25.04.2022

Samochody trują nie tylko spalinami. Naukowcy z AGH badają zanieczyszczenia generowane przez ruch uliczny


Zdjęcie przedstawia od tyłu liczne samochody jadące jeden za drugim po ulicy. Auta znajdują się w małych odstępach od siebie.

Spaliny to nie jedyne zanieczyszczenia generowane przez auta. Badania naukowców z AGH pokazują, że zagrożenie dla zdrowia stanowią też m.in. pyły powstające w wyniku ścierania się klocków hamulcowych, fot. Dreamstime

Spaliny to nie jedyne zanieczyszczenia generowane przez auta. Badania naukowców z AGH pokazują, że zagrożenie dla zdrowia stanowią też m.in. pyły powstające w wyniku ścierania się klocków hamulcowych. Ich aktualne prace mają dać odpowiedź, jak duży udział w zanieczyszczeniach powietrza w krakowskiej al. Krasińskiego ma transport drogowy.

Kiedy myślimy o zanieczyszczeniach powietrza związanych z ruchem samochodowym, pierwsze co przychodzi do głowy to toksyczne produkty spalania paliwa. Należy się jednak spodziewać, że wraz ze wzrostem liczby niskoemisyjnych aut problem ten będzie tracił na znaczeniu. Nie oznacza to niestety, że w sąsiedztwie zakorkowanych ulic zaczniemy wkrótce oddychać czystym powietrzem. Źródłem emisji pyłów związanych z transportem są bowiem również takie procesy, jak ścieranie się powierzchni jezdni i ogumienia aut czy niszczenie elementów infrastruktury drogowej. Do tej listy należy dołączyć również pyły uwalniane w wyniku korozji karoserii oraz eksploatacji elementów mechanicznych pojazdów.

Dr hab. Ewa Adamiec – profesor na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH – zwraca uwagę na zagrożenie wynikające ze ścieranie się klocków hamulcowych: – Technologia z jednej strony dąży do tego, żeby te części były jak najbardziej wytrzymałe i odprowadzały jak najwięcej ciepła, a z drugiej strony były jak najtańsze. W związku z tym wykorzystuje się bardzo dużo zamienników, które są znacznie gorszej jakości. W efekcie mamy coraz więcej pyłu, bo szybciej się ścierają. W przypadku spalania paliw od lat 70. prowadzone są badania, które zaowocowały pracami legislacyjnymi wprowadzającymi kolejne normy i limity. W kwestii zanieczyszczeń związanych ze zużywaniem się części pojazdów nie mamy żadnych wytycznych, co stanowi ogromne ryzyko.

Szkodzą nie tylko spaliny samochodowe

Przeprowadzone przez profesor z AGH badania pyłu zdeponowanego na chodnikach w sąsiedztwie ruchliwych ulic w Warszawie, Krakowie i Wrocławiu – miastach o największym w Polsce natężeniu ruchu drogowego, a także w Opolu, są alarmujące. Analiza ich składu chemicznego wykazała, że jest on silnie zanieczyszczony bardzo licznymi metalami wiązanymi z transportem samochodowym, przy czym antymon i miedź można bezpośrednio łączyć z układem hamulcowym w pojazdach. Co szczególnie niepokojące, badaniu poddano pyły o frakcji poniżej 20 μm, która najłatwiej podlega resuspensji, czyli wtórnemu unoszeniu przez wiatr oraz turbulencje wywołane przez przejeżdżające auta. Według aktualnych danych, to właśnie ten proces odpowiada za 50-70 proc. całkowitej emisji pyłów z transportu drogowego. Stężenie pierwiastków w analizowanym materiale było na tyle wysokie, iż według standardów amerykańskich agencji EPA (U.S. Enviromental Protection Agency), ich pochłanianie wiąże się z ryzykiem dla zdrowia, zwłaszcza w przypadku dzieci.

Inne podobne badanie przeprowadzone przez prof. Adamiec dotyczyło pyłu zalegającego na ścieżkach rowerowych w sąsiedztwie ruchliwych skrzyżowań w wymienionych wcześniej miastach. Nie tylko poszerzyło ono wcześniejsze ustalenia, ale podniosło kolejny problem. Szczegółowa analiza form związania metali w pyłach wykazała, że m.in. cynk i w jeszcze większym stopniu kadm są bardzo mobilne w środowisku i mogą łatwo przenikać nie tylko do wód powierzchniowych i gruntowych, gleby ale także organizmu ludzkiego.

Sprawdzają, co wisi w powietrzu

Prace obecnie prowadzone w ramach grantu uczelnianego, które realizuje kierowany przez prof. Adamiec interdyscyplinarny zespół AGH dla Środowiska, mają na celu dostarczenie kompleksowej informacji o tym, jak duży udział w zanieczyszczeniach powietrza mają te generowane przez transport. W tym celu uczeni poddają badaniom pył zawieszony pobrany w sąsiedztwie ciągów komunikacyjnych w Węgrzcach, Libertowie, Giebułtowie i Niepołomicach – miejscowościach okalających Kraków oraz w samej stolicy Małopolski. Uczeni szczególnie skupiają się na kanionie ulicznym przebiegającym wzdłuż al. Krasińskiego w Krakowie. Jak można się domyśleć, pod tym terminem kryje się droga otoczona z obu stron budynkami o wysokości od kilku do, w tym przypadku, kilkunastu metrów.

– Kaniony uliczne mają taką specyfikę, że w danych warunkach meteorologicznych niektóre zanieczyszczenia są klinowane. Z tego względu ich stężenia mierzone na stacjach komunikacyjnych są relatywnie wyższe niż na pozostałych. Podczas gdy w przypadku pierwszych jest to przeważnie pierwotne zanieczyszczenie pyłowe, w przypadku drugich mamy jeszcze całą chemię, która stoi za powstawaniem aerozoli wtórnych, gdy zanieczyszczenia są przez dłuższych czas blokowane. Istotnym czynnikiem w tym aspekcie jest też nasłonecznienie, które może prowadzić do fotochemicznego tworzenia się zanieczyszczeń – opisuje dr inż. Jakub Bartyzel z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, który odpowiada w projekcie za techniczną część gromadzenia danych pomiarowych.

Uczeni poddają szczegółowym analizom pyły w sześciu różnych frakcjach w przedziale od 2,5 do 10 μm. Podobnie jak w przypadku wcześniejszych badań prowadzonych przez prof. Adamiec, planują przebadać zgromadzony materiał pod kątem chemicznym oraz mineralogicznym Zamierzają również ocenić związane z nim ryzyka dla zdrowia, odwołując się do standardów EPA. Liczą też, że ich pomiary dostarczą informacji na temat rozmieszczenia przestrzennego zanieczyszczeń w kanionie ulicznym. Jak wskazuje dr inż. Bartyzel, dlatego stacjonarne pomiary prowadzone przeze stację WIOŚ w al. Krasińskiego naukowcy z AGH uzupełniają punktowymi pomiarami dodatkowym urządzeniem, które rejestruje rozkład frakcyjny pyłu w czasie rzeczywistym.

Model pokaże, co wpływa na zanieczyszczenia

Pomiary stężeń zanieczyszczeń powietrza wykonywane w różnych miejscach kanionu mają posłużyć do walidacji modelowania matematycznego. Uczeni chcą się nim posłużyć, aby odwzorować, w jaki sposób zmiany w strukturze pojazdów oraz natężeniu ruchu wpływały na poziom stężenia zanieczyszczeń pochodzących z transportu drogowego na przestrzeni ostatniej dekady. W tym czasie wprowadzane były m.in. kolejne normy EURO, które regulują dopuszczalny poziom emisji spalin.

– Z uwagi na fakt, że wszystkie badania modelowe obarczone są duża niepewnością, w ramach projektu ograniczamy się jedynie do kanionu ulicznego, dla którego dysponujemy duńskim modelem OSPM [ang. Operational Street Pollution Model] opracowanym na Uniwersytecie w Aarhus. Dzięki niemu możemy z dokładnością na poziomie ok. 20 proc. odwzorować poziomy stężeń wybranych zanieczyszczeń powietrza, które są rejestrowane na stacji monitoringu jakości powietrza. Posiadając dane na temat wielkości emisji z transportu drogowego oraz tła zanieczyszczeń i warunków meteorologicznych, jesteśmy w stanie określić, na ile transport drogowy wpływa na jakość powietrza – opisuje dr inż. Mateusz Rzeszutek z Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska AGH, który czuwa nad zadaniami związanymi z modelowaniem.

Dlaczego informacje z ostatniej dekady są istotne dla naukowców?: – Jedyną sprawdzoną metodą poprawy jakości powietrza w mieście jest ograniczenie emisji zanieczyszczeń do powietrza. To zawsze wiąże się z wyrzeczeniami i kosztami dla społeczeństwa. Np. wprowadzenie stref niskiej emisji skutkować będzie koniecznością wymiany samochodu na nowszy lub wymusi zmianę sposobu przemieszczania się po wybranych obszarach miasta. Staramy się więc dokładnie analizować dostępne dane historyczne, żeby zrozumieć, jak zmiany wielkości emisji zanieczyszczeń z transportu wpływały na jakość powietrza w przeszłości. Dzięki tej wiedzy będziemy mogli skuteczniej przewidywać, czy planowane działania w zakresie poprawy jakości powietrza przyniosą pożądane rezultaty – wyjaśnia dr inż. Rzeszutek.

Projekt pod tytułem Analiza składu frakcyjnego i pierwiastkowego pyłów zawieszonych w aglomeracji miejskiej oraz obszarach podmiejskich wzdłuż traktów komunikacyjnych – badania mobilne, stacjonarne i modelowe został z grantu uczelnianego (I edycja konkursu System grantów uczelnianych na prace badawcze realizowane z udziałem doktorantów – Działanie 4), w ramach programu Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza, AGH 2020–2022, POB3.