Tlenki azotu

Tlenki azotu należą do najgroźniejszych związków zanieczyszczających atmosferę. Są kilkakrotnie bardziej szkodliwe od dwutlenku siarki i niemal dziesięciokrotnie bardziej od tlenku węgla. W Polsce mamy ich pod dostatkiem, szczególnie w dużych miastach, bo jednym z głównych źródeł ich emisji jest transport drogowy. Do grupy tlenków azotu zalicza się zasadniczo 6 związków chemicznych złożonych z atomów tlenu i azotu. Z punktu widzenia powstawania smogu znaczenie mają tylko 2: tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO₂). Pozostałe nie występują w stanie wolnym lub nie posiadają właściwości toksycznych. W kontekście zanieczyszczeń powietrza najczęściej mówi się o dwutlenku azotu. Wprawdzie NO jest również gazem o działaniu drażniącym, ale sam w sobie jest znacznie mniej szkodliwy niż NO₂. Szkopuł w tym, że ten ostatni związek powstaje w głównej mierze wskutek spontanicznego utleniania tlenku azotu. Wystarczy 30 sekund, by 92% NO, który wszedł w kontakt z powietrzem przekształcił się w dwutlenek azotu.

Źródła NOx w Polsce

Według najnowszych szacunków Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) na podstawie KOBiZE za 2018 rok największym źródłem emisji tlenków azotu jest w Polsce sektor transportu. Odpowiada on za ponad 38% emisji. Kolejnym dużym źródłem są „inne sektory”, m.in. emisja z sektora komunalno-bytowego – 22% i energetyka odpowiadająca za ok. 21%.

Rysunek 1. Udział istotnych sektorów w emisji NOx w roku 2018. Źródło: KOBiZE, Krajowy Bilans Emisji Zanieczyszczeń 2020 – Raport syntetyczny

Wielkość emisji tlenków azotu zmniejszyła się o 29% od 1990 roku. Podobnie jak w przypadku dwutlenku siarki, zmiany zapoczątkowane były przez załamanie się przemysłu ciężkiego w końcu lat 80. i na początku lat 90. XX wieku. Od końca lat 90. największym źródłem emisji tlenków azotu jest spalanie paliw w transporcie drogowym, z którego emisja systematycznie rośnie. Spowodowane jest to głównie zwiększeniem liczby pojazdów o 280% od roku 1990. Wzrost emisji z transportu drogowego może stanowić znaczne utrudnienie w realizacji celów redukcyjnych dotyczących tlenków azotu, wynikających z dyrektywy 2016/2284.

Normy

Podstawowe wskaźniki, które można wykorzystać do oceny jakości powietrza to poziomy dopuszczalne i docelowe substancji w powietrzu wskazane w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu. Poziom dopuszczalny to poziom substancji, który ma być osiągnięty w określonym terminie i który po tym terminie nie powinien być przekraczany. Jest on standardem jakości powietrza. Dla dwutlenku azotu te wartości prezentują się następująco:

Tabela 1. Kryteria będące podstawą rocznej oceny jakości powietrza za 2019 rok NO₂, ochrona zdrowia

Okres uśredniania stężeń	Dopuszczalny poziom NO2 w powietrzu [µg/m3]	Dopuszczalna częstość przekroczenia dopuszczalnego poziomu w roku kalendarzowym
jedna godzina	200	18 razy
rok kalendarzowy	40	nie dotyczy

Na podstawie tej normy dokonywana jest ocena poziomów substancji w powietrzu, o której mowa w art. 89 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 roku – Prawo ochrony środowiska. Ocena jakości powietrza jest prowadzona wg kryteriów określonych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 roku w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy oraz dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/107/WE z dnia 15 grudnia 2004 roku w sprawie arsenu, kadmu, niklu, rtęci i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w otaczającym powietrzu.

Normy stężenia NO₂ zalecane przez Światową Organizację Zdrowa (WHO) nie różnią się od tych przyjętych w prawie krajowym.

Dodatkowo obowiązuje norma dotycząca oceny zanieczyszczenia tlenkami azotu w kontekście ochrony roślin. Poziom dopuszczalny NO_X w powietrzu wynosi 30 µg/m³ przy rocznym okresie uśredniania. Stężenie NO_x jest obliczane jako suma stężeń NO [ppb] + NO₂ [ppb] wyrażona w postaci NO₂ w µg/m³.

Obok norm, na podstawie których dokonuje się formalnej oceny jakości powietrza, występują jeszcze poziomy alarmowe oraz poziomy informowania. Dla NO₂ wyznaczony jest poziom alarmowy i wynosi on 400 µg/m³ dla średniej 1-godzinnej.

Przekroczenia tych poziomów są komunikowane na stronie GIOŚ i można je sprawdzić pod adresem: http://powietrze.gios.gov.pl/pjp/warnings/.

Zanieczyszczenie NOx w Polsce

Roczna ocena jakości powietrza wykonywana jest w odniesieniu do dwutlenku azotu ze względu na ochronę zdrowia ludzi. Podstawę oceny za 2019 rok, wykonanej w roku 2020, stanowiły kryteria określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (z późniejszymi zmianami). Zasadniczy podział stref, w których dokonuje się oceny, to klasy A i C. W klasie A poziom stężeń zanieczyszczenia nie przekracza poziomu dopuszczalnego, a w klasie C jest powyżej tego poziomu.

Klasyfikacji stref za 2019 rok dla NO₂ na pierwszym poziomie (wg parametrów) dokonano w odniesieniu do 2 wartości kryterialnych: stężenia dopuszczalnego 1-godzinnego i stężenia dopuszczalnego średniego rocznego. W wyniku oceny na podstawie stężeń 1-godzinnych wszystkie strefy w kraju zostały zaliczone do klasy A. Taka sama sytuacja miała miejsce w latach ubiegłych.

Rysunek 2. Klasy stref określone na podstawie 1-godzinnych stężeń NO2 w wyniku oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

W ocenie opartej na wartościach stężeń średnich rocznych NO₂, tak samo jak w przypadku ocen dla lat 2013–2018, 42 strefy zaliczono do klasy A, natomiast pozostałe 4 strefy (aglomeracja wrocławska, krakowska, warszawska i górnośląska) zaliczono do klasy C. W każdej z tych stref przekroczenia wartości dopuszczalnej zarejestrowano na tzw. stanowiskach komunikacyjnych, zlokalizowanych bezpośrednio przy drogach o dużym natężeniu ruchu i przeznaczonych do badania oddziaływania komunikacji na jakość powietrza.

Klasą strefy dla NO₂ jest klasa mniej korzystna z 2 klas określonych w klasyfikacji według parametrów (dokonanej na podstawie stężeń 1-godzinnych i średnich rocznych). W 2019 roku, spośród 46 stref podlegających ocenie pod kątem zanieczyszczenia powietrza NO₂, 42 uzyskało klasę A (91,3% ogólnej liczby stref), 4 strefy (aglomeracja wrocławska, krakowska, warszawska i górnośląska) zaliczono do klasy C (8,7%).

Rysunek 3. Klasy stref określone na podstawie średnich rocznych stężeń NO2 w Polsce w wyniku oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Dodatkowo w celu ochrony roślin dokonuje się oceny jakości powietrza pod kątem tlenków azotu NO_X. Za rok 2019, tak samo jak w latach ubiegłych, wszystkie 16 stref zaliczono do klasy A. Oznacza to, że dopuszczalny poziom NO_X w powietrzu ustalony w celu ochrony roślin nie został w 2019 roku przekroczony na terenie żadnej strefy w Polsce.

Rysunek 4. Rozkład przestrzenny stężenia NOX na obszarze Polski w 2019 roku, wyrażony jako stężenie średnie roczne, określony na podstawie modelowania matematycznego oraz obiektywnego szacowania. Źródło: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, IOŚ-PIB, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Rankingi

W corocznej ocenie jakości powietrza Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) można znaleźć kompleksowe informacje o danych z całego kontynentu wraz z porównaniem państw między sobą.

Wśród raportujących do Europejskiej Agencji Środowiska krajów znalazło się 37 państw europejskich. 16 państw członkowskich UE i 3 inne kraje odnotowały stężenia powyżej rocznej wartości dopuszczalnej. W Polsce średnia roczna nie przekroczyła norm w 2018r i wyniosła 15,6 µg/m³ (wartość średnia ważona liczbą populacji). Najwyższe stężenia w Europie stwierdzono na stacjach komunikacyjnych. Ruch drogowy jest głównym źródłem NO₂ i tlenku azotu (NO), który reaguje z ozonem (O₃), tworząc NO₂.

Rysunek 5. Stężenie NO2 w kontekście przekroczeń poziomu dopuszczalnego średniorocznego w 2018 r.; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) opublikował na początku 2021roku ranking, w którym porównano wyniki narażenia zdrowotnego spowodowanego wysokimi stężeniami PM_2,5 i NO₂ w 1000 europejskich miast. Biorąc pod uwagę zanieczyszczenie dwutlenkiem azotu 3 polskie miasta znalazły się w pierwszej setce: Warszawa (24 miejsce), Łódź (74) i Górnośląsko-Zagłębiowska Metropolia (84). Więcej o wynikach rankingu można przeczytać w artykule na Smogab.

Rysunek 6. Ranking ISGlobal dla zanieczyszczenia NO2

Wpływ na zdrowie

W raporcie Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) oszacowano ilu ludzi traci przedwcześnie życie z powodu zanieczyszczeń powietrza. Według tych analiz w Polsce w 2018 roku 1900 osób umarło przedwcześnie na skutek ekspozycji na dwutlenek azotu.

Istnieją badania potwierdzające powiązania między stężeniami NO₂ w otoczeniu a szeregiem niekorzystnych skutków zdrowotnych. Analiza dotycząca śmiertelności wykazała powiązania tego wskaźnika z NO₂. Wykazano, że liczba przyjęć do szpitala z powodu chorób układu oddechowego wzrasta wraz ze wzrostem poziomu NO₂ w niektórych obszarach. Część badań wskazuje na rolę NO₂ w zwiększaniu skali skutków zdrowotnych obserwowanych w przypadku innych zanieczyszczeń^,. Istnieją dowody, które zwiększają obawy dotyczące skutków zdrowotnych związanych z mieszaninami zanieczyszczeń powietrza na zewnątrz, które zawierają NO₂. Badania epidemiologiczne wykazały, że objawy zapalenia oskrzeli u dzieci chorych na astmę nasilają się wraz z wyższym rocznym stężeniem NO₂, a zmniejszony wzrost czynności płuc u dzieci jest powiązany z podwyższonym stężeniem NO₂^,,,. Szereg opublikowanych badań wykazało, że NO₂ może mieć większe zróżnicowanie przestrzenne inne pozostałe zanieczyszczenia powietrza związane z ruchem drogowym, na przykład masa cząstek. Badania te wykazały również niekorzystny wpływ na zdrowie dzieci mieszkających na obszarach metropolitalnych, charakteryzujących się wyższymi poziomami NO₂, nawet w przypadkach, gdy ogólny poziom NO₂ w całym mieście był dość niski. Badania w pomieszczeniach dostarczyły dowodów wpływu na objawy ze strony układu oddechowego u niemowląt^,. W wielu badaniach przeprowadzonych wśród astmatyków i dorosłych z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP) odnotowano niekorzystny wpływ NO₂ na układ oddechowy przy stężeniach takich jak 500 µg/m3 ^,,,,.

Krótkotrwała ekspozycja na wysokie stężeniem NO₂ może prowadzić do:

• podrażnienia dróg oddechowych;
• nasileni chorób układu oddechowego, zwłaszcza astmy, co prowadzi do objawów oddechowych (taki jak kaszel, świszczący oddech lub trudności w oddychaniu);
• wzrostu liczby hospitalizacji i wizyt na izbach przyjęć;
• chemicznego zapalenia i obrzęku płuc w wyniku reakcji NO₂ z płynami ustrojowymi i powstawaniu kwasu azotawego i azotowego.

Długotrwała ekspozycja na podwyższone stężenia NO₂ może:

• przyczyniać się do rozwoju astmy i zwiększać podatność na infekcje układu oddechowego (bakteryjne i wirusowe);
• osłabiać funkcje obronne płuc;
• przyczyniać się do zwiększonej śmiertelności u osób chorujących na astmę, a także u dzieci i osób starszych znajdujących się w grupie ryzyka.