Tlenki azotu

Z Smogopedia
Skocz do: nawigacja, szukaj

Tlenki azotu należą do najgroźniejszych związków zanieczyszczających atmosferę. Są kilkakrotnie bardziej szkodliwe od dwutlenku siarki i niemal dziesięciokrotnie bardziej od tlenku węgla[1]. 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[2].

Źródła NOx w Polsce

Według najnowszych szacunków Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) na podstawie KOBiZE[3] za 2018 rok największym źródłem emisji tlenków azotu jest w Polsce sektor transportu. Odpowiadaonza ponad 38% emisji[4]. Kolejnym dużym źródłem są „inne sektory”, m.in. emisja z sektora komunalno-bytowego – 22% ienergetyka 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[5].

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[6]. 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[7]. 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[8].

Dodatkowo obowiązuje norma dotycząca oceny zanieczyszczenia tlenkami azotu w kontekście ochrony roślin. Poziom dopuszczalny NOX w powietrzu wynosi 30 µg/m3 przy rocznym okresie uśredniania. Stężenie NOx 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[9] oraz poziomy informowania[10]. 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[11] 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)[12]. 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 NOX. Za rok 2019, tak samo jak w latach ubiegłych, wszystkie 16 stref zaliczono do klasy A. Oznacza to, że dopuszczalny poziom NOX 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[13] (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe”[14] („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[15] 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 PM2,5 i NO2 w 1000 europejskich miast[16]. 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[17].

Rysunek 6. Ranking ISGlobal dla zanieczyszczenia NO2

Wpływ na zdrowie

W raporcie Europejskiej Agencji Środowiska[18] (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe”[19] („Jakość powietrza w Europie”) oszacowano ilu ludzi traci przedwcześnie życie[20] 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[21]. Wykazano, że liczba przyjęć do szpitala z powodu chorób układu oddechowego wzrasta wraz ze wzrostem poziomu NO2 w niektórych obszarach[22]. Część badań wskazuje na rolę NO2 w zwiększaniu skali skutków zdrowotnych obserwowanych w przypadku innych zanieczyszczeń[23],[24]. 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[25],[26],[27],[28]. 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[29]. Badania w pomieszczeniach dostarczyły dowodów wpływu na objawy ze strony układu oddechowego u niemowląt[30],[31]. 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 [32],[33],[34],[35],[36].

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 starsz znajdujących się w grupie ryzyka[37].
  1. ↑ http://laboratoria.net/artykul/12580.html
  2. ↑ https://smoglab.pl/co-i-jak-nas-truje-tlenki-azotu-1/
  3. ↑ https://www.kobize.pl/pl/fileCategory/id/16/krajowa-inwentaryzacja-emisji
  4. ↑ Dane z 2018 roku według EEA (Air pollutant emissions data viewer), [źródło: https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/dashboards/air-pollutant-emissions-data-viewer-3].
  5. ↑ Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2284 z dnia 14 grudnia 2016 r. w sprawie redukcji krajowych emisji niektórych rodzajów zanieczyszczeń atmosferycznych, zmiany dyrektywy 2003/35/WE oraz uchylenia dyrektywy 2001/81/WE (tekst mający znaczenie dla EOG), https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32016L2284&from=PL
  6. ↑ Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 r. w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. 2020 poz. 2279) wraz z późn. Zmianami [źródło: http://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20120001031, http://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20190001931].
  7. ↑ Tekst jednolity: https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20200001219
  8. ↑ Szacunkowa wartość 0,12 ng/m3 została oszacowana przy założeniu jednostkowego ryzyka WHO raka płuc dla mieszanin wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i akceptowalnego ryzyka dodatkowego ryzyka raka w ciągu całego życia wynoszącego około 1 na 100 000, https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/69477/WHO_SDE_PHE_OEH_06.02_eng.pdf
  9. ↑ Poziom alarmowy to taki, którego nawet krótkotrwałe przekroczenie może powodować zagrożenie dla zdrowia ludzi.
  10. ↑ Poziom informowania jest to stężenie substancji, powyżej którego istnieje zagrożenie zdrowia ludzkiego wynikające z krótkotrwałego narażenia na działanie zanieczyszczeń wrażliwych grup ludności.
  11. ↑ Raport za rok 2019 dostępny na stronie GIOŚ: https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/content/show/1002301
  12. ↑ http://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20120001031. Dla wszystkich zanieczyszczeń są one zgodne z kryteriami określonymi w dyrektywach 2008/50/WE i 2004/107/WE (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy [źródło: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32008L0050&from=PL]) i Dyrektywa 2004/107/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 grudnia 2004 r. w sprawie arsenu, kadmu, rtęci, niklu i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w otaczającym powietrzu [źródło: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32004L0107&from=PL]
  13. ↑ https://www.eea.europa.eu/pl
  14. ↑ https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2020-report
  15. ↑ https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2020-report
  16. ↑ https://isglobalranking.org/ranking/
  17. ↑ https://smoglab.pl/pyly-pm25-zabijaja/
  18. ↑ https://www.eea.europa.eu/pl
  19. ↑ https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2020-report
  20. ↑ Przedwczesne zgony to takie, które mają miejsce zanim dana osoba osiągnie oczekiwany wiek. Oczekiwany wiek to zazwyczaj oczekiwana długość życia w kraju, biorąc pod uwagę płeć i wiek. Uważa się, że przedwczesnym zgonom można zapobiec, jeśli można wyeliminować ich przyczyny.
  21. ↑ Schindler, C. et al. Associations between lung function and estimated average exposure to NO2 in eight areas of Switzerland. Epidemiology, 9: 405–411 (1998), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9647904/
  22. ↑ Sunyer, J. et al. Urban air pollution and emergency admissions for asthma in four European cities: the APHEA project. Thorax, 52: 760–765 (1997), https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1758645/
  23. ↑ Katsouyanni, K. et al. Confounding and effect modification in the short-term effects of ambient particles on total mortality: Results from 29 European cities within the APHEA2 project. Epidemiology, 12: 521–531 (2001), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11505171/
  24. ↑ Spix, C. et al. Short-term effects of air pollution on hospital admissions of respiratory diseases in Europe: A quantitative summary of APHEA study results. Archives in Environmental Health, 53: 54–64 (1998), https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00039899809605689
  25. ↑ Gauderman, W.J. et al. Association between air pollution and lung function growth in southern California children. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 162: 1383–1390 (2000), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11029349/
  26. ↑ Gauderman, W.J. et al. Association between air pollution and lung function growth in southern California children. Results from a second cohort. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 166: 76–84 (2002), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12091175/
  27. ↑ Gillespie-Bennett, J. et. al. The respiratory health effects of nitrogen dioxide in children with asthma. European Respiratory Journal, 38: 303–309 (2011), https://erj.ersjournals.com/content/38/2/303
  28. ↑ Mukala K. Personal exposure to nitrogen dioxide and health effects among preschool children. National Public Health Institute, Division of Environmental Health, Finland (1999), https://core.ac.uk/download/pdf/14915929.pdf
  29. ↑ Gauderman, W.J. et al. Childhood asthma and exposure to traffic and nitrogen dioxide. Epidemiology, 16(6):737–43 (2005), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16222162/
  30. ↑ Samet, J.M. et al. Nitrogen dioxide and respiratory illnesses in infants. Am Rev Respir Dis, 148(5):1258–65 (1993), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8239162/
  31. ↑ WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, Global update 2005, https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/69477/WHO_SDE_PHE_OEH_06.02_eng.pdf
  32. ↑ Vagaggini, B. et. at. Effect of short-term NO2 exposure on induced sputum in normal, asthmatic and COPD subjects. European Respiratory Journal, 9(9): 1852–1857 (1996), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8880102/
  33. ↑ Morrow, P.E. et. al. Pulmonary performance of elderly normal subjects and subjects with chronic obstructive pulmonary disease exposed to 0.3 ppm nitrogen dioxide. Am Rev Respir Dis, 145(2 Pt 1): 291–300 (1992), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1736733/
  34. ↑ Roger, L.J. et. al. Pulmonary function, airway responsiveness, and respiratory symptoms in asthmatics following exercise in NO2. Toxicol Ind Health, 6(1): 155–71 (1990), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2349573/
  35. ↑ Bauer, M.A. et. al. Inhalation of 0.30 ppm nitrogen dioxide potentiates exercise-induced bronchospasm in asthmatics. Am Rev Respir Dis, 134(6): 1203–8 (1986), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3789520/
  36. ↑ Strand, V. et. al. Immediate and delayed effects of nitrogen dioxide exposure at an ambient level on bronchial responsiveness to histamine in subjects with asthma. Eur Respir J., 9(4): 733–40 (1996), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8726938/
  37. ↑ https://powietrze.uni.wroc.pl/base/t/dwutlenek-azotu-NO2
Źródło: „https://smogopedia.pl/index.php?title=Tlenki_azotu&oldid=467”