Prach

Odkud se částice v ovzduší berou?

V minulé kapitole jsme se dozvěděli, co jsou ty záhadné zkratky PM10 a PM2,5. Ale odkud se tyto částice v ovzduší berou? Jsou všechny spojeny s lidskou činností? Může se na znečišťování podílet i samotná příroda? A které sektory v rámci sledované lidské činnosti se na emisích částic v ČR podílí nejvíce?

Částice v ovzduší mohou být jak přírodního, tak „umělého“ původu. Za část emisí tedy člověk až tak úplně nemůže, za další část už ano. Co přesně jsou emise a jak se liší od imisí je vysvětleno v kapitole „Emise nebo imise?„.

Navíc může docházet ke vzniku částic až v atmosféře díky vhodným podmínkám – jedná se o tzv. sekundární atmosférické aerosoly a vznikají z plynných prekurzorů.

Přírodní zdroje (oheň, vzduch, země, voda)

Přírodních zdrojů částic může být vícero. Mezi hlavní patří požáry a sopky. Sopky mohou emitovat částice až na velmi velké vzdálenosti. Není to tak dávno, kdy musel být omezen resp. zastaven letecký provoz i v Evropě kvůli částicím v ovzduší pocházejících z Aljašské sopky. Tyto částice postupně klesají k zemi, a podílejí se na zvýšených koncentracích PM i v dýchací zóně člověka.

Obdobně v případě požárů dochází k emisím částic do ovzduší, a v závislosti na velikosti požáru a meteorologických podmínkách může dojít k přenosu částic i na větší vzdálenosti. Se zvyšujícím se zatížení ČR suchem je pravděpodobný častější výskyt požárů a tedy i zvýšených koncentrací částic v ovzduší. Následující obrázek ukazuje družicové snímky požárů v portugalsku včetně šíření „prašných“ částic daleko nad Atlantik.

Kromě „hořlavých“ procesů se mohou částice do ovzduší dostat i prostým odnosem půdy díky působení větru. Písečné bouře na Sahaře mohou mít z hlediska koncentrací částic dozvuky až v ČR (o loňské „Saharské epizodě“ bude určitě jedna z dalších kapitol).

Podobně může dojít i k prašným bouřím – významná byla prašná bouře na Ukrajině (24. 3. 2007), která navýšila koncentrace PM v celé střední Evropě [1].

Regionálně je pak významná větrná eroze – obzvláště pak v Jihomoravském kraji (avšak o tu se kromě přírody zasluhuje i člověk svou činností). I této tématice budu věnovat samostatný článek.

V neposlední řadě mohou být v přímořských oblastech koncentrace PM navýšeny o částečky soli z mořské vody – voda se odpaří, ale sůl zůstane v ovzduší.

Na koncentracích částic v ovzduší se tak podílí všechny 4 živly 🙂

Částice produkované lidskou činností

Pak zde máme částice pocházející z lidské činnosti. Většina těchto emisí je sledována a sestavována do emisních bilancí, které jsou pak reportovány do EU. Dříve se používal systém REZZO (registr emisí a zdrojů znečišťování ovzduší), který měl 4 kategorie – velké zdroje, střední zdroje, malé zdroje a dopravu. Jistou nevýhodou bylo, že zdroje jsou členěny pouze podle tepelného výkonu – takže významné zdroje prašnosti (třeba kamenolom, povrchový důl), které nemají žádný tepelný výkon, byly opomíjeny nebo v malých zdrojích. Naopak do velkých zdrojů mohla spadnout například jaderná elektrárna, která částice de facto neemituje. Avšak pro samotnou inventarizaci je systém REZZO výhodnější – jde hlavně o způsob evidence (bodové – tj. zdroje, u kterých jsou stanoveny určité povinnosti, limity, atp. , plošné stacionární zdroje, liniové zdroje).

V současnosti se v EU i v ČR (viz. ročenky ČHMÚ) používá členění dle jednotlivých sektorů zdrojů (např. veřejná energetika, Lokální topeniště, Silniční doprava – Nákladní doprava atd. atd. – podrobný popis jednotlivých sektorů je k nalezení zde). Je tedy možné si lépe udělat obrázek o tom, které zdroje se nejvíce podílí na emisích částic do ovzduší. Jelikož část emisí je počítána pouze modelově na základě statistických údajů (doprava, lokální topeniště), je takto podrobný systém dostupný pouze pro ČR jako celek, v nižších územních celcích (např. kraje či okresy) je třeba trochu zobecňovat (viz. příští kapitola), protože chyba by byla až příliš veliká. Samozřejmě ani tento systém vykazování emisí není úplně bez nedostatků. A existují i další možnosti, nicméně v současnosti postačí znát tyto 2 – REZZO pro evidenci a NFR popř. GNFR pro vyjádření dle jednotlivých sektorů.

Již jsem nastínil, že emise např. z dopravy či lokálních topenišť se počítají modelově (opravdu se neměří emise z každého výfuku nebo komínu rodinného domku). To v sobě zahrnuje určitou chybu, která je tak velká, jak jsou kvalitní vstupní data 🙂 Je třeba s tím takto počítat – číslo není naprosto přesné. A navíc … může se měnit – s tím jak jdou dopředu analytické metody, rozšiřují se poznatky a databáze, vyvíjí se modely, tak se mění i emisní faktory. Emisní faktory jsou jakési koeficienty, které slouží k výpočtu emisí a jsou jednotné pro celou EU. To samozřejmě může způsobovat problémy – např. některé dokumenty se vypracovávají a schvalují tak dlouho, že se mezitím změní výpočet emisí 🙂 Například Program ke zlepšení kvality ovzduší se zpracovával v roce 2013 na základě dat o emisích z roku 2011, která byla vypočtena pomocí mezinárodního GUIDEBOOK, verze 2009. Ale díky dlouhému schvalování tento program vyšel až v roce 2016 … ale mezitím … v nově vydané verzi GUIDEBOOK 2013 byly emisní faktory pro emise z dopravy z otěrů (otěry pneumatik, brzdového obložení, abraze vozovek – viz. následující graf) na základě nových poznatků a technik razantně sníženy. Navíc byly přepočteny emise z vytápění (určitě ne naposledy). Tam se naopak na základě nových poznatků emisní faktory navýšily. Takže relativní poměry se tím v průběhu let 2011 – 2016 výrazně změnily.

O to důležitější je používat aktuálně platné emisní faktory a oficiálně uváděné emise, které jsou k dohledání na stránkách ČHMÚ.

Takže jak to z hlediska sledovaných emisí PM10 a PM2,5 v ČR vypadá? Jeden obrázek je za tisíc slov, takže radši přikládám hned dva – první zobrazuje emisní bilanci PM10, druhý pak PM2,5. Podrobněji jsou emise PM a emisní bilance popsány a diskutovány na portále ČHMÚ.

Mezi hlavní zdroje emisí PM v roce 2014 patřil sektor 1A4bi-Lokální vytápění domácností, který se podílel na znečišťování ovzduší v celorepublikovém měřítku látkami PM10 33,9 % a PM2,5 51,2 %. Je potřeba si uvědomit, že na rozdíl od většiny ostatních sledovaných zdrojů se jedná o „sezónní“ zdroj (topí se jen v chladné části roku). Avšak emisní bilance se dělá za celý kalendářní rok. Čísla je tedy potřeba interpretovat tak, že lokální topeniště v celé ČR vyprodukují za zhruba půl roku (topná sezóna) více částic PM2,5, než všechny ostatní zdroje dohromady za celý rok. V topné sezóně jsou tedy lokální topeniště hlavním zdrojem prašnosti v ovzduší. Dále je potřeba si uvědomit, že se jedná o plošný zdroj – topeniště nemají jen jeden mohutný komín. Jedná se velké množství komínů plošně po celé republice. Proto když v topné sezóně dojde k „nažhavení kotlů„, dochází k plošnému nárůstu koncentrací.

Mezi další významné zdroje emisí PM10 patří 3Dc-Polní práce. Tyto emise vznikají při zpracování půdy, sklizni a čištění zemědělských plodin. Tento sektor představoval v roce 2014 zhruba 13 % emisí PM10. Emise jsou významné především pro hrubší frakci, a především v zemědělských oblastech – čili Jihomoravský kraj (viz. následující kapitola).

Z hlediska účinku na lidské zdraví jsou velkým rizikem emise částic pocházející z dopravy, především ze spalování paliv ve vznětových motorech. Ty produkují částice o velikosti jednotek až stovek nanometrů [2]. Sektory 1A3biii-Silniční doprava: Nákladní doprava nad 3,5 tuny a 1A3bi-Silniční doprava: Osobní automobily se na emisích PM10 podílely 5,9 %, na emisích PM2,5 pak 9,1 %. Kromě samotných exhalací z výfuků se však doprava významně podílí na emisích částic i nespalovacími procesy – jedná se zejména o otěry pneumatik, brzdového obložení a abraze (mechanické obrušování povrchu) vozovek. Tyto emise lze ve zvýšené míře očekávat zejména tam, kde není doprava plynulá (ucpaná města, časté křižovatky, nutné brzdění). Naopak pokud je doprava svedena na obchvat mimo město, kde auta jedou plynulou rychlostí, jsou tyto emise pouze minimální. Obecná poučka praví, že auta v centru města vyprodukují na 1 km zhruba stejné množství emisí, jako na 3 km obchvatu s plynulou jízdou. Kvalitu ovzduší ovlivňuje rovněž resuspenze částic (znovuzvíření částic, které již „sedly“ na zem), která do standardně prováděných emisních inventur není zahrnuta.

Na závěr krátká zmínka o sekundárních aerosolech. Sekundární aerosoly vznikají chemickými reakcemi látek v atmosféře, kde dojde k přeměně plynné molekuly na částice. Dochází tak ke vzniku dusičnanů oxidací oxidů dusíku nebo síranů z oxidu siřičitého. V plynné fázi mohou molekuly putovat na velmi velkou vzdálenost a na částice se přeměnit až o stovky km daleko od zdroje. Neexistuje tedy žádná prostorová vazba mezi místem emise plynných prekurzorů a lokalitou tvorby a dopadu částic. Může se tedy stát, že např. v Rusku je emitováno velké množství oxidu siřičitého, a až ve střední Evropě nastanou příhodné podmínky pro tvorbu částic. Tyto vznikající částice jsou velmi malé (v řádech nanometrů), jejich imisní příspěvek je tedy shodný pro částice PM2,5 i PM10. Jak moc se mohou sekundární aerosoly podílet na průměrných ročních koncentracích ukazuje následující obrázek, který je výřezem evropského modelu pro ČR. V Jihomoravském kraji a v Brně může příspěvek těchto aerosolů činit zhruba 7 – 9 µg.m-3 z průměrné roční koncentrace PM10 a PM2,5.

To je pro dnešek vše. Příští článek bude o emisích „prašnosti“ v Jihomoravském kraji a v Brně.

[1] W. Birumili et all, „A case of extreme particulate matter concentrations over Central Europe caused by dust emitted over the southern Ukraine,“ Atmos. Chem. Phys., sv. 8, pp. 997 – 1016, 2008.
[2] M. Vojtíšek, „O provozu vznětových motorů a aerosolech jimi produkovaných v městských aglomeracích,“ Konference ČAS 2010. Sborník konference. , č. ISBN: 978-80-86186-25-2, 2010.

Oštítkováno ,

Okomentujte článek ...