Poluarea aerului si praguri nocive


Termenul de poluare a aerului presupune un anumit tip de noxe atmosferice de la care poate fi observata o variatie a calitatii acestuia. Orice imprejurare prin care, adaugand compusi chimici la constituentii obisnuiti ai aerului, alterarea proprietatilor fizice si chimice ale acestuia este suficient de pregnanta pentru a fi detectata, se numeste poluare.
Se considera poluanti numai substantele care, aparute in concentratie suficienta, pot produce un efect masurabil asupra omului, animalelor si materialelor.
Poluanta poate fi orice substanta ce poate fi aeropurtata, indiferent de starea de agregare, ea devenind extrem de periculoasa daca depaseste anumite limite.
Noxele din atmosfera sunt periculoase doar cand depasesc un nivel maxim admis al concentratiilor (numit prag nociv). Stabilirea pragurilor nocive este foarte grea, deoarece se poate face numai cu ocazia unor accidente, pragurile stabilite pentru alte mamifere neputand fi reproductibile la om.
Pentru CO sunt admise 70-80 p.p.m. la o expunere de circa 8 ore. In habitaclul unui autoturism se masoara frecvent 75 p.p.m.CO. Informativ, la inhalarea unui fum de tigara se inspira de la 42000-45000 p.p.m.CO.
Pragul nociv al hidrocarburilor este mult mai mic (5 p.p.m. aldehida, timp de 8 ore, produce o iritare puternica a ochilor, concentratii de cateva ori mai mici fiind suficiente pentru producerea smogului fotochimic).
Pragul nociv al NOx este de 5 p.p.m. pentru 8 ore, concentratii de 10-20 ori mai mici putand conduce la smogul fotochimic. Fumul de tigara contine 250 p.p.m. NOx.
Pentru SOx limita este 0,5-1,5 p.p.m., peste care aerul devine sufocant. Deoarece combustibilii motoarelor cu ardere interna conţin putin sulf, desi contributia motoarelor este de circa 50% din totalul poluarii aerului, din punct de vedere al toxicitatii, ele contribuie cu 8-22%.

Reclame

Dioxidul de carbon


Dioxidul de carbon (CO2) nu joaca un rol semnificativ in producerea ozonului si nu este toxic, el contribuie la producerea efectului de sera, in proportie de 50%, caci absoarbe energia radiata de suprafata terestra.
Cu toate ca nu este o noxa, dioxidul de carbon, CO2 este considerat, de curand, ca poluantul cel mai periculos al planetei noastre, perturband clima, topind gheturile eterne si icebergurile, prin efectul de sera pe care il produce.
S-a calculat ca automobilele introduc in atmosfera circa 4 tone CO2/kilometru patrat pe an. Fara a se tine seama de rolul dioxidului de carbon in procesul de fotosinteza si de actiunea clorofilei plantelor, se poate arata ca numai respiratia umana introduce anual 300kg CO2 pe locuitor, ceea ce pentru o densitate de 100 locuitori pe km2 duce la 30t pe an. Aceasta inseamna ca, in limitele valorilor acceptate, automobilul produce o emisiune de dioxid de carbon de 12%, ceea ce nu poate fi considerat actualmente ca o calamitate, dar poate deveni, date fiind tendintele tot mai accentuate de motorizare.

Compusii cu sulf


Petrolul nerafinat contine o fractiune de compusi cu sulf, deoarece acestia sunt concentrati in fractiunile grele, exista in cantitati mai mari in motorina decat in benzina. Cantitatea de sulf din motorina depinde de titeiul din care este extrasa motorina si de masura in care aceasta este tratata pentru reducerea sulfului. Cand combustibilul este ars, majoritatea sulfului se transforma in bioxid de sulf, iar o cantitate mică (2%) este oxidata pana la trioxid de sulf, care se combina cu apa si cu alti compusi ai gazelor de evacuare, formand acidul sulfuric si sulfatii, ce contribuie la emisia totala de particule.
Transporturile rutiere reprezintăa un contribuant minor la emisia de compusi de sulf, iar presiunea de a reduce continutul de sulf din motorina izvoraste mai mult din necesitatea de a limita particulele decat din necesitatea de a limita bioxidul de sulf.
Deoarece limitele emisiei de particule sunt din ce in ce mai mici, producatorii de motoare pot utiliza aplicarea unor sisteme de post-tratare a gazelor arse, in scopul respectarii reglementarilor. O tehnică eficienta de reducere a particulelor si a compusilor organici volatili (VOC) este folosirea catalizatorilor de oxidare. Cand acestia sunt utilizati, ei favorizeaza oxidarea bioxidului de sulf in trioxid de sulf, care este emis sub forma de particule. Daca continutul de sulf este, de exemplu, in jur de 0,3%, atunci emisia totala de particule poate creste de 3 ori cand se folosesc catalizatori, desi se obtine o reducere importanta a fractiunii alcatuite din hidrocarburi.

Ozonul si peroxiacetil-nitratul


Ozonul este forma triatomica a oxigenului molecular, este unul dintre agentii oxidanti cei mai puternici, fapt care il face puternic reactiv. Peroxiacetil-nitratul (PAN) este un agent de oxidare format de reactia compusilor organici cu radicalul OH si apoi cu O2 si NO2. Ozonul si ceilalti oxidanti produc o serie de efecte cum ar fi iritatii ale mucoaselor, insuficiente respiratorii, tuse, dureri de cap etc.
Prin „rupturile“ in stratul de mare altitudine de ozon ce din pacate se extind, nu mai este filtrata radiatia ultravioleta, ceea ce conduce la cresterea incidentei cancerului de piele in ultimul timp.

Particulele


Particulele reprezinta un amestec de substante organice si anorganice prezente in atmosfera atat in forma lichida, cat si solida, care provin din gazele arse. Definirea particulelor se face implicit prin procedeul de masurare a acestora, fiind in cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare „materia colectata pe un filtru special la trecerea gazelor arse emise de un motor cu aprindere prin comprimare, gaze diluate cu aer curat pana la obtinerea temperaturii acestora de maximum 52°C“.
Dupa marime, se considera particule mari acele particule care au un diametru mai mare de 2,5 μm, iar particule mici cele sub 2,5 μm diametru. Emisia de particule a motoarelor cu aprindere prin comprimare este mult mai mare decat a m.a.s., chiar utilizand benzine etilate. Raportul acestor emisii variaza intre 6 si 22 (4 – 7 g/l pentru autovehicule grele, fata de 0,65 g/l pentru motoarele cu benzina), iar daca raportarea se face in g/km, valoarea emisiei de particule m.a.c./m.a.s. este 500:1.
Exista o ingrijorare crescanda asupra efectelor pe care le produc particulele asupra sanatatii. S-au facut cercetari asupra fractiunii de carbon din particule carbonul nu este toxic, dar proprietatile sale fizice pot afecta functia celulara a plamanilor. Particulele de carbon emise de motoarele diesel sunt foarte mici si penetreaza adanc in plamani, unde se acumuleaza. In timp, acumularea carbonului poate intarzia mecanismul de curatare pulmonara.

Monoxidul de carbon


Monoxidul de carbon este un gaz incolor, inodor si insipid, care este mai putin dens decat aerul, este un compus relativ stabil si participa in mica masura la reactiile chimice atmosferice. CO este un produs intermediar prin care trec toti compusii carbonului cand sunt oxidati. In prezenta unei cantitati suficiente de O2, CO produs in timpul arderii este imediat oxidat, obtinandu-se CO2, dar acest lucru nu se intampla in cazul functionarii motorului in regim de mers in gol sau de decelerare. In conditii obisnuite de functionare, motoarele diesel produc cantitati mici de CO, comparativ cu motoarele cu benzina.
Afinitatea CO de a se combina cu hemoglobina este de 220 de ori mai mare decat pentru O2 , rezultand carboxihemoglobina, ceea ce produce, chiar si pentru doze mici, afectiuni ale sistemului nervos, respirator si cardiovascular. Reactia este reversibila si expunerea intoxicatilor timp de cateva ore la aer curat duce la eliminarea gazului din corp. Regula lui Henderson si Haggard arata ca exista o corelatie stransa intre concentratia gazului si timpul de expunere. Produsul dintre parti CO/10000 si timpul de expunere, in ore, da o cifra orientativa cu privire la toxicitatea gazului.
CO participa, ca substanta secundara, la o serie de reactii atmosferice incluzand si formarea ozonului, in mod indirect, prin reactia cu radicalii hidroxili (OH) pe care ii consuma si care ar fi contribuit la neutralizarea unor gaze cu potential mai mare de producere a efectului de sera, cum ar fi metanul.
Intoxicatia cu CO conduce la dureri de cap, oboseala, ameteli, tulburari de vedere, irascibilitate, palpitatii, voma, lesin, coma, moarte.

Oxizii de azot


Oxizii de azot (NOx) se formează prin reactia oxigenului atmosferic cu azotul la temperaturi si presiuni mari, specifice camerei de ardere. Pe masura ce creste temperatura, creste si ponderea NOx in gazele de evacuare.
Dintre diversii oxizi, NO este constituentul principal. In gazele de evacuare este prezenta si o anumita cantitate de dioxid de azot, NO2, cantitate ce sporeste la iesirea NO in atmosfera, prin oxidarea lui suplimentara. NO2 este considerat in general ca cel mai important pentru sanatatea omului, astfel ca statisticile asupra riscurilor de imbolnavire si asupra concentratiilor ambiante, precum si normele si standardele, sunt exprimate adesea cu referinta directa la NO2 si nu la categoria mai generala a NOx .
Dioxidul de azot este astfel considerat daunator, avand efecte toxice moderate prin inhalarea de catre om, producand disfunctii pulmonare, afectiuni respiratorii acute, iritarea ochilor si in general a mucoaselor, ca substanta primara, ca substanta secundara, efectele daunatoare asupra mediului pe care le produc NO2 si restul NOx includ ploile acide, cu consecinte nefaste asupra vegetatiei. NOx sunt esentiali in formarea ozonului. Cand NO2 este supus radiatiei ultraviolete solare, un atom de oxigen se separa de molecula, iar daca el se combina cu o molecula de oxigen (O2), se formeaza ozonul (O3).
Emisiile de NOx constituie al doilea component ca pondere, care contribuie la producerea efectului de sera, dupa CO2 si, de asemenea, au o contributie importanta la formarea smogului fotochimic.

Compusi organici si aromatici


Compusii organici volatili (VOC) – cuprind o gama larga de substante:
– hidrocarburi (alcani, alchene, compusi aromatici)
– halocarburi (tricloretilena)
– compusi oxigenati (alcooli, aldehide, cetone).
Toti acestia sunt compusi organici carbonati suficient de volatili pentru a exista sub forma de vapori in atmosfera. Majoritatea masurarilor de VOC se fac in functie de continutul lor de carbon, fara analiza componentelor individuale. Nu se pot face generalizari ale efectelor asupra sanatatii produse de aceste substante, unele sunt toxice si chiar suspectate de a fi cancerigene. Multe dintre VOC contribuie la formarea secundara a poluantilor si la reducerea stratului de ozon stratosferic.
Aldehidele – reprezinta substantele cu contributia cea mai mare la formarea ozonului. In special formaldehida si acetaldehida sunt prezente in gazele de evacuare, ele sunt toxice si posibil cancerigene.
Olefinele – sunt compusi nesaturati foarte reactivi, cu multi atomi de carbon in molecula si care pot accepta atomi de hidrogen sau de clor, ei au tendinta de a forma ozon si sunt foarte toxici. Una dintre olefinele cele mai periculoase este butadiena.
Compusii aromatici – sunt compusi ai carbonului, in care atomii de carbon formeaza inele ciclice hexagonale, compusii cu doua sau mai multe inele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAH) se formeaza ca rezultat al pirolizei, in timpul arderii. Unii compusi aromatici formeaza ozon si sunt toxici. Benzenul este substanta cu efect cancerigen dovedit asupra oamenilor, conform aprecierii facute de IARC (Agentia Internationala de Cercetare a Cancerului).

Hidrocarburile


In aceasta categorie intra produsele gazoase ale arderii incomplete si componentele din combustibil care se pot vaporiza. S-au identificat circa 400 de compusi individuali in gazele de evacuare, care reprezinta majoritatea claselor de compusi organici, incluzand hidrocarburi alifatice saturate si nesaturate, hidrocarburi aromatice si compusi policiclici, compusi oxigenati cum sunt aldehidele, cetonele, alcoolii, eterii, acizii si esterii, precum si compusi azotati, sulfati si organometalici.
Compusii emisi includ multi dintre compusii existenti in combustibil si care au trecut neschimbati prin motor. Exista diferente in compozitia hidrocarburilor din gazele de evacuare ale m.a.s. si m.a.c. in general, m.a.c. contin o proportie mai mare de hidrocarburi cu masa moleculara mare.
S-a observat ca prin combustia unui singur compus – izooctanul – au rezultat 11 hidrocarburi distincte, demonstrand complexitatea produsilor organici ai arderii amestecurilor de combustibili cum sunt motorinele.
Intrucat metanul contribuie foarte putin la formarea rapida a ozonului, legislatorii americani au introdus categoria hidrocarburilor fara metan (NMHC), pentru ca restul componentelor sa aiba relevanta sporita in aprecierea tendintei de formare rapida a ozonului. Aceasta categorie nu include compusii oxigenati, cum ar fi aldehidele, alcoolii, eterii si cetonele. Categoria gazelor organice fara metan (NMOG) include insa acesti compusi, avand o contributie mai mare decat NMHC la formarea ozonului.
Hidrocarburile, privite ca un ansamblu numeros de compusi chimici, considerate ca si substante primare care rezulta din procesul nemijlocit de schimb de gaze si de ardere in motoarele cu ardere interna, au nocivitate foarte diversa, cuprinzand componenti netoxici, cum ar fi metanul, dar si componenti foarte toxici, cum ar fi 4-hidroxibifenilul. Unele sunt iritante si au efecte sistemice reduse, in timp ce altele pot avea consecinte toxicologice grave, cum ar fi disfunctionalitatea sistemului nervos central si a cailor respiratorii, efecte cancerigene etc.
Ca substante poluante secundare care rezulta prin interactiunea dintre substantele primare sau dintre acestea si aer in anumite conditii de umiditate, temperatura si radiatia solara , hidrocarburile sunt un factor important in formarea smogului fotochimic.
Smogul fotochimic, specific unor zone cu circulatie verticala redusa a aerului si insolatie puternica (Tokio, California), se produce in urma a circa 13 reactii, la care participa peste 200 compusi. Mecanismul acestor reactii nu se cunoaste, ceea ce nu a permis reproducerea sa in laborator. Smogul uscat sau fotochimic se instaleaza brusc, reducand vizibilitatea la zero si este daunator mai ales pentru persoanele cu suferinte cardio-respiratorii.
Cercetarile biologice ale nocivitatii hidrocarburilor, in special si a altor substante poluante, in general, se desfasoara in doua categorii de studii biologice:
– studiul in vitro pe lame de laborator, care se bazeaza pe corelatia dintre efectul cancerigen si mutatiile genetice provocate de bacterii cel mai cunoscut este testul Ames (1975), care comporta tratarea cu substantele considerate cancerigene a unui mamifer, care metabolizeaza substanta, pentru ca, apoi, pe anumite componente ale ficatului sa se aplice culturi de bacterii (Salmonella), care evidentiaza mutatiile genetice, acest test este foarte raspandit, iar rezultatele sale sunt considerate relevante.
– studii in vivo, care urmaresc capacitatea substantelor considerate cancerigene, introduse prin piele subcutanat sau prin sistemul respirator al animalelor de studiu, de a provoca tumori canceroase.
Transferarea acestor rezultate asupra oamenilor prezinta un grad variabil de incertitudine, totusi, exista studii epidemiologice care arata o frecventa mai inalta a cancerului pulmonar la categoriile profesionale expuse inhalarii gazelor de evacuare.