Podcast na Oxidy dusíku (NOx): Vznik a odstraňování

Kapitoly

Úvod do znečištění

Oxidy dusíku a fotochemický smog

Saze, CO a CO2

Síra a kyselé deště

Těkavé organické látky (VOC)

Freony, chlór a fluor

Perzistentní zabijáci a prach

Polycyklické aromatické uhlovodíky

Polychlorované bifenily

Dioxiny a furany

Pevné znečišťující látky

Hlavní viníci koroze

Jak vzniká rychlá koroze

Zákony a zdroje znečištění

Jak se měří emise

Shrnutí a rozloučení

Přepis

Filip: Vzpomínáš si, jak jsi šel někdy v zimě ráno do školy a ten vzduch byl takový těžký a štiplavý? Nebo když v rádiu hlásili „smogovou situaci“ a doporučovali moc nevětrat?

Anna: Přesně. Většina z nás to bere jako normální věc, ale za tím pocitem je docela drsná chemie. Látky, o kterých si ani neuvědomujeme, že je dýcháme.

Filip: A právě o těch neviditelných nepřátelích v ovzduší si dnes budeme povídat. Posloucháte Studyfi Podcast. Vítejte, já jsem Filip a je tu se mnou expertka Anna.

Anna: Ahoj Filipe, ahoj všichni. Je to velké téma, tak se do něj rovnou pustíme. Škodliviny můžeme rozdělit podle toho, jestli jejich vznik můžeme, nebo nemůžeme ovlivnit spalováním.

Filip: To zní jako klíčové dělení. Takže co tam patří?

Anna: Tak třeba oxidy síry nebo sloučeniny chloru a fluoru vznikají hlavně z toho, co je obsaženo přímo v palivu. Jejich vznik moc neovlivníš. Ale pak jsou tu látky jako oxid uhelnatý nebo oxidy dusíku, a tam už záleží na tom, JAK spalujeme.

Filip: Rozumím. Takže u některých si můžeme říct „špatné palivo“, u jiných „špatný proces“. Začněme u těch, kde hraje roli ten proces. Třeba oxidy dusíku?

Anna: Skvělý start. Oxidy dusíku, často označované jako NOx, jsou pěkně záludná parta. Patří sem hlavně oxid dusnatý, NO, a oxid dusičitý, NO2.

Filip: Ten druhý, NO2, to je ten hnědý plyn, co je někdy vidět nad městy jako takový opar?

Anna: Přesně tak! Je to červenohnědý, dráždivý a pěkně jedovatý plyn. Většinou nevzniká přímo, ale oxidací z toho méně nebezpečného NO, který vzniká při vysokých teplotách nad 1300 stupňů Celsia. Třeba v motorech aut nebo v elektrárnách.

Filip: Takže auto vyfoukne NO, a to se na vzduchu změní na to hnědé svinstvo NO2?

Anna: Zjednodušeně řečeno, ano. A co je horší, tenhle NO2 pak dál reaguje. Když na něj zasvítí slunce, dokáže se rozpadnout a spustit řetězovou reakci, která tvoří přízemní ozon.

Filip: Počkat, ozon? Ten nás přece chrání před UV zářením, ne? Takže je to vlastně dobře?

Anna: Dobrá poznámka, ale tady je ten chyták! Ozon vysoko v atmosféře je náš kamarád. Ale tenhle přízemní ozon, který vzniká dole ve městech, je hlavní složkou takzvaného fotochemického smogu. A ten je pro naše plíce hodně špatný.

Filip: Aha, takže ozon je jako ten kamarád, kterého chceš mít na párty, ale ne u sebe doma v obýváku.

Anna: To je dokonalé přirovnání! Přesně tak. Přízemní ozon dráždí dýchací cesty a způsobuje spoustu problémů.

Filip: A co se stane, když se NO2 potká s vodou v atmosféře? S deštěm?

Anna: Pak vznikají kyseliny. Konkrétně kyselina dusičná a dusitá. To je jeden z důvodů, proč máme kyselé deště, které poškozují lesy a budovy.

Filip: Když už mluvíme o spalování, nemůžeme zapomenout na klasiku – oxid uhličitý a uhelnatý. CO a CO2.

Anna: Přesně. Začněme tím nebezpečnějším v krátkodobém měřítku – oxidem uhelnatým, CO. Vzniká při nedokonalém spalování. Když nemáš dostatek kyslíku.

Filip: To je ten tichý zabiják, o kterém se mluví v souvislosti se špatnými karmami v koupelně, že?

Anna: Ano, bohužel. Je bez barvy, bez zápachu, ale extrémně jedovatý. Problém je, že se váže na hemoglobin v naší krvi asi 200-300krát ochotněji než kyslík.

Filip: Takže naše krev si místo životodárného kyslíku začne „nakládat“ jedovatý CO a tělo se vlastně dusí, i když dýcháš. To je děsivé.

Anna: Přesně tak. Způsobuje otravu. Naštěstí v atmosféře reaguje a přeměňuje se na CO2, ale lokálně může být jeho koncentrace smrtelná.

Filip: A co jeho větší brácha, CO2? Ten není jedovatý, ale pořád je to padouch číslo jedna, pokud jde o klima, že?

Anna: Je to tak. Oxid uhličitý je přirozený produkt dokonalého spalování. Sám o sobě je neškodný, ale jeho obrovské množství v atmosféře způsobuje skleníkový efekt. Zadržuje teplo a otepluje planetu.

Filip: Takže dokonalé spalování sice neprodukuje jedovatý CO, ale zase produkuje CO2, který nám „topí pod kotlem“ v globálním měřítku. Člověk si nevybere.

Anna: Přesně. A nesmíme zapomenout ani na saze. To jsou v podstatě nespálené částečky uhlíku, které vznikají při rychlém ochlazení plamene. Zanášejí filtry, komíny, ale hlavně naše plíce.

Filip: Když se řekne znečištění, hlavně starší generaci se vybaví oxid siřičitý. SO2. Proč zrovna ten?

Anna: Protože v minulosti, hlavně kvůli spalování nekvalitního hnědého uhlí s vysokým obsahem síry, to byl obrovský problém. SO2 je bezbarvý plyn, ale má typický štiplavý zápach – jako když škrtneš sirkou.

Filip: A co dělá v atmosféře?

Anna: Podobně jako NO2 reaguje s vodou a kyslíkem a tvoří kyselinu sírovou. To je hlavní příčina kyselých dešťů, které ničily lesy třeba v Krušných horách. A taky je zodpovědný za smog londýnského typu – takový ten hustý, vlhký smog v zimě.

Filip: Naštěstí se tohle díky odsiřovacím zařízením na elektrárnách hodně zlepšilo, ne?

Anna: Ano, emise SO2 u nás klesly dramaticky. Ale to neznamená, že síra z ovzduší zmizela. Máme tu třeba sulfan, H2S. To je ten plyn, co zapáchá jako zkažená vejce.

Filip: Fuj. A ten je taky nebezpečný?

Anna: Je prudce jedovatý, dokonce víc než kyanovodík. Naštěstí ho náš nos dokáže odhalit i ve velmi nízkých koncentracích, takže nás varuje dřív, než je pozdě.

Filip: Pojďme teď k něčemu, co si se znečištěním možná tolik nespojujeme. Těkavé organické látky, anglicky VOC.

Anna: Ano, to je obrovská a pestrá skupina chemikálií. Zjednodušeně řečeno, jsou to organické sloučeniny, které se snadno odpařují už při pokojové teplotě. Najdeš je v barvách, lacích, lepidlech, čisticích prostředcích, ale i ve výfukových plynech.

Filip: Takže ta „vůně“ nového auta nebo čerstvě vymalovaného pokoje? To jsou VOC?

Anna: Přesně! A mnohé z nich nejsou zrovna zdravé. Vezmi si třeba benzen. Je to prokázaný karcinogen, poškozuje kostní dřeň a hlavním zdrojem je automobilová doprava a odpařování benzínu při tankování.

Filip: Takže když cítím benzín u pumpy, dýchám vlastně karcinogen?

Anna: Bohužel ano. Nebo formaldehyd. Ten se uvolňuje třeba z nábytku z dřevotřísky nebo z lepidel. Taky je karcinogenní. WHO pro ně má stanovené limity, ale třeba pro benzen je ideální limit nula.

Filip: To dává smysl. Proč bychom chtěli dýchat jakékoliv množství karcinogenu, že?

Anna: Přesně. Problém s VOC je i ten, že v atmosféře reagují s oxidy dusíku za přítomnosti slunečního záření a podílejí se na tvorbě toho fotochemického smogu, o kterém jsme mluvili.

Filip: Další na seznamu jsou sloučeniny chloru a fluoru. Tady se mi okamžitě vybaví jedno slovo: freony.

Anna: Správně. Freony jsou chlor-fluorované uhlovodíky. Od 30. let minulého století to byla zázračná látka – nehořlavá, bez zápachu, nejedovatá... Ideální jako chladivo do ledniček a klimatizací nebo jako hnací plyn do sprejů.

Filip: Zní to skvěle. Kde byl problém?

Anna: Problém byl v jejich stabilitě. Jsou tak chemicky stálé, že v atmosféře vydrží desítky let. Pomalu vystoupají až do stratosféry, kde je silné UV záření rozštěpí a uvolní z nich atomy chloru.

Filip: A co ten chlor udělá?

Anna: Jeden jediný atom chloru se chová jako katalyzátor a dokáže zničit desítky tisíc molekul ozonu. Toho našeho hodného, ochranného ozonu. Tím způsobují nechvalně známou ozonovou díru.

Filip: Takže látka, která byla super bezpečná tady dole, se nahoře stala globální hrozbou. To je ironie.

Anna: Přesně. Naštěstí díky Montrealskému protokolu se jejich výroba a používání celosvětově zakázaly a ozonová vrstva se pomalu zaceluje. Je to jeden z mála velkých environmentálních úspěchů.

Filip: A co další sloučeniny jako HCl a HF? Kde se berou ty?

Anna: Chlorovodík a fluorovodík vznikají hlavně při spalování odpadů, které obsahují plasty jako PVC nebo teflon. Jsou to silné kyseliny, dráždí sliznice a dýchací cesty a za vysokých teplot způsobují korozi kotlů.

Filip: Na konec nám zbývají dvě skupiny látek, které znějí obzvlášť nebezpečně. Perzistentní organické polutanty, neboli POPs, a prachové částice.

Anna: POPs jsou noční můrou ekotoxikologů. Jsou to organické látky, které jsou – jak název napovídá – perzistentní, tedy odolné vůči rozkladu. Zůstávají v prostředí desítky let.

Filip: A hromadí se v těle?

Anna: Ano, jsou bioakumulativní. Hromadí se v tukových tkáních a postupují potravním řetězcem nahoru. Proto mají nejvyšší koncentrace vrcholoví predátoři, včetně člověka. Patří sem třeba dioxiny, PCB nebo polycyklické aromatické uhlovodíky, zkráceně PAH.

Filip: PAH… ty vznikají při nedokonalém spalování, že? Třeba při grilování na dřevěném uhlí?

Anna: Přesně! Ten černý, připálený okraj na steaku je plný PAH. Vznikají ale i v průmyslu, v motorech aut nebo při otěru asfaltových silnic. Jsou to silné karcinogeny.

Filip: Takže si vlastně dobrovolně přidáváme do jídla něco, čeho se snažíme zbavit v ovzduší. Skvělé.

Anna: Je to tak. A nakonec ty prachové částice, odborně TZL – tuhé znečišťující látky. Dělíme je podle velikosti, nejčastěji se mluví o PM10 a PM2.5.

Filip: PM jako „particulate matter“, anglicky, a to číslo je velikost v mikrometrech, že?

Anna: Přesně. Čím menší částice, tím je nebezpečnější. Ty větší se zachytí v nose nebo v horních cestách dýchacích. Ale ty nejmenší, pod 2,5 mikrometru, proniknou až do plicních sklípků a odtud se mohou dostat i do krevního oběhu.

Filip: A co je na nich nejhorší? Že jen ucpávají plíce?

Anna: Nejen to. Ony na sobě jako taxíky vozí další škodliviny. Navážou na sebe právě ty PAH, těžké kovy a další jedy. Takže do plic si s nimi zaneseme celý toxický koktejl.

Filip: Páni. Takže od oxidů dusíku přes VOC až po prach… vzduch kolem nás je vlastně docela rušná chemická laboratoř. Díky moc, Anno, za tenhle přehled.

Anna: Rádo se stalo. Je důležité vědět, co dýcháme, abychom to mohli začít měnit.

Filip: Takže to byly anorganické látky... ale co ty organické kontaminanty, Anno? Slyšel jsem, že jsou ještě záludnější.

Anna: To je pravda, Filipe. A skvělým příkladem jsou polycyklické aromatické uhlovodíky, zkráceně PAH. Většinou jsou to bezbarvé nebo nažloutlé tuhé látky.

Filip: A v čem jsou nebezpečné? Zní to dost... chemicky.

Anna: Jejich nejdůležitější a zároveň nejhorší vlastností je schopnost přetrvávat v prostředí. Nerozkládají se. A když to zkombinuješ s tím, že jsou karcinogenní, je to problém.

Filip: Chápu. Takže čím větší molekula, tím větší problém?

Anna: Přesně tak. S rostoucí molekulovou hmotností se zvyšuje jejich bod tání a varu a hlavně lipofilita. To znamená, že se lépe rozpouští v tucích a usazují se v tukových tkáních živých organismů.

Filip: A je nějaký “superpadouch” mezi nimi?

Anna: Rozhodně. Jmenuje se benzo(a)pyren. Je extrémně karcinogenní a mutagenní. Vzniká při nedokonalém spalování, třeba v motorech aut nebo při grilování při teplotách mezi 300 a 600 stupni.

Filip: Dobře, takže na grilování si dám pozor. Co dalšího patří do téhle skupiny? Slyšel jsem o PCB.

Anna: Ano, polychlorované bifenily. To je kapitola sama pro sebe. Vyráběly se masivně zhruba od roku 1930 do roku 1966. Byly to takové... průmyslové hvězdy.

Filip: Proč? Co uměly?

Anna: Byly nehořlavé, chemicky stálé i při vysokých teplotách a skvěle izolovaly. Proto se dávaly třeba do transformátorů a kondenzátorů jako chladicí kapalina. Taky se používaly do nátěrů, plastů nebo dokonce jako náhrada vosků v nábytkářství.

Filip: Takže je teoreticky můžu mít doma ve staré skříni?

Anna: Teoreticky ano. Problém je, že jsou to netěkavé kapaliny, nerozpustné ve vodě, ale skvěle rozpustné v tucích. Takže se opět hromadí v těle a jsou toxické.

Filip: Zdá se mi, že “hromadí se v tucích” je společný jmenovatel všech těhle látek.

Anna: Přesně tak. To platí i pro další skupinu – halogenové sloučeniny. A mezi ty nejproblematičtější patří dioxiny a furany. Ty jsou mimořádně stabilní a prudce jedovaté.

Filip: A kde se berou tyhle? To si asi nekoupím v obchodě.

Anna: To určitě ne. Vznikají jako vedlejší produkt. Hlavně při spalování organických látek, které obsahují chlor. Třeba při spalování odpadu, při bělení papíru nebo i přirozeně při lesních požárech.

Filip: A jak se jich zbavit? Když jsou tak stabilní...

Anna: Je to těžké. Pro jejich spolehlivý rozklad potřebuješ teplotu alespoň 1050 stupňů Celsia po dobu dvou sekund. V moderních spalovnách se proto spaliny po průchodu touto horkou zónou musí rychle ochladit.

Filip: Takže klíč je teplota a rychlost. To dává smysl.

Anna: Přesně. A pak se ještě používají sekundární metody, třeba filtry s aktivním uhlím, které je zachytí. Ale nejlepší je samozřejmě jejich vzniku předcházet.

Filip: Dobře. Takže máme PAH, PCB, dioxiny... To všechno zní jako docela komplexní chemie. Existuje i něco jednoduššího, co znečišťuje vzduch?

Anna: Určitě. Nemůžeme zapomenout na tuhé znečišťující látky. Jednoduše řečeno – prach. Ale i ten má svá specifika.

Filip: Jaká?

Anna: Dělíme je na primární a sekundární. Primární vznikají přímo při spalování – jsou to v podstatě kousky paliva, popílek a saze. To je celkem jasné.

Filip: A ty sekundární?

Anna: Ty vznikají až v atmosféře. Jde o chemické reakce plynných látek, jako jsou oxidy síry a dusíku. Ale to už je téma, které si zaslouží vlastní kapitolu.

Filip: Dobře, takže teď už chápeme, jak funguje popílek. Ale říkali jsme, že problémem jsou i některé kovy. Které to jsou a proč?

Anna: Přesně tak, Filipe. A tady jsou hlavními "padouchy" draslík a sodík. To jsou kovy alkalických zemin. Samy o sobě by nebyly takový problém, ale co myslíš, že se stane, když se potkají s chlorem a sírou?

Filip: No, tipuju, že si neotevřou taneční klub. Spíš to zní jako recept na nějakou chemickou katastrofu.

Anna: Trefa! Vytvářejí totiž takzvané alkalické chloridy. A tyhle látky mají jednu nepříjemnou vlastnost – strašně rády se usazují na horkých površích zařízení.

Filip: Myslíš třeba na trubkách výměníků v kotli?

Anna: Přesně tam. Přilepí se na povrch a tím to teprve začíná. Začnou totiž reagovat se spalinami, které obsahují oxidy síry.

Filip: A co je výsledkem téhle reakce?

Anna: Výsledkem je síran a – teď to přijde – uvolnění plynného chloru přímo na povrchu oceli. A ten chlor je jako turbo pro korozi.

Filip: Páni. Takže draslík a sodík jsou v podstatě jen taxíky, které přivezou ten agresivní chlor přímo na místo činu?

Anna: To je naprosto dokonalé přirovnání! Lépe bych to neřekla. A právě proto je jejich obsah tak kritický. Ale to úzce souvisí i s dalším prvkem, na který se teď podíváme...

Filip: Tak a pojďme na naše poslední velké téma... ochrana ovzduší. To zní dost legislativně, co?

Anna: Zní, a taky je. Ale je to logické. Základem je Zákon o ochraně ovzduší, číslo 201/2012 Sb. Ten vlastně všechno řídí.

Filip: A co přesně řídí? Každý komín v zemi?

Anna: V podstatě ano. Klíčové je, že rozděluje zdroje znečištění podle jejich tepelného výkonu. Máme velké zdroje nad padesát megawattů, pak střední a malé, až po ty nejmenší.

Filip: Takže jiná pravidla platí pro obří teplárnu a jiná pro kotel ve škole.

Anna: Přesně tak. Pro menší kotle na tuhá paliva platí i přísné evropské nařízení o ekodesignu a naše norma ČSN EN 303-5.

Filip: Dobře, máme pravidla. Ale jak se reálně kontroluje, že je všichni dodržují?

Anna: Provádí se měření emisí. To základní je jednorázové. Musí se udělat třeba do čtyř měsíců po spuštění nového zdroje nebo po nějaké větší úpravě.

Filip: A jak často se to opakuje? Je to jako technická u auta?

Anna: Dobré přirovnání! U menších zdrojů, třeba na plyn do 5 MW, je to jednou za tři roky. U jiných zase jednou ročně.

Filip: A co ty největší zdroje?

Anna: Tam už jednorázové měření nestačí. Zdroje nad padesát megawattů musí mít takzvané kontinuální měření. To znamená, že měří emise neustále.

Filip: Takže abychom to shrnuli... Máme tu klíčový zákon, který dělí zdroje podle výkonu. A podle toho se pak liší, jak často a jakým způsobem se musí měřit jejich emise. Čím větší, tím přísnější.

Anna: Přesně tak. To je ta hlavní myšlenka, kterou si odnést.

Filip: Skvělé. Tím jsme probrali všechno pro dnešek. Anno, moc děkuju za všechny informace. A vám, milí posluchači, děkujeme za pozornost u Studyfi Podcastu a těšíme se zase příště!