abychom pochopili její dopad a vyvinuli účinné strategie ke snížení expozice. Metrohm Process Analytics je známým poskytovatelem analytických řešení pro analýzu vzduchu a aerosolů s bohatými zkušenostmi a odbornými znalostmi v oboru.

Čtěte také: Znečišťování ovzduší a jeho zdroje v ČR

Pokud jde o chemickou analýzu, zařízení MARS je propojeno s mokrými chemickými analyzátory, jako je kationtový a/nebo aniontový chromatograf (IC) nebo voltametrický systém, zatímco 2060 MARGA má integrované aniontové a kationtové IC. Oba přístroje zahrnují plynové denudery (Vlhký rotační denuder (VRD), vzorkovač růstu kondenzačních částic (Steam-Jet Aerosol Collector (SJAC), stejně jako čerpací a řídicí zařízení. Tyto přístroje aplikují metodu růstu aerosolových částic v kapky v prostředí přesycené vodní páry.

MARS vs. MARGA 2060

Zatímco MARS byl navržen tak, aby vzorkoval pouze aerosoly, 2060 MARGA navíc detekuje ve vodě rozpustné plyny. Ve srovnání s klasickými denudery, které odstraňují plyny ze vzorku vzduchu před aerosolovým kolektorem (růstovou komorou), shromažďuje MARGA 2060 plynné druhy ve VRD pro online analýzu.

MARGA 2060 se dodává ve dvou konfiguracích: R (research) a M (monitoring). Verze MARGA R 2060 je určena pro výzkumné kampaně, jako je studium sezónní variability kvality ovzduší. Pokud se iontový chromatograf nepoužívá, může být odpojen a znovu použit pro další laboratorní výzkum.

Pro srovnání, MARS lze použít jako před kondicionační jednotku pro několik analytických technik (Obrázek 7.) v okolních nebo průmyslových prostředích, jako je IC, voltametrický (VA) přístroj, hmotnostní spektrometr (MS) nebo analyzátor celkového organického uhlíku (TOC). Alternativně lze vzorky v režimu offline odebrat pomocí automatického podavače vzorků. Pro okamžité vyhodnocení výsledků lze MARS také vzdáleně propojit s libovolným analytickým systémem.

Níže uvedená tabulka shrnuje rozdíly mezi 2060 MARGA a MARS:

Následující část porovnává výsledky, aby zjistila, zda existuje nějaká korelace mezi 2060 MARGA a MARS v odběru vzorků a měření aerosolů. Níže uvedené grafy ukazují výsledky aerosolů okolního vzduchu v Schiedamu v Nizozemsku, měřené mezi 6. a 9.

2060 MARGA má dobu cyklu 60 minut (normální doba cyklu), zatímco MARS má dobu cyklu 30 minut. Data ukazují podobný trend mezi oběma systémy, ale protože MARS generuje dvakrát více údajů, jsou jeho údaje o koncentraci aerosolu vyšší ve srovnání s údaji z MARGA 2060.

Monitorování znečištění ovzduší je stěžejním pro umožnění nám porozumět typům a úrovním znečišťujících látek přítomných ve vzduchu, který dýcháme.

Další zdroje znečištění ovzduší

Ovzduší může být znečištěno jak přírodními procesy (např. vulkanická aktivita), tak činností člověka. Ovzduší může být znečištěno jak ve venkovním prostředí, tak uvnitř budov. Do vnitřního ovzduší se mohou dostávat třeba látky z nábytku (např. formaldehyd) či uskladněných chemikálií (např. čisticích prostředků, rozpouštědel aj.).

• Přízemní ozon (\mathrm{O_3}): Ozon se přirozeně vyskytuje ve stratosféře, kde jeho vznik omezuje pronikání UV záření na povrch Země.
• Některé freony (uhlovodíky obsahující \mathrm{F}/\mathrm{Cl}): Dříve užívané jako hnací látky a chladiva, což vedlo ke zmenšování ozonové vrstvy a vzniku ozonové díry.
• Oxid siřičitý (\mathrm{SO_2}): Vzniká při spalování fosilních paliv obsahujících síru. Dříve způsoboval kyselé deště. V současnosti se provádí odsiřování uhelných elektráren, díky čemuž lze mj.
• Oxidy dusíku (\mathrm{NO}_x): Obvykle značně jedovaté, vznikají zejména ve spalovacích motorech a podporují vznik přízemního ozonu.
• Polycyklické aromatické uhlovodíky (např. benzo[a]pyren): Vznikají obecně při hoření (např. v rámci kouření tabákových výrobků, spalování paliva v motorech, topení v kotlích na tuhá paliva).

Pevné částice (např. prach, saze) se označují zkratkou PM (particulate matter), za tu se uvádí velikost částic v μm. Znečištění ovzduší chemickými látkami se označuje jako smog (kombinace slov smoke a fog). Skleníkové plyny mohou prohlubovat klimatickou změnu. Patří mezi ně např. oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}) či methan (\mathrm{CH_4}).

Kouření a radon

Kouření obecně je zdrojem řady (až tisíců různých) škodlivých látek, které zvyšují mj. Kouření (i požívání elektronických cigaret) ohrožuje zdraví kuřáků samotných. Jedná se zároveň o činnost bezohlednou k okolí: v případě přítomnosti dalších lidí tito lidé pasivně vdechují škodliviny.

Vzduchem může procházet neviditelné ionizující záření. To vzniká např. radioaktivní přeměnou plynu radonu (\mathrm{Rn}), který je sám produktem radioaktivní přeměny uranu. Přítomnost radonu je vhodné zjistit např.

Vzdělávání a ochrana životního prostředí

Očekávaný výsledek učení se zaměřuje na praktické poznávání příkladů znečišťování vody a vzduchu v nejbližším okolí. Žák je veden k šetrnému a odpovědnému přístupu k životnímu prostředí. Tento výstup přispívá k pochopení významu vody a vzduchu pro život a k uvědomění si nutnosti jejich ochrany. Žák si s pomocí učitele uvědomuje význam ochrany vody a vzduchu před znečištěním. Prostřednictvím konkrétních činností je veden k ekologickému chování. Žák se jednoduchou formou a s podporou učitele seznamuje s chováním v případě ekologické havárie (např. znečištění vody nebo půdy).

Učitel používá jednoduché obrázky nebo krátká videa, kde je ukázáno, jak se lidé chrání a kdo pomáhá (hasiči, pracovníci životního prostředí). Příklady aktivit pro žáky:

• Žák s pomocí učitele třídí odpad ve třídě (papír, plast, sklo) a přiřazuje jednotlivé druhy odpadu k barevným kontejnerům s piktogramy.
• Žák společně s učitelem odkládá vybraný odpad na určená místa (školní kontejnery, separační dvůr při školních vycházkách).
• Žák si s podporou učitele osvojuje správné zacházení s odpadem při přípravě pokrmů - nevylévá tuky do dřezu, nevhazuje hygienické potřeby do WC.
• Žák se účastní rozhovoru o tom, proč je důležité nespalovat odpad v kamnech nebo na ohništích (např. při školních akcích), učitel používá obrázky nebo jednoduchá schémata.
• Žák pozoruje nebo sleduje krátké video o znečišťování ovzduší.

tags: #znecistovani #ovzdusi #kreslene #obrazky

Oblíbené příspěvky:

• Rizika záměny muchomůrky růžovky
• Překopávání kompostu: Perfektní načasování
• Požadavky na námořníky
• Korupce v ekologii ČR
• NUTS2 regiony a kvalita ovzduší