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. Odpowiada on za ponad 38% emisji[4]. 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[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 starszych 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