Doprava, Prach

Doprava a vliv na koncentrace částic V. – nanočástice

Co jsou to nanočástice nebo také ultrajemné částice? Kde se měří? Je jejich jediným zdrojem doprava, jak se někdy uvádí? Více se dozvíte v novém článku.

 

Původně jsem chtěl nyní napsat něco málo o šíření znečišťujících látek podél komunikací – zejména o tom, jak rychle klesají koncentrace škodlivin, když se vzdalujeme od cesty. ČHMÚ Praha provedla měření v Praze nedaleko křížení pražského okruhu a D1 a zpracovala k tomu hezkou studii. Nicméně … téma ještě není dostatečně publikačně „vytěženo“, takže ještě musí vyjít nějaký ten článeček a objet se s tím konference, než se tato data uvolní i pro vás. Ale slibuji, že to bude co nejdříve 😊

Nanočástice

Dnes tedy něco málo o nanočásticích, někdy také nazývaných jako ultrajemné částice. Co je to vlastně zač? Laicky řečeno, jedná se o částice s průměrem menším než 1 µm. Evropská i česká legislativa doposud znají pouze PM10 (částice do 10 µm průměru) a jejich podmnožinu PM2,5 (částice do 2,5 µm průměru). Nanočástice jsou další podmnožinou, které sice nejsou v legislativě nijak ukotveny, ale zato se jim věnuje čím dál větší pozornost.

Na rozdíl od PM10 a PM2,5, které se vyjadřují jako hmotnostní koncentrace (XY mikrogramů částic v metru krychlovém vzduchu – tedy µg∙m–3), se v případě nanočástic, které jsou velmi lehké, uvádí jejich počet v centimetru krychlovém vzduchu (p∙cm–3). Moderní přístroje umí navíc částice dělit dle velikostí i do různých velikostních frakcí a jít až do měření částic v jednotkách nanometrů.

V ČR doposud není nějak etablovaná síť měření nanočástic. Dlouhodobě měří v podstatě pouze výzkumné organizace (např. Ústav chemických procesů AV, který měří i na observatoři ČHMÚ v Košeticích, nebo v Praze), a nově také ČHMÚ na 4 svých hot-spot dopravních stanicích (Praha-Legerova, Brno-Úvoz, Ostrava-Českobratrská a Ústí nad Labem-Všebořická). Samozřejmě se pak různě měří jednorázově, ale to jsou buď měření zaměřená na nějaký konkrétní účel, anebo nahodilá měření, která však nemají dlouhodobou vypovídací hodnotu. Příkladem budiž měření experta z Dánska v Brně, které pro určitý účel může být zajímavé, ale vzhledem k tomu, že měří 1 den a často pouze krátkou dobu, tak pro charakteristiku lokality nemá toto měření žádný význam. Je to jako byste na základě hodinového měření teploty v jeden den usuzovali na to, že jsou tyto teploty takto konstantní celý rok.

Měření na Úvoze

Jak jsem již uvedl, v Brně se sledují nanočástice na stanici Brno-Úvoz. Měří se pomocí přístroje Fidas, který umí měřit částice od nějakých 170 nm. Jsou samozřejmě přístroje, které umí jít do nižších velikostních frakcí, ale tento navíc umí měřit i PM10 a PM2,5, a je dostatečně malý, aby se vlezl do minikontejneru.

V následujících obrázcích a grafech budu využívat hodinová data z této stanice za leden – září 2017. Jedná se o cca 6500 hodnot. Rozhodně se tedy nejedná o jedno nahodilé měření.

Přístroj dále umí členit nanočástice do spousty velikostních frakcí, ovšem co se počtu týče, jsou důležité pouze některé, jak ukazuje následující obrázek. Nejčastěji je zastoupena frakce 213 nm, obecně lze říci, že většina částic se pohybuje cca mezi 180 a 500 nm.

Roční chod

Jednou z prvních otázek je, jak si na tom stojí částice z hlediska průměrných měsíčních hodnot. Z dřívějších kapitol vyplynulo, že vysoké koncentrace PM10 a PM2,5 se vyskytují takřka výhradně v zimním období v topné sezóně. Ultrajemné částice jsou často přisuzovány hlavně dopravě. Vliv topné sezóny by tedy neměl být až tak markantní. Ovšem měření ze stanice Brno-Úvoz tuto teorii až tak nepotvrzují, jak ukazuje následující obrázek.

V lednu a únoru, kdy byly zhoršené rozptylové podmínky, intenzivně se topilo kvůli nízkým teplotám a koncentrace prašnosti na jižní Moravě byly ovlivněny také dálkovým transportem, byly naměřeny zhruba dvojnásobné hodnoty počtu částic než v ostatních měsících. Minimum bylo naměřeno v červnu, nikoliv o prázdninách, kdy lze očekávat snížené intenzity dopravy. Doprava je dozajista významným zdrojem ultrajemných částic, jak dokazují některá specializovaná (ale často jednorázová) měření. Ovšem jak ukazuje dlouhodobé měření, není jediným zdrojem, a v topné sezóně pravděpodobně ani nejvýznamnějším.

Denní chod

Obdobně lze zpracovat data po jednotlivých hodinách v průměru za 9 měsíců roku 2017. Následující obrázek zobrazuje sumu všech částic v jednotlivé hodiny. Čas je jako vždy uváděn v UTC, pro SEČ je potřeba přičíst 1 hodinu, pro SELČ 2.

Z obrázku vyplývá, že od půlnoci do rána dochází k mírnému poklesu. Pak do hodnot promluví pravděpodobně ranní dopravní špička, která hodnoty navýší a kulminuje okolo 6. hodiny UTC.  Poté však dochází k poměrně významnému poklesu, nejnižší hodnoty jsou měřeny mezi 12. – 14. hodinou UTC. Poté opět dochází k nárůstu počtu částic, který kulminuje mezi 20. a 22. h. UTC – tedy až v pozdních večerních až nočních hodinách. Tyto hodnoty jsou zároveň nejvyšší z celého dne (vyšší, než ranní špička). Tento trend naznačuje, že pro počty ultrajemných částic je velmi podstatné vytápění a zřejmě i rozptylové podmínky. A to i na dopravní lokalitě, jakou je Brno-Úvoz. Doprava samozřejmě také hraje svou významnou roli, ale i zde, podobně jako u PM10 či PM2,5, je potřeba zdůraznit, že se zdaleka nejedná o zdroj jediný. Jestli je to zdroj hlavní bez dalších analýz asi nepůjde jednoduše určit.

Korelace s dopravou

Částečně by mohla odpovědět korelační analýza mezi hodinovými počty částic, koncentracemi PM, koncentracemi oxidů dusíku a dopravními intenzitami. Korelogram zobrazuje následující obrázek. Byly použity pouze nejvýznamnější početní frakce, pak suma všech částic.

Z korelogramu vyplývá, že jednotlivé frakce a koncentrace PM mají mezi sebou pevnou pozitivní korelaci. Avšak s dopravou je v případě částic korelace nulová. S dopravou korelují dobře oxidy dusíku, ne sice tak silně jako v případě částic mezi sebou, přesto se jedná o poměrně silnou pozitivní vazbu.

Co z toho vyplývá? Že koncentrace oxidů dusíku se s intenzitou dopravy korelovat dají, avšak počty ultrajemných částic, ani koncentrace PM nikoliv. Důvody jsem uváděl již výše – topení, další zdroje dálkový transport. Přesto může být doprava pro koncentrace ultrajemných částic velmi důležitá – i když zatím nekorelovatelná. Z účelových měření zaměřených na emise ultrajemných částic vyplynulo, že 1 auto s demontovaným filtrem pevných částic vyprodukuje tolik částic, co 1000 ostatních (s filtrem a dobře udržovaných). Proto by dle mého neměla být penalizována doprava v Brně jako celek (korelace nefunguje), ale kontroly by se měly zaměřit operativně na technický stav jednotlivých vozidel. Věřím, že takovéto operativní kontroly v provozu by přinesly větší užitek, než spousta jiných opatření … ale je to politicky nepopulární.

Aktuální data o technickém stavu vozidel nebo použitém palivu v hodinových datech získat nelze, a proto je to pouze hypotéza.


Shrnutí

Sledování počtu ultrajemných částic je rozhodně důležité a pravděpodobně tímto směrem půjde další výzkum částic. Přesto ani v tomto případě se nelze soustřeďovat na jeden zdroj, a to ani na dopravou exponovaných lokalitách. V městských aglomeracích téměř vždy dochází ke kombinací vlivů. Přesto lze z dat na Úvoze vyčíst, že v topné sezóně a při nepříznivých rozptylových podmínkách mohou být počty částic až dvojnásobné proti ostatním měsícům, přičemž z denního chodu vyplývá, že nejvyšší počty jsou měřeny v nočních hodinách. To opět podporuje tezi, že za ultrajemné částice nemůže pouze doprava, ale také topení a významný vliv mají i meteorologické podmínky. Celková intenzita dopravy s počty částic nekoreluje, je možné, že pár vozidel s demontovanými filtry pevných částic mohou počty částic ovlivnit více, než zbylá doprava.

Oštítkováno , , , ,

Okomentujte článek ...