Podcast na Nitrogén-oxidok (NOx): Képződés és eltávolítás

Přepis

Filip: Emlékszel, amikor télen reggel mentél iskolába, és olyan nehéz, csípős volt a levegő? Vagy amikor a rádióban „szmogriadót” jelentettek be, és azt tanácsolták, hogy ne szellőztessünk sokat?

Anna: Pontosan. A legtöbben ezt természetesnek vesszük, de e mögött az érzés mögött elég durva kémia rejlik. Olyan anyagok, amikről észre sem vesszük, hogy belélegezzük őket.

Filip: És pont ezekről a láthatatlan ellenségekről fogunk ma beszélni a levegőben. Hallgatják a StudyFi Podcastot. Üdvözlöm Önöket, én Filip vagyok, és itt van velem Anna szakértő.

Anna: Szia Filip, sziasztok! Ez egy nagy téma, úgyhogy vágjunk is bele rögtön. A káros anyagokat aszerint oszthatjuk fel, hogy a keletkezésüket befolyásolhatjuk-e az égéssel, vagy sem.

Filip: Ez kulcsfontosságú felosztásnak hangzik. Akkor mi tartozik ide?

Anna: Például a kén-oxidok vagy a klór- és fluorvegyületek főleg abból keletkeznek, ami közvetlenül az üzemanyagban van. A keletkezésüket nem nagyon tudod befolyásolni. De aztán vannak olyan anyagok, mint a szén-monoxid vagy a nitrogén-oxidok, és ott már attól függ, HOGYAN égetünk.

Filip: Értem. Tehát néhány esetben azt mondhatjuk, hogy „rossz üzemanyag”, másoknál pedig „rossz folyamat”. Kezdjük azokkal, ahol a folyamat játszik szerepet. Például a nitrogén-oxidok?

Anna: Remek kezdés. A nitrogén-oxidok, amiket gyakran NOx-ként jelölnek, elég alattomos társaság. Ide tartozik főleg a nitrogén-monoxid, az NO, és a nitrogén-dioxid, az NO2.

Filip: Az a másik, az NO2, az a barna gáz, amit néha látni a városok felett, mint egyfajta ködöt?

Anna: Pontosan! Ez egy vörösesbarna, irritáló és elég mérgező gáz. Általában nem közvetlenül keletkezik, hanem oxidációval abból a kevésbé veszélyes NO-ból, ami magas, 1300 Celsius-fok feletti hőmérsékleten jön létre. Például autómotorokban vagy erőművekben.

Filip: Tehát az autó kifújja az NO-t, és az a levegőn átváltozik arra a barna mocsokra, az NO2-re?

Anna: Egyszerűen fogalmazva, igen. És ami még rosszabb, ez az NO2 aztán tovább reagál. Amikor rásüt a nap, képes szétbomlani és elindítani egy láncreakciót, ami talajközeli ózont hoz létre.

Filip: Várjunk csak, ózon? Az véd minket az UV sugárzástól, nem? Akkor ez tulajdonképpen jó?

Anna: Jó észrevétel, de itt van a csapda! Az ózon magasan a légkörben a barátunk. De ez a talajközeli ózon, ami lent, a városokban keletkezik, az úgynevezett fotokémiai szmog fő alkotóeleme. És az nagyon rossz a tüdőnknek.

Filip: Aha, szóval az ózon olyan, mint az a barát, akit szívesen látsz a buliban, de nem a saját nappalidban.

Anna: Ez egy tökéletes hasonlat! Pontosan. A talajközeli ózon irritálja a légutakat és rengeteg problémát okoz.

Filip: És mi történik, ha az NO2 találkozik a vízzel a légkörben? Az esővel?

Anna: Akkor savak keletkeznek. Konkrétan salétromsav és salétromossav. Ez az egyik oka annak, hogy savas esőink vannak, amik károsítják az erdőket és az épületeket.

Filip: Ha már az égésről beszélünk, nem feledkezhetünk meg a klasszikusokról – a szén-dioxidról és a szén-monoxidról. CO és CO2.

Anna: Pontosan. Kezdjük a rövid távon veszélyesebbel – a szén-monoxiddal, a CO-val. Tökéletlen égés során keletkezik. Amikor nincs elég oxigéned.

Filip: Az a csendes gyilkos, amiről a rossz fürdőszobai kármánok kapcsán szoktak beszélni, ugye?

Anna: Igen, sajnos. Színtelen, szagtalan, de extrém mérgező. A probléma az, hogy a vérünkben lévő hemoglobinhoz körülbelül 200-300-szor szívesebben kötődik, mint az oxigén.

Filip: Tehát a vérünk az életadó oxigén helyett elkezdi „rakodni” a mérgező CO-t, és a test tulajdonképpen megfullad, még akkor is, ha lélegzel. Ez ijesztő.

Anna: Pontosan. Mérgezést okoz. Szerencsére a légkörben reagál és CO2-vé alakul, de lokálisan a koncentrációja halálos lehet.

Filip: És mi van a nagyobb testvérével, a CO2-vel? Az nem mérgező, de még mindig ő az első számú gazember, ha az éghajlatról van szó, ugye?

Anna: Így van. A szén-dioxid a tökéletes égés természetes terméke. Önmagában ártalmatlan, de óriási mennyisége a légkörben üvegházhatást okoz. Megtartja a hőt és felmelegíti a bolygót.

Filip: Tehát a tökéletes égés ugyan nem termel mérgező CO-t, de cserébe CO2-t termel, ami „befűt nekünk” globális szinten. Az ember nem válogathat.

Anna: Pontosan. És nem szabad megfeledkeznünk a koromról sem. Ezek lényegében el nem égett szénrészecskék, amik a láng gyors lehűlésekor keletkeznek. Eltömítik a szűrőket, kéményeket, de főleg a tüdőnket.

Filip: Ha a szennyezésről van szó, főleg az idősebb generációnak jut eszébe a kén-dioxid. SO2. Miért pont az?

Anna: Mert a múltban, főleg a rossz minőségű, magas kéntartalmú barnaszén égetése miatt, ez óriási probléma volt. Az SO2 színtelen gáz, de jellegzetes, csípős szaga van – mint amikor meggyújtasz egy gyufát.

Filip: És mit csinál a légkörben?

Anna: Hasonlóan az NO2-höz, reagál a vízzel és az oxigénnel, és kénsavat képez. Ez a savas esők fő oka, amik például az Érchegységben pusztították az erdőket. És felelős a londoni típusú szmogért is – az a sűrű, nedves szmog télen.

Filip: Szerencsére ez sokat javult a kéntelenítő berendezéseknek köszönhetően az erőművekben, nem?

Anna: Igen, az SO2 kibocsátás nálunk drámaian csökkent. De ez nem jelenti azt, hogy a kén eltűnt a levegőből. Itt van például a szulfán, a H2S. Ez az a gáz, ami záptojás szagú.

Filip: Fúj. És az is veszélyes?

Anna: Rendkívül mérgező, még a hidrogén-cianidnál is jobban. Szerencsére az orrunk nagyon alacsony koncentrációban is képes észlelni, így figyelmeztet minket, mielőtt túl késő lenne.

Filip: Térjünk most valami olyasmire, amit talán nem annyira kapcsolunk a szennyezéshez. Illékony szerves vegyületek, angolul VOC.

Anna: Igen, ez egy hatalmas és sokszínű csoportja a vegyszereknek. Egyszerűen fogalmazva, olyan szerves vegyületek, amik már szobahőmérsékleten könnyen elpárolognak. Megtalálhatók festékekben, lakkokban, ragasztókban, tisztítószerekben, de még a kipufogógázokban is.

Filip: Tehát az „új autó” vagy a frissen festett szoba „illata”? Azok VOC-k?

Anna: Pontosan! És sok közülük nem éppen egészséges. Vegyük például a benzolt. Ez egy bizonyított rákkeltő anyag, károsítja a csontvelőt, és fő forrása az autós közlekedés, valamint a benzin elpárolgása tankoláskor.

Filip: Tehát amikor benzinszagot érzek a kútnál, tulajdonképpen rákkeltő anyagot lélegzek be?

Anna: Sajnos igen. Vagy a formaldehid. Az például forgácslap bútorokból vagy ragasztókból szabadul fel. Az is rákkeltő. Az WHO meghatározott határértékeket állapított meg rájuk, de például a benzol esetében az ideális határérték a nulla.

Filip: Ennek van értelme. Miért akarnánk bármilyen mennyiségű rákkeltő anyagot belélegezni, ugye?

Anna: Pontosan. A VOC-okkal az is a probléma, hogy a légkörben reagálnak a nitrogén-oxidokkal napfény jelenlétében, és hozzájárulnak annak a fotokémiai szmognak a kialakulásához, amiről beszéltünk.

Filip: Következők a listán a klór- és fluorvegyületek. Itt azonnal eszembe jut egy szó: freonok.

Anna: Így van. A freonok klór-fluorozott szénhidrogének. A múlt század 30-as éveitől csodaszernek számított – nem gyúlékony, szagtalan, nem mérgező... Ideális hűtőközeg volt hűtőszekrényekbe és klímaberendezésekbe, vagy hajtógázként spray-kbe.

Filip: Remekül hangzik. Hol volt a probléma?

Anna: A probléma a stabilitásukban rejlett. Annyira kémiailag stabilak, hogy évtizedekig megmaradnak a légkörben. Lassan feljutnak a sztratoszférába, ahol az erős UV sugárzás szétbontja őket, és klóratomokat szabadít fel belőlük.

Filip: És mit csinál az a klór?

Anna: Egyetlen klóratom katalizátorként viselkedik, és ózonmolekulák tízezreit képes elpusztítani. A mi jó, védelmező ózonunkat. Ezzel okozzák a hírhedt ózonlyukat.

Filip: Tehát egy anyag, ami itt lent szuper biztonságos volt, fent globális fenyegetéssé vált. Ez irónia.

Anna: Pontosan. Szerencsére a Montreali jegyzőkönyvnek köszönhetően a gyártásukat és használatukat világszerte betiltották, és az ózonréteg lassan gyógyul. Ez az egyik kevés nagy környezetvédelmi siker.

Filip: És mi van más vegyületekkel, mint a HCl és a HF? Azok honnan származnak?

Anna: A hidrogén-klorid és a hidrogén-fluorid főleg olyan hulladékok égetésekor keletkeznek, amelyek műanyagokat, például PVC-t vagy teflont tartalmaznak. Ezek erős savak, irritálják a nyálkahártyát és a légutakat, és magas hőmérsékleten a kazánok korrózióját okozzák.

Filip: Végül két anyacsoport maradt, amik különösen veszélyesnek hangzanak. A perzisztens szerves szennyezőanyagok, vagyis a POP-ok, és a porrészecskék.

Anna: A POP-ok az ökotoxikológusok rémálmai. Olyan szerves anyagok, amelyek – ahogy a nevük is sugallja – perzisztensek, azaz ellenállnak a lebomlásnak. Évtizedekig megmaradnak a környezetben.

Filip: És felhalmozódnak a testben?

Anna: Igen, bioakkumulatívak. Felhalmozódnak a zsírszövetekben és feljebb jutnak a táplálékláncban. Ezért a csúcsragadozókban, beleértve az embert is, a legmagasabb a koncentrációjuk. Ide tartoznak például a dioxinok, a PCB-k vagy a policiklusos aromás szénhidrogének, röviden PAH-ok.

Filip: PAH… azok tökéletlen égés során keletkeznek, ugye? Például faszénen grillezéskor?

Anna: Pontosan! Az a fekete, odaégett szél a steak-en tele van PAH-okkal. De keletkeznek az iparban, autómotorokban vagy az aszfaltutak kopásakor is. Erős rákkeltő anyagok.

Filip: Tehát tulajdonképpen önként adunk az ételünkhöz valamit, amitől a levegőben próbálunk megszabadulni. Remek.

Anna: Így van. És végül a porrészecskék, szaknyelven TZL – szilárd szennyező anyagok. Méretük szerint osztjuk fel őket, leggyakrabban PM10-ről és PM2.5-ről beszélünk.

Filip: PM mint „particulate matter”, angolul, és az a szám a méret mikrométerben, ugye?

Anna: Pontosan. Minél kisebb a részecske, annál veszélyesebb. A nagyobbak elakadnak az orrban vagy a felső légutakban. De a legkisebbek, 2,5 mikrométer alatt, egészen a tüdőhólyagocskákig bejutnak, és onnan akár a véráramba is bekerülhetnek.

Filip: És mi a legrosszabb bennük? Hogy csak eltömítik a tüdőt?

Anna: Nem csak az. Ők magukon, mint taxik, szállítanak más káros anyagokat. Magukra kötik azokat a PAH-okat, nehézfémeket és más mérgeket. Szóval velük együtt egy egész toxikus koktélt viszünk be a tüdőnkbe.

Filip: Hűha. Szóval a nitrogén-oxidoktól a VOC-okon át a porig… a körülöttünk lévő levegő tulajdonképpen egy elég forgalmas kémiai labor. Nagyon köszönöm, Anna, ezt az áttekintést.

Anna: Szívesen. Fontos tudni, mit lélegzünk be, hogy elkezdhessük megváltoztatni.

Filip: Szóval ezek voltak a szervetlen anyagok... de mi van azokkal a szerves szennyeződésekkel, Anna? Hallottam, hogy azok még alattomosabbak.

Anna: Ez igaz, Filip. És remek példa erre a policiklusos aromás szénhidrogének, röviden a PAH-ok. Többnyire színtelen vagy sárgás, szilárd anyagok.

Filip: És miben veszélyesek? Elég… kémikusan hangzik.

Anna: A legfontosabb és egyben legrosszabb tulajdonságuk, hogy képesek megmaradni a környezetben. Nem bomlanak le. És ha ezt kombinálod azzal, hogy rákkeltőek, az már probléma.

Filip: Értem. Tehát minél nagyobb a molekula, annál nagyobb a probléma?

Anna: Pontosan. A növekvő molekulatömeggel nő az olvadás- és forráspontjuk, és főleg a lipofilitásuk. Ez azt jelenti, hogy jobban oldódnak zsírokban, és lerakódnak az élő szervezetek zsírszöveteiben.

Filip: És van valami „szupergonosz” köztük?

Anna: Határozottan. Benzo(a)pirénnek hívják. Extrémen rákkeltő és mutagén. Tökéletlen égés során keletkezik, például autómotorokban vagy grillezéskor 300 és 600 fok közötti hőmérsékleten.

Filip: Rendben, akkor a grillezésre odafigyelek. Mi más tartozik még ebbe a csoportba? Hallottam a PCB-kről.

Anna: Igen, a poliklórozott bifenilek. Az egy külön fejezet. Nagymértékben gyártották őket körülbelül 1930-tól 1966-ig. Olyanok voltak... ipari sztárok.

Filip: Miért? Mit tudtak?

Anna: Nem gyúlékonyak voltak, kémiailag stabilak még magas hőmérsékleten is, és kiválóan szigeteltek. Ezért tették őket például transzformátorokba és kondenzátorokba hűtőfolyadékként. Festékekbe, műanyagokba, sőt még viaszok helyettesítőjeként is használták őket a bútorgyártásban.

Filip: Tehát elméletileg lehetnek otthon a régi szekrényemben?

Anna: Elméletileg igen. A probléma az, hogy nem illékony folyadékok, vízben oldhatatlanok, de kiválóan oldódnak zsírokban. Tehát ismét felhalmozódnak a testben és mérgezőek.

Filip: Úgy tűnik nekem, hogy a „zsírokban halmozódnak fel” az összes ilyen anyag közös nevezője.

Anna: Pontosan. Ez igaz egy másik csoportra is – a halogénvegyületekre. És a legproblematikusabbak közé tartoznak a dioxinok és a furánok. Ezek rendkívül stabilak és rendkívül mérgezőek.

Filip: És ezek honnan származnak? Ezeket valószínűleg nem veszem meg a boltban.

Anna: Azt biztosan nem. Melléktermékként keletkeznek. Főleg klórt tartalmazó szerves anyagok égetésekor. Például hulladékégetéskor, papírfehérítéskor vagy természetesen erdőtüzek során is.

Filip: És hogyan szabaduljunk meg tőlük? Ha ennyire stabilak...

Anna: Nehéz. A megbízható lebontásukhoz legalább 1050 Celsius-fokos hőmérsékletre van szükség két másodpercen keresztül. A modern égetőművekben ezért a füstgázokat a forró zónán való áthaladás után gyorsan le kell hűteni.

Filip: Tehát a kulcs a hőmérséklet és a sebesség. Ennek van értelme.

Anna: Pontosan. És aztán még másodlagos módszereket is használnak, például aktív szénszűrőket, amik felfogják őket. De a legjobb természetesen megelőzni a keletkezésüket.

Filip: Rendben. Szóval vannak PAH-ok, PCB-k, dioxinok... Ez mind elég komplex kémiának hangzik. Van valami egyszerűbb is, ami szennyezi a levegőt?

Anna: Persze. Nem feledkezhetünk meg a szilárd szennyező anyagokról. Egyszerűen fogalmazva – por. De annak is megvannak a maga sajátosságai.

Filip: Milyenek?

Anna: Elsődlegesre és másodlagosra osztjuk őket. Az elsődlegesek közvetlenül az égés során keletkeznek – lényegében üzemanyagdara, pernye és korom. Ez elég világos.

Filip: És a másodlagosak?

Anna: Azok csak a légkörben keletkeznek. Gáznemű anyagok, például kén- és nitrogén-oxidok kémiai reakcióiról van szó. De ez már egy olyan téma, ami megérdemel egy külön fejezetet.

Filip: Rendben, szóval most már értjük, hogyan működik a pernye. De mondtuk, hogy egyes fémek is problémát jelentenek. Melyek azok és miért?

Anna: Pontosan, Filip. És itt a fő „gonoszok” a kálium és a nátrium. Ezek alkálifémek. Önmagukban nem jelentenének akkora problémát, de mit gondolsz, mi történik, ha találkoznak klórral és kénnel?

Filip: Hát, gondolom, nem nyitnak táncklubot. Inkább valami kémiai katasztrófa receptjének hangzik.

Anna: Telitalálat! Ugyanis úgynevezett alkáli-kloridokat hoznak létre. És ezeknek az anyagoknak van egy kellemetlen tulajdonságuk – borzasztóan szeretnek lerakódni a berendezések forró felületein.

Filip: Gondolsz például a kazánban lévő hőcserélők csöveire?

Anna: Pontosan ott. Ráragadnak a felületre, és ezzel még csak most kezdődik. Ugyanis reagálni kezdenek a füstgázokkal, amik kén-oxidokat tartalmaznak.

Filip: És mi az eredménye ennek a reakciónak?

Anna: Az eredmény szulfát és – most jön a lényeg – gáznemű klór felszabadulása közvetlenül az acél felületén. És az a klór olyan, mint egy turbó a korrózió számára.

Filip: Hűha. Tehát a kálium és a nátrium tulajdonképpen csak taxik, amik odaviszik az agresszív klórt egyenesen a tett helyszínére?

Anna: Ez egy teljesen tökéletes hasonlat! Jobban nem is mondhattam volna. És pont ezért olyan kritikus a tartalmuk. De ez szorosan összefügg egy másik elemmel is, amire most ránézünk...

Filip: Na és akkor jöjjön az utolsó nagy témánk... a levegővédelem. Ez elég jogi hangzású, nem?

Anna: Hangzik, és az is. De logikus. Az alapja a levegő védelméről szóló 201/2012. sz. törvény. Az irányít tulajdonképpen mindent.

Filip: És mit irányít pontosan? Minden kéményt az országban?

Anna: Lényegében igen. Kulcsfontosságú, hogy a szennyezőforrásokat a hőteljesítményük szerint osztja fel. Vannak nagy forrásaink ötven megawatt felett, aztán közepesek és kicsik, egészen a legkisebbekig.

Filip: Tehát más szabályok vonatkoznak egy óriási hőerőműre, és mások egy iskolai kazánra.

Anna: Pontosan. Kisebb szilárd tüzelésű kazánokra szigorú európai ökodizájn rendelet és a mi ČSN EN 303-5 szabványunk is vonatkozik.

Filip: Rendben, vannak szabályaink. De hogyan ellenőrzik valójában, hogy mindenki betartja-e őket?

Anna: Kibocsátásméréseket végeznek. Az alapvető egyszeri. Például négy hónapon belül el kell végezni egy új forrás üzembe helyezése vagy egy nagyobb átalakítás után.

Filip: És milyen gyakran ismétlődik? Olyan, mint az autó műszaki vizsgája?

Anna: Jó hasonlat! Kisebb forrásoknál, például gázüzeműeknél 5 MW-ig, háromévente egyszer. Másoknál pedig évente egyszer.

Filip: És mi van a legnagyobb forrásokkal?

Anna: Ott már nem elég az egyszeri mérés. Az ötven megawatt feletti forrásoknak úgynevezett folyamatos méréssel kell rendelkezniük. Ez azt jelenti, hogy folyamatosan mérik a kibocsátást.

Filip: Tehát, hogy összefoglaljuk... Van egy kulcsfontosságú törvényünk, ami a teljesítményük szerint osztja fel a forrásokat. És ez alapján különbözik, hogy milyen gyakran és milyen módon kell mérni a kibocsátásukat. Minél nagyobb, annál szigorúbb.

Anna: Pontosan. Ez a fő gondolat, amit magunkkal kell vinni.

Filip: Remek. Ezzel mindent átvettünk mára. Anna, nagyon köszönöm az összes információt. És Önöknek, kedves hallgatók, köszönjük a figyelmet a StudyFi Podcastnál, és találkozunk legközelebb!