Benzo[a]pyren – mýty a fakta15 min čtení

Benzo[a]pyren – mýty a fakta15 min čtení

V tomto článku se podíváme na benzo[a]pyren (BaP) – karcinogenní polycyklický aromatický uhlovodík (PAH, PAU), sloužící jako marker znečištění ovzduší PAH. Krátce si popíšeme BaP jako takový, následně se podíváme na zdravotní dopady jeho vysokých koncentrací a nebude chybět ani přehled jeho nejvýznamnějších zdrojů a průměrné koncentrace jak v jednotlivých částech ČR, tak v evropském kontextu. Vyvrátíme také některé často citované mýty o znečišťování ovzduší.

Uhlovodíky obecně jsou organické látky obsahující pouze uhlík a vodík. Polycyklické aromatické uhlovodíky jsou uhlovodíky složené z minimálně dvou aromatických kruhů. Chemický vzorec BaP je C20H12, jedná se o benzenový kruh spojený s pyrenem.

Do skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků patří celá řada látek. Některé z nich jsou karcinogenní, mutagenní a/nebo toxické. Právě BaP je prokazatelným karcinogenem [1]. Významnost zdravotních účinků jednotlivých PAH se liší. Odhad celkového karcinogenního potenciálu PAH směsi v ovzduší vychází z porovnání potenciálních karcinogenních účinků se závažností BaP. Vyjadřuje se jako tzv. toxický ekvivalent BaP (TEQ BaP) a jeho výpočet je dán součtem součinů toxických ekvivalentových faktorů (TEF) stanovených US EPA (viz tabulka níže) a měřených koncentrací [2].

Sloučenina TEF
Benzo[a]pyren 1
Dibenz[a,h]antracen 1
Benzo[a]antracen 0,1
Benzo[b]fluoranten 0,1
Benzo[j]fluoranten 0,1
Indeno[c,d]pyren 0,1
Benzo[a]antracen 0,01
Benzo[k]fluoranten 0,01

Většina BaP v ovzduší je navázána na jemnou frakci suspendovaných částic, tedy tzv. PM2,5.

 

V úvodu jsem zmínil, že si ukážeme, že některé často zažité představy nemusí být zcela pravdivé – můžou a nemusí (záleží na roční době a konkrétní znečišťující látce):

  • nejvyšší znečištění je ve velkých městech, na vesnicích je čistý vzduch
  • za znečištění ovzduší může doprava a velké průmyslové podniky

V případě BaP – znečišťující látky, která je prokazatelně karcinogenní a látky, u které je ze všech polutantů s platným imisním limitem na nejvyšším podílu stanic překračován imisní limit – často i několikanásobně – jsou totiž situace a příčiny zcela odlišné.

Situace v České republice

Benzo[a]pyren patří v současnosti k hlavním problémům znečištění ovzduší v České republice. V minulém roce (2017) byl imisní limit pro roční průměrnou koncentraci, rovný 1 ng/m3, překročen na téměř dvou třetinách (65,8 %, 25 z 38) všech stanic s dostupnými daty. U žádné jiné látky s platným imisním limitem nedochází k překročení na tak velkém podílu stanic. Navíc je na některých místech tento limit překročen několikanásobně.

Lokalita Okres Průměrná roční koncentrace
Ostrava-Radvanice ZÚ Ostrava-město 9,6
Ostrava-Radvanice OZO Ostrava-město 4,5
Český Těšín – autob. nádraží Karviná 4,4
Český Těšín Karviná 4,2
Karviná ZÚ Karviná 3,9
Kladno-Švermov Kladno 3,7
Ostrava-Přívoz Ostrava-město 3,5
Vražné Nový Jičín 3,3
Valašské Meziříčí Vsetín 2,8
Studénka Nový Jičín 2,7

Stanice s nejvyššími průměrnými ročními koncentracemi BaP v ČR (2017) [ng/m3]. Zdroj dat: ČHMÚ

 

U žádné jiné látky s platným imisním limitem nedochází k překročení na tak velkém podílu stanic. Navíc je na některých místech tento limit překračován několikanásobně.

 

Na níže uvedené mapě jsou vidět průměrné roční koncentrace BaP v České republice. Vzhledem k nedostatečnému počtu stanic s měřením BaP je mapa zatížena vyšší nejistotou než mapy pro ostatní znečišťující látky. Z celkového hodnocení vyplývá, že je imisní limit překročen na 26,0 % území ČR, na kterém žije přibližně 61,8 % obyvatel.

Z mapy i výše uvedené tabulky je vidět, že je nejhorší situace v Moravskoslezském kraji, především pak v okresech Ostrava a Karviná. Relativně vysoké koncentrace jsou i na východní Moravě a v severovýchodních Čechách a okolí Kladna. Jak si ukážeme v další části článku, takřka výhradním zdrojem BaP v ČR je lokální vytápění. Problém vysokých koncentrací BaP se tak ve velké míře týká malých obcí, ve kterých navíc není prováděno rutinní měření.

V rámci kampaně měření v malých obcích byla v roce 2017 měřena koncentrace BaP v topné sezóně ve dvou obcích Jihomoravského kraje – Ostopovice a Moravany. Vzhledem k délce tohoto účelového měření není možné stanovit roční průměrnou koncentraci BaP v těchto oblastech. Je však možné provést srovnání s okolními stanicemi, kde měření probíhá celoročně. V Brně jsou koncentrace BaP sledovány na dvou stanicích: Brno-Líšeň a Brno-Masná. Obě stanice patří mezi menšinu stanic, na kterých v roce 2017 nebyl překročen imisní limit (Brno-Líšeň: 0,6 ng/m3, Brno-Masná: 0,7 ng/m3). Koncem listopadu 2016 během kampaňového měření byly v některých dnech denní průměrné koncentrace BaP v Ostopovicích 18x vyšší než v Brně-Líšni.

Koncentrace BaP vzhledem ke svému nejvýznamnějšímu zdroji (lokální vytápění, viz níže) vykazují velmi výrazný roční chod s maximem během topné sezóny a minimy v létě. K vyšším koncentracím v zimě přispívají také obecně horší rozptylové podmínky, což platí obecně pro téměř všechny znečišťující látky, s výjimkou přízemního ozonu, jehož koncentrace jsou naopak nejvyšší v letních jasných a horkých dnech (dáno fotochemickým vznikem ozonu jako sekundárního polutantu).

Vzhledem k faktu, že se můžou rozptylové podmínky rod od roku výrazně lišit, je pro zhodnocení celkového trendu BaP nutné sledovat dlouhodobější vývoj koncentrací.

Bohužel, jak je vidět z výše uvedeného grafu, s výjimkou roku 2006, kdy byly průměrné koncentrace BaP v ČR nejvyšší (kvůli velmi špatným rozptylovým podmínkám ten rok), nelze pozorovat žádný klesající trend. Tato data, stejně jako mapy, jsou však zatížena vyšší nejistotou a při průměrování pro celé území naší republiky tak dochází ke zkreslení. Na výše uvedeném grafu jsou na tom venkovské stanice nejlépe, z praxe na základě krátkodobých měření v malých obcích však víme, že jsou tyto lokality z hlediska koncentrací BaP v ovzduší velmi problematické. Vzhledem k počtu malých obcí a zejména časové a finanční náročnosti měření BaP však bude počet lokalit s měřením vždy omezený, byť je jedním z aktuálních cílů ČHMÚ právě nejistotu měření a průměrování BaP snižovat.

Situace v Evropě

Zhodnotit situaci v evropském kontextu můžeme na základě nedávno vydané zprávy Evropské agentury pro životní prostředí (European Environment Agency, EEA). Hodnocení v této zprávě jsou provedena na základě ohlášených koncentrací z roku 2016 od všech 25 členských států, s výjimkou Řecka, Rumunska a Malty a naopak zahrnující Norsko a Švýcarsko (celkem k dispozici 698 stanic).

Průměrné roční koncentrace nad 1,0 ng/m3 byly naměřeny v celkem 13 státech, především ve střední a východní Evropě. Nejhorší situace je v tomto ohledu nadále v Polsku. Světová zdravotnická organizace (World Health Organization, WHO) navíc doporučuje koncentrace BaP ještě několikanásobně nižší, než je současný imisní limit (0,12 ng/m3). Všechny země s výjimkou Nizozemska a Švédska měly v roce 2016 alespoň jednu stanici, kde byla striktnější hodnota 0,12 ng/m3 překročena (průměrnou roční koncentrací pod touto mezí se mohlo v roce 2016 “pochlubit” pouze 14 % stanic). EEA také jasně zmiňuje, že vysoké koncentrace BaP jsou způsobeny především kvůli lokálnímu vytápění uhlím a dřevem. V některých zemích jižní Evropy má významnější podíl také spalování zemědělského odpadu.

Průměrné roční koncentrace benzo[a]pyrenu na stanicích v Evropě. Bílou barvou jsou vyznačeny státy bez dostupných dat, šedě pak země nezahrnuté v analýze. Zdroj: EEA

Z výše uvedené mapy je vidět, že Česká republika patří v evropském kontextu k zemím s nadprůměrnými ročními koncentracemi BaP. Kromě zmíněného Polska a ČR jsou vyšší koncentrace například také v Maďarsku, Slovensku, Rakousku, Itálii nebo Chorvatsku. Velmi dobře je na tom například Nizozemsko, Švédsko, Portugalsko či Španělsko. Je to dáno jak nižším podílem lokálního vytápění, tak v případě jižněji položených zemí nižší potřebou vytápění obecně.

Graf je založen na ročních průměrných koncentracích. Pro každou zemi je zobrazena nejvyšší a nejnižší hodnota a medián (ng/m3) z jednotlivých stanic. Boxy znázorňují 25. a 75. percentil. Doporučovaná hodnota WHO (0,12 ng/m3) je zobrazena červenou čárkovanou čarou (na grafu zcela dole), cílová hodnota dle legistlativy EU je znázorněna červenou plnou čarou (1 ng/m3). Při interpretaci grafu je rovněž nutné vzít v úvahu nerovnoměrný počet stanic v jednotlivých zemích a je nutné ho srovnat s výše uvedenou mapou. Zdroj: EEA.

Situace v Jihomoravském, Zlínském kraji a Kraji Vysočina

V aglomeraci Brno jsou měřeny koncentrace BaP v lokalitě Brno-Líšeň a Brno-Masná. Na obou lokalitách nebyl v roce 2017 překročen imisní limit (stejně jako o rok dříve). Jako pozaďová stanice slouží v JMK stanice v Kuchařovicích (okres Znojmo) a BaP je sledován také v Hodoníně.

 

Brno-Masná Brno-Líšeň Kuchařovice Hodonín
2013 0,8 0,9 0,7
2014 0,6 0,6 0,6
2015 0,6 0,7 0,6 0,7
2016 0,9 0,6 0,5 0,9
2017 0,7 0,6 0,6 0,7

Průměrné roční koncentrace BaP na třech lokalitách v JMK za posledních pět let [ng/m3].

Na ani jedné ze 4 lokalit měření BaP v JMK nebyl v posledních 5 letech překročen platný imisní limit (v Hodoníně data až od 2015). Koncentrace BaP na těchto lokalitách patří dlouhodobě k nejnižším v celé republice, v některých případech byly dokonce zcela nejnižší. Podobně nízké koncentrace jsou z dlouhodobého hlediska měřeny pouze na observatoři v Košeticích (je ale nutné podotknout, že je BaP měřen pouze na menším počtu stanic, které nejsou rozmístěny reprezentativně, ale tak, aby byl jejich nejvyšší počet v problematických lokalitách). Ač se však na první pohled zdá situace v JMK dobrá, z praxe víme, že tomu tak není. V JMK je poměrně velkým problémem lokální vytápění v malých obcích. ČHMÚ provádí i krátkodobá měření právě v malých obcích a jak již bylo popsáno dříve, naměřené koncentrace několikanásobně převyšují hodnoty z výše uvedených tří stanic (teplárny Brno v rámci centrálního vytápění využívají zemní plyn). Během nepříznivých rozptylových podmínek se můžou vysoké koncentrace v malých obcích významně podepsat i na zvýšených koncentracích ve vzdálenějším okolí, což lze některé dny pozorovat i v Brně.

V kraji Vysočina je BaP měřen na observatoři v Košeticích. Vzhledem k poloze této stanice (odlehlý kopec za lesem) jsou zde koncentrace této znečišťující látky dlouhodobě prakticky nejnižší ze všech stanic, na kterých ČHMÚ BaP dlouhodobě sleduje. Imisní limit zde překračován není.

Horší je situace ve Zlíně. Tady bohužel dochází k překračování imisního limitu pravidelně: 1,8 ng/m3 (2013), 1,4 ng/m3 (2014), 1,7 ng/m3 (2015), 1,5 ng/m3 (2016) a 1,8 ng/m3 (2017). Jak je vidět na mapě koncentrací BaP ČR, koncentrace BaP jsou ve Zlínském kraji vyšší plošněji a ne pouze poblíž významnějších zdrojů (například v malých obcích). Za vyššími koncentracemi BaP ve Zlínském kraji stojí stejně jako všude jinde lokální vytápění, podepisuje se zde ale také poloha blíže Moravskoslezskému kraji a Polsku, odkud při severovýchodním směru větru můžou znečišťující látky dálkovým transportem pronikat.

Zdroje benzo[a]pyrenu

Konečně se dostáváme k tomu, co je příčinou vysokých koncentrací BaP, a to nejen v České republice. Na tuto otázku jsme si již víceméně odpověděli v předchozím textu, nyní se tedy podíváme na podrobnosti a konkrétní čísla.

Emise BaP můžou být jak antropogenního, tak také přírodního původu. Tato organická látka vzniká obecně spalováním organické hmoty (uhlí a dřeva) a proto se do ovzduší uvolňuje například i během lesních požárů.

Přirozené emise BaP jsou však na našem území víceméně zanedbatelné v porovnání s emisemi antropogenními. Vznikají během nedokonalého spalování při teplotách 300 až 600°C. K tomu dochází nejčastěji právě v menších kotlích při spalování pevných paliv. Níže zobrazený koláčový graf hlavních kategorií zdrojů emisí BaP v roce 2016 (nejnovější dostupná data) mluví za vše:

Veškeré zemědělství, doprava i služby se dohromady nepodílí na emisích BaP ani 2 %. Emise BaP pochází takřka výhradně z lokálního vytápění domácností (98,3 %). Dá se tedy říci, že za vysoké koncentrace látky, jejíž koncentrace nejvýrazněji a v největším rozsahu překračují imisní limity v ČR, můžou jednotlivé domácnosti. Z toho také plyne výrazně omezenější možnost státu tuto situaci řešit. Regulace velkých průmyslových podniků či zdrojů znečištění ovzduší je v tomto ohledu výrazně snadnější – je jich méně, lze je regulovat.

 

Veškeré zemědělství, doprava i služby se dohromady nepodílí na emisích BaP ani 2 %. Emise BaP pochází takřka výhradně z lokálního vytápění domácností (98,3 %).

Při hledání řešení regulace za účelem snížení koncentrací BaP narážíme na celou řadu dalších problémů, jako například potenciální narušování osobní svobody (možnost neohlášených domovních prohlídek) apod. Cestou je jistě i aktivní podpora čistějších způsobů vytápění – tady lze zmínit například kotlíkové dotace (samozřejmě však omezeny finančními prostředky státu). Důležitá je jistě také osvěta – řada občanů se domnívá, že topení dřevem – tedy zcela přirozeným palivem – je zcela čistým způsobem vytápění. Může být a nemusí. Vždy totiž záleží do velké míry na podmínkách, za kterých je dřevo spalováno. Nejlepším řešením pro oblasti, kde není možné využít centrálního vytápění, je topení automatickým kotlem s co nejlepší emisní třídou, či využití tepelného čerpadla.

 

Souhrn
  • imisní limit pro roční průměrnou koncentraci karcinogenního BaP je překračován na dvou třetinách stanic
  • nejhorší situace je v Moravskoslezském kraji a okolí Kladna
  • v evropském kontextu je na tom nejhůře Polsko
  • v Brně imisní limity v posledních pěti letech nebyly překročeny, jiná situace je však v malých obcích v JMK či ve Zlínském kraji
  • takřka výhradním zdrojem emisí BaP je lokální vytápění domácností (vzniká při nedokonalém spalování dřeva a uhlí)

 

Zdroje

[1] – Boström, C.E., Gerde, P., Hanberg, A., Jernström, B., Johansson, C., Kyrklund, T., Rannug, A., Törnqvist, M., Victorin, K. and Westerholm, R., 2002. Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air. Environmental health perspectives, 110(Suppl 3), p.451.

[2] – Státní zdravotní ústav, Zdravotní důsledky a rizika znečištění ovzduší, 2015, Praha

 

vedoucí oddělení kvality ovzduší

Rád si hraji s daty, tvořím webové aplikace a hledám cesty, jak věci někam posunout. Na ČHMÚ pracuji na pozici vedoucího oddělení kvality ovzduší, jsem administrátorem tohoto blogu, Facebook, Instagram a Twitter účtu ČHMÚ, jsem členem skupiny mobilní aplikace ČHMÚ a mám na starost anglickou větev našeho Facebook účtu. Podílím se na projektech napříč různými odděleními ČHMÚ.

Na ČHMÚ pracuji od roku 2014, práce mě moc baví a to nejen díky náplni, ale i skvělým kolegyním a kolegům.

Jsem také autorem nejpoužívanější šablony stránek pro uživatele meteostanic, používané ve více než 65 zemích ve více než 30 jazycích.

Sdílet

Napsat komentář