Zanieczyszczenia powietrza emitowane przez transport drogowy

Redakcja 25 kwietnia 2006 Zaktualizowana 8 grudnia 2022

Spaliny samochodowe są dużo bardziej szkodliwe dla ludzi niż zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu, jako że zanieczyszczenia motoryzacyjne rozprzestrzeniają się w dużych stężeniach na niskich wysokościach w bezpośrednim sąsiedztwie ludzi.

Według dr. Tadeusza Kopty z Politechniki Krakowskiej, w krajach OECD (Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju, skupiająca wysoko rozwinięte kraje) pojazdy samochodowe są największym źródłem skażenia środowiska, obciążając go ponad 15 tysiącami związków chemicznych. Środki transportu drogowego są odpowiedzialne za następujący procent ogólnej emisji szkodliwych substancji [15]:

– 63% tlenków azotu

– 50% substancji chemicznych pochodzenia organicznego

– 80% tlenku węgla

– 10-25% pyłów zawieszonych w powietrzu

– 6,5% dwutlenku siarki

Według badań, w tunelach, wielopoziomowych parkingach samochodowych, okolicach stacji benzynowych stężenie zanieczyszczeń niekiedy jest od 4 do 40 razy wyższe niż średnia dla całego obszaru miejskiego. Badania przeprowadzone w Londynie pokazały, że stężenie niektórych zanieczyszczeń jest kilkakrotnie wyższe wewnątrz samochodu niż stężenie w otoczeniu [15]. Dlatego też kierowca samochodu po przejechaniu samochodem danego odcinka w mieście ma dużo wyższe stężenie tlenku węgla we krwi niż rowerzysta, który pokonał ten sam odcinek.

Autobus, który emituje niewiele większą ilość spalin niż samochód osobowy, przewozi tyle osób ile 70 samochodów w mieście i 30 samochodów poza miastem. Tym sposobem transport zbiorowy jest znacznie mniej szkodliwy dla środowiska niż transport indywidualny. Jeszcze lepszy jest rower – nie emituje żadnych zanieczyszczeń. Większość przejazdów samochodem na terenie miast, odbywa się na odcinku do 5 km – taką odległość może pokonać na rowerze niemal każdy.

Tabela 1 pokazuje poziom emisji podstawowych zanieczyszczeń powietrza pochodzących z transportu drogowego w Polsce [4]:

Rodzaj zanieczyszczeń	Emisja w tonach w 2003 r.
Dwutlenek węgla	28989
Metan	4,2
Podtlenek azotu	1,94
Tlenek węgla	609,3
Niemetanowe lotne związki organiczne	111,1
Tlenki azotu	234,5
Cząstki stałe	14,94
Dwutlenek siarki	2,52
Ołów	0,021

Droga prowadząca przez las powoduje usychanie drzew pod wpływem zaburzenia stosunków wodnych na danym obszarze i szkodliwego działania spalin. Część emitowanych spalin i pyłów osiada w pobliżu drogi. Badania pokazały, że co prawda w odległości 50 metrów od drogi poziom zanieczyszczeń zawartych w glebie spada, ale i tak gleby są zanieczyszczone nawet w odległości 500 metrów od drogi.

Według dr. Jana Gronowicza z Politechniki Szczecińskiej szacuje się, że 15 mln ha powierzchni Polski, czyli niemal połowa terytorium kraju, pozostaje bezpośrednio pod wpływem działania spalin i pyłów [16]. Natomiast cała powierzchnia kraju jest stale zanieczyszczana w wyniku pośredniego działania substancji emitowanych z transportu. Poniżej przedstawiono opis podstawowych zanieczyszczeń emitowanych przez samochody i ich wpływ na zdrowie człowieka.

Gazy i pyły

Dwutlenek węgla

Jest głównym gazem cieplarnianym. Przy niewielkich stężeniach powoduje przyspieszenie oddechu i akcji serca. Stężenia rzędu 8-10 % powodują bóle głowy. Przy dłuższym przebywaniu powoduje utratę przytomności. Przy stężeniu około 40% powoduje obrzęk płuc a w efekcie śmierć.

Tlenki azotu

Tlenki azotu emitowane są do atmosfery, gdzie łączą się z parą wodną,
po czym powracają na powierzchnię ziemi
w postaci kwaśnych deszczy. Kwaśne deszcze
niszczą rośliny, powodują zakwaszenie wód i gleby. Tlenki azotu są także prekursorami związków rakotwórczych. Przyczyniają się do powstawania smogu fotochemicznego. U człowieka obniżają odporność organizmu na infekcje bakteryjne, działają drażniąco na oczy i drogi oddechowe, powodują zaburzenia w oddychaniu, są przyczyną astmy.

Dwutlenek siarki

Emitowany do atmosfery łączy się z parą wodną tworząc kwas siarkowy, następnie powraca na ziemię w postaci kwaśnego deszczu lub jest składnikiem tzw. kwaśnej mgły. Kwaśne deszcze zakwaszają glebę powodując zubożenie jej w składniki odżywcze poprzez wypłukiwanie. Z zakwa-szonej gleby uwalniane są metale ciężkie, które przy niskim pH są rozpuszczane i pobierane przez korzenie roślin, a także zanieczyszczają wody. Zakwaszenie gleb jest szczególnie szkodliwe w ekosystemach leśnych.

W wyniku tak zwanej kwaśnej depozycji dwutlenek siarki (połączony z wodą zawartą we mgle) uszkadza bezpośrednio rośliny i drzewa. Powoduje między innymi wybielenie liści i związane z nim zaburzenia fotosyntezy [17]. Kwaśne deszcze wpływają również bezpośrednio na elewacje budynków niszcząc je. Dwutlenek siarki działa drażniąco na drogi oddechowe powodując skurcz oskrzeli. Trafiając na wilgotną tkankę podrażnia ją i niszczy [17]. Wprowadzenie na rynek paliw bezsiarkowych może obniżyć emisję tego gazu.

Tlenek węgla

Jest gazem silnie toksycznym, przyczynia się do powstawania smogu fotochemicznego. Łączy się z hemoglobiną, blokuje transport tlenu we krwi. Powoduje problemy oddechowe, sercowe, bóle i zawroty głowy, nudności oraz kłopoty ze wzrokiem. W większym stężeniu powoduje śmierć. W miejscach dużego ruchu samochodowego, w tunelach, na parkingach stwierdza się wysokie stężenie tego gazu [17].

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) powstają podczas niepełnego spalania paliwa. Jest to cała grupa związków z najbardziej znanym i toksycznym benzo(a)pirenem. Od dawna wiadomo, że są one rakotwórzcze. Cząsteczki WWA są tak małe (poniżej 1 mikrometra), że nie są wychwytywane przez włoski w komórkach płucnych. Drogi oddechowe dzieci są na nie szczególnie narażone.

W stosunku do masy ciała dzieci wdychają dużo więcej kancerogennych cząstek niż dorośli – małe dzieci wdychają pięciokrotnie, a noworodki dziesięciokrotnie więcej zanieczyszczeń niż dorośli, ponieważ wdychają więcej powietrza na kilogram masy ciała [18].

Benzen

Benzen jest domieszką do paliw, jego zawartość w paliwie wynosi ok. 3%. Ponieważ jest substancją bardzo lotną, łatwo wydostaje się ze zbiorników zwłaszcza przy tankowaniu, jego resztki są także zawarte w spalinach. Do organizmu człowieka dostaje się głównie drogą oddechową, ale także w pożywieniu lub przez skórę. Znaczna ilość jest szybko rozkładana i wydalana, jednak z części powstaje szereg bardzo groźnych toksyn, m.in fenol. Mają one trzy główne działania: atakują system tworzenia krwi – i to wszystkich trzech rodzajów komórek krwi: krwinek czerwonych, krwinek białych oraz płytek krwi, powodują uszkodzenia chromosomów i materiału genetycznego. Ponadto zakłócanie systemu budowy komórek krwi prowadzi do raka krwi (białaczki), przy czym jego rozwój następuje 5-10 lat po zatruciu benzenem. Dalsze działania benzenu to: uszkodzenia centralnego układu nerwowego, uszkodzenia płodu, opóźnienia w rozwoju, uszkadzanie systemu odpornościowego.

Pyły

Najgroźniejszymi pyłami są bardzo drobne cząsteczki sadzy, czyli czystego węgla. Z uwagi na mały rozmiar przedostają się do płuc. Drobiny czystego węgla są bardzo reaktywne i dlatego na ich powierzchni łatwo osadzają się różnorodne toksyczne substancje, w tym rakotwórcze węglowodory i metale ciężkie. W efekcie pyły uczestniczą w transportowaniu węglowodorów, osadzają się na powierzchni liści pochłaniając światło. Mogą zatykać aparaty szparkowe i utrudniać przebieg fotosyntezy. U człowieka podrażniają oczy, skórę i drogi oddechowe (pylica płuc), powodują alergie, osadzają się w płucach, w podobny sposób jak u osób palących papierosy. Toksyczne pyły wywołują zatrucia.

Głównym źródłem emisji pyłów z transportu są silniki Diesla [19]. Zwiększające się ceny paliw spowodowały większe zainteresowanie nabywaniem samochodów z silnikami wysokoprężnymi. Mimo stosowania zawansowanych technicznie silników, problem emisji pyłów z samochodów napędzanych silnikiem Diesla narasta.

Pomiary stężenia pyłów prowadzone przez WIOŚ w Warszawie pokazały, że stężenie pyłów przy głównych drogach jest wielokrotnie większe niż przy ulicach o mniejszym natężeniu ruchu. Dla porównania, w 2000 roku w rejonie al. Jerozolimskich stężenie pyłów wynosiło 96 mikrogramów/m3, podczas gdy na osiedlowej ul. Bora Komorowskiego 28 mikrogramów/m3 [20].

Ołów

Pochłaniany przez rośliny, następnie spożywany przez człowieka i zwierzęta powoduje choroby. Mleko krów karmionych skażoną ołowiem żywnością jest szkodliwe dla ludzi. Ołów łączy się z czerwonymi krwinkami powodując zaburzenia procesu krwio-twórczego. Związki ołowiu w dużych dawkach powodują zaburzenia neurologiczne (uszkodzenia mózgu). Stwierdzono także, iż duże dawki wywołują agresję, a długotrwała ekspozycja powoduje opóźnienie w rozwoju umysłowym dzieci. Od czasu wprowadzenia do użytku benzyny bezołowiowej emisja ołowiu ze środków transportu znacznie spadła, jednakże używanie katalizatorów powoduje emisję innego szkodliwego metalu ciężkiego – platyny.

Platyna

Dzięki coraz powszechniejszemu stosowaniu benzyn bezołowiowych i katalizatorów spalin, emisje – i co za tym idzie negatywne skutki skażenia ołowiem, zmniejszają się. Jednak, jak się okazuje, jest to zastępowanie jednego skażenia innym, być może nie mniej groźnym. Katalizatory powodują bowiem zanieczyszczenie powietrza platyną, która jest używana do ich produkcji czyli innym szkodliwym metalem ciężkim. Platyna działa teratogennie (uszkadza płód) i jest wydalana z moczem, co prowadzi do uszkodzenia nerek. Sole platyny, nawet w małych ilościach, są silnymi alergenami [21].

Ozon

Ozon, czyli cząsteczka tlenu złożona z trzech jego atomów, a nie dwóch jak zazwyczaj, jest naturalnym składnikiem atmosfery. W górnych warstwach atmosfery tworzy warstwę chroniącą przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym – stąd tak dużym problemem ekologicznym jest zjawisko tzw. dziury ozonowej nad biegunami. Natomiast przy powierzchni ziemi ozon w naturalnej postaci praktycznie nie występuje (w ciągu ostatnich 100 lat jego stężenie wzrosło ponad dwukrotnie) i jest bardzo szkodliwy dla organizmów żywych.

Ozon nie jest bezpośrednim składnikiem spalin samochodowych, lecz powstaje w skomplikowanej reakcji fotochemicznej z udziałem tlenków azotu, tlenku węgla i węglowodorów, pochodzących ze spalin silnikowych. Do reakcji tej niezbędna jest energia słoneczna, stąd stężenie ozonu wzrasta gwałtownie w słoneczne, wiosenne i letnie dni. Szkodliwe działanie ozonu wynika z dodatkowego atomu tlenu, który jest związany bardzo nietrwale i łatwo uwalnia się jako bardzo reaktywny, wolny rodnik – szybko reagujący z innymi substancjami.

Ozon w dużym stężeniu w atmosferze uszkadza rośliny, wnikając do wnętrza tkanek liści przez aparaty szparkowe, które otwierają się szerzej i pozostają otwarte dłużej niż zwykle. Ułatwia to wniknięcie do wnętrza liścia kwaśnego opadu lub mgły, co z kolei prowadzi do uszkodzeń i wypłukiwania składników odżywczych oraz zakłócenia procesu fotosyntezy i innych funkcji metabolicznych wewnątrz liścia. To osłabia rośliny i zmniejsza ich odporność.

U ludzi ozon atakuje układ oddechowy. Przenika do oskrzelików i pęcherzyków płucnych, niszcząc ich delikatną tkankę, uszkadza włoski na ich ściankach oraz blaszki płucne – odpowiedzialne za ochronę przed toksynami, wirusami i bakteriami. W efekcie jest przyczyną obrzęków płuc, rozedmy, astmy i alergii. Podrażnia także oczy (zapalenie spojówek). W większych stężeniach powoduje bóle głowy, przy dłuższym wdychaniu może spowodować zgon.

Nowsze badania dowodzą wpływu ozonu na powstawanie raka płuc. Na przykład amerykańskie badania epidemiologiczne na grupie osób zachowujących szczególnie zdrowy tryb życia ze względów religijnych wykazały znacznie częstsze występowanie raka płuc u osób mieszkających w rejonach o wysokim skażeniu ozonem (powyżej 200 mikrogramów/m3) [22].

Ozon uszkadza farby, gumę, tworzywa sztuczne, materiały tekstylne. Ma bezpośredni wpływ na korozję i degradację materiałów organicznych. Oddziałuje wspólnie z dwutlenkiem siarki i dwutlenkiem azotu, prowadząc do przyspieszenia korozji wielu materiałów nieorganicznych.

Dioksyny

Dioksyny to grupa najbardziej toksycznych związków, jakie zna nauka. Dawka śmiertelna jest 10.000 razy niższa niż w przypadku cyjanku potasu. Z powodu szkodliwości tak małych stężeń badania są kosztowne i możliwe tylko za pomocą najbardziej zaawansowanej aparatury. Dlatego wiedza naukowa na temat dioksyn jest jeszcze niewystarczająca. Wiadomo, że przy długotrwałym oddziaływaniu powodują raka, uszkodzenia płodu, bezpłodność, zakłócenia układu rozrodczego zarówno u zwierząt, jak i ludzi.

Spaliny samochodowe należą do jednych ze źródeł dioksyn. Próby ustalenia dawki dioksyn bezpiecznej dla zdrowia człowieka, podjęte przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (US EPA), zakończyły się konkluzją, że musiałaby ona być kilkaset razy niższa, niż ilość na którą eksponowany jest obecnie każdy z nas [23].

Transport drogowy a rak

Spaliny silnikowe zawierają wiele substancji określanych jako kancerogenne, czyli powodujących przy długotrwałym narażeniu rozwój komórek rakowych. Najgroźniejsze z nich to benzen, pyły i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). W mieście łączne stężenie kancerogenów w powietrzu jest przeciętnie pięć razy wyższe niż poza miastem.

Spaliny samochodowe odpowiadają za ok. 60-70% łącznego ryzyka raka z powodu rakotwórczych zanieczyszczeń powietrza. Największy udział mają pyły (58% łącznego ryzyka), benzen (7,5%), i WWA (1,9-8,6%) [24].

Według badań branży ubezpieczeniowej przeprowadzonych w Hamburgu, u mieszkańców ulic o ruchu powyżej 30 tys. pojazdów dziennie choroby nowotworowe występują o 34% częściej niż przeciętnie. Dla niektórych schorzeń, takich jak rak jelita cienkiego, czy jelita grubego, ryzyko jest aż o 68% wyższe [25].

Niestety prawo nie chroni nas przed tym ryzykiem w adekwatny sposób, co obrazuje poniższe porównanie. W Niemczech przy stężeniu azbestu w szkołach czy przedszkolach powyżej 1000 cząstek/m3 istnieje nakaz zamknięcia i oczyszczenia obiektu. Stężenie takie odpowiada ryzyku zachorowania 20 osób na 1000, które są poddane takiemu stężeniu przez 70 lat. Tymczasem w pomiarach powietrza przed szkołami przy ruchliwych ulicach (na wysokości głowy dziecka – 1,20 m nad ziemią) w miastach niemieckich, przeprowadzonych przez Greenpeace, stężenie pyłów odpowiadało ryzyku zachorowania od 63 do 147 osób na 1000 (Magdeburg 63, Lipsk 70, Frankfurt nad Odrą 119, Berlin – Moabit 140, Schwerin 147) [24].

Dzieci są szczególnie narażone na działanie spalin. Wynika to z następujących faktów:

– Dzieci wdychają więcej spalin niż dorośli, gdyż są niższe i ich usta znajdują się na niższej wysokości.

– Dzieci mają w stosunku do masy ciała znacznie większą aktywność oddechową
w porównaniu do dorosłych.

– Ich system odpornościowy nie jest jeszcze całkowicie wykształcony, dzieci reagują znacznie mocniej na działanie substancji trujących i drażniących.

Nic zatem dziwnego, że zachorowania dzieci na raka krwi są prawie dwukrotnie częstsze
w miastach niż na wsi (5 na 100 tys. dzieci wobec 3,1 na 100 tys.) [26]. Badania dzieci
w Nadrenii – Westfalii wykazały, że dzieci w Kolonii mają o 71% więcej benzenu i o 56% więcej toluenu we krwi od dzieci z małego miasteczka Borken [27].

Zjawiska spowodowane emisją spalin

Wysokie stężenie spalin w powietrzu może prowadzić do powstania smogu. Wyróżnia się dwa rodzaje:

Smog typu londyńskiego

Występuje w okresie zimowym przy temperaturze -3÷+5°C. Spowodowany jest głównie zanieczyszczeniem powietrza wskutek emisji dwutlenku siarki i pyłów pochodzących ze spalania węgla i produktów naftowych. Co prawda spalanie węgla jest główną przyczyną powstawania tego typu smogu, jednak emisja spalin z transportu również przyczynia się do powstawania tego zjawiska. Zanieczyszczenia w połączeniu z mgłą powodują powstawanie kropelek kwasu siarkowego zawieszonych w powietrzu. Smog londyński powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu metrów, działa korozyjnie na budynki, jest szkodliwy dla roślin. U człowieka wywołuje duszności, podrażnia oczy i skórę, zaburza pracę układu krążenia.

Smog typu Los Angeles (fotochemiczny)

Pojawia się zazwyczaj w miesiącach letnich, przy temperaturze powyżej +26 °C. Powstaje w troposferze, najniższej warstwie atmosfery, w momencie wystąpienia w niej bardzo wysokich stężeń ozonu, tlenku węgla, dwutlenku siarki, tlenków azotu, a także drobnych pyłów. Pod wpływem nasłonecznienia niektóre zanieczyszczenia powietrza poddają się reakcjom fotochemicznym tworząc toksyczne związki wywołujące nowotwory i mutacje genetyczne np. azotan nadtlenku acetylu (PAN). Formuje się na obszarach zurbanizowanych, gęsto zaludnionych. Stężenia zanieczyszczeń w smogu fotochemicznym są zazwyczaj bardzo wysokie i przekraczają wielokrotnie normy jakości powietrza zalecane przez WHO (Światowa Organizacja Zdrowia).

Efekt cieplarniany

Spowodowany jest nadmierną emisją gazów: dwutlenku węgla, metanu, tlenków azotu, freonów, a także niektórych rodzajów węglowodorów. Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi jest przez nią pochłaniane (niewielka część zostaje odbita) i zamieniane na ciepło. Ogrzana powierzchnia Ziemi emituje promieniowanie cieplne, które w dużym stopniu jest pochłaniane przez zawarte w atmosferze gazy cieplarniane. Taka sytuacja powoduje stopniowe ocieplanie klimatu ziemskiego.

Według WWF (Światowa Fundacja na Rzecz Dzikiej Przyrody) w ciągu ostatnich stu lat średnia temperatura na świecie wzrosła o 0,7°C [28]. Naukowcy zauważają zwiększone topnienie lodu na biegunach. Za przyczynę tego zjawiska wskazują ocieplenie klimatu. Naukowcy ostrzegają, że podniesienie średniej temperatury na Ziemi o 2°C spowoduje stopnienie lodowca pokrywającego Grenlandię.

Topnienie lodowców stwarza realne zagrożenie podniesienia się poziomu mórz i oceanów, a w efekcie zalanie wodą niżej położonych lądów i depresji nadmorskich. Według WWF podniesienie się poziomu Bałtyku może zagrozić zalaniem prawie 2000 km2 powierzchni lądowej Polski. Ucierpi na tym 18 ośrodków wypoczynkowych, pięć dużych portów oraz domy 120 tys. osób żyjących na zagrożonych obszarach [28].

Naukowcy uznają efekt cieplarniany za przyczynę huraganów, powodzi i suszy o niespotykanych dotychczas rozmiarach. Najnowsze wyniki badań ostrzegają przed znacznie szybszym tempem ocieplania się, niż dotąd sądzono. Przewiduje się, że do końca tego stulecia temperatura może wzrosnąć nawet o 5°C w strefie tropikalnej, a w strefie umiarkowanej (do której zalicza się Polska) o 8°C, co spowoduje jeszcze większe natężenie klęsk żywiołowych [28].

Według danych Europejskiej Agencji Środowiska w latach dziewięćdziesiątych podwoiła się liczba katastrof klimatycznych. Straty wywołane tymi zjawiskami przekroczyły w 2005 roku 200 miliardów dolarów. Kilka lat temu straty te nie przekraczały kilku miliardów dolarów rocznie [28]. Skutki efektu cieplarnianego dotykają ludzkość już dzisiaj. Jak wspomniano wcześniej, brak ograniczenia emisji gazów pozwoli na dalsze nasilanie się katastrofalnych skutków efektu cieplarnianego.

Protokół z Kioto to międzynarodowe porozumienie mające doprowadzić do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Rosja naciskana przez sygnatariuszy protokołu ratyfikowała go dopiero w 2004 roku. Tym samym został spełniony warunek jego ratyfikacji przez co najmniej 55 państw będących stronami konwencji, które są odpowiedzialne za co najmniej 55% światowej emisji dwutlenku węgla w 1990 roku. Kraje te średniorocznie w okresie 2008 – 2012 muszą obniżyć emisję gazów cieplarnianych o 5,2% w stosunku do poziomu wyjściowego głównie roku 1990, a w przypadku Polski roku 1988. Niestety do traktatu nie przystąpiły Stany Zjednoczone, Australia i Arabia Saudyjska.

Według Greenpeace, nawet natychmiastowe zaprzestanie emisji gazów cieplarnianych nie spowoduje nagłej poprawy sytuacji z powodu długiego czasu „życia” gazów w atmosferze. Potrzeba też dużo czasu na wytracenie przez atmosferę nagromadzonego ciepła. Protokół z Kioto prawdopodobnie nie spełni pokładanych w nim oczekiwań, jako że potrzeby redukcji emisji wg Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatycznych sięgają 60-70%. Protokół nie obejmuje państw szybko uprzemysławiających się jak Chiny, Indie czy Brazylia, w których emisja gazów cieplarnianych szybko rośnie.

Poniższy rysunek pokazuje, że przynajmniej od 15 lat następuje stały wzrost emisji dwutlenku węgla z transportu. Niezbędne jest zatem natychmiastowe ograniczenie nasilenia transportu drogowego, stworzenie priorytetu dla kolei, transportu zbiorowego i rowerów.

Emisja dwutlenku węgla w milionach ton z transportu drogowego w 25 krajach Unii Europejskiej, Bułgarii, Islandii Norwegii, Rumunii i Turcji w latach 1990-2004 [29].