Vznik polycyklických aromatických uhlovodíků

Nejsilnější karcinogenní vlastnosti mají benzo(a)pyren (1,2-benzopyren a 3,4-benzopyren, zkratka BaP) a benzo(b)fluoranten (2,3-benzofluoranten, BbF).
Základní vlastnosti těchto látek jsou:

Uvedené látky vznikají převážně při nedokonalém spalování organických látek, především biomasy, uhlí, olejů, nafty, benzinu a plastů v nevhodných spalovacích zařízeních. Obecně lze říci, že čím má tuhé palivo více těkavého podílu, tím více látek typu PAH vzniká (za jinak stejných podmínek). Mechanizmus vzniku PAH je dán pyrolýzou volných radikálů uhlovodíků v redukční zóně plamene, tj. v oblastech s nedostatkem kyslíku, při teplotách 500 až 800 °C.

V literatuře je stále ještě poměrný nedostatek informací o mechanizmu vzniku PAH, takže je nesnadné kvantitativně určit jeho produkci na základě fyzikálně-chemických dat spalování. Přesto však lze zhruba stanovit podmínky, které vedou ke snížení produkce PAH:

• spalování pouze paliv, pro něž jsou spalovací zařízení určena
• co nejdokonalejší promíchání paliva a okysličovadla
• dostatečný přebytek spalovacího vzduchu
• spalovací teplota vyšší než minimálně 1000 °C
• dostatečně dlouhá doba pobytu reagujících látek ve spalovací zóně.

Uvedené podmínky platí v podstatě pro spalovací zařízení všech typů, tj. pro stacionární i mobilní, např. automobilové motory. Pro stacionární spalovací zařízení (kotle) lze z praktického hlediska doporučit opatření pro snížení produkce PAH:

• Provozovat spalovací zařízení pouze s palivy, pro něž byla konstruována, a za dalších podmínek předepsaných výrobci těchto zařízení.
• Provozovat kotle pouze s pokročilou konstrukcí spalovacího zařízení. Naštěstí se podmínky pro snížení produkce PAH shodují s ostatními environmentálními požadavky i s většinou požadavků ekonomických (účinnost), takže na trhu je dnes již dostatek vhodných typů.
• Volit vhodné palivo, při jehož spalování je tvorba PAH minimální. Mezi taková paliva patří zejména plynná paliva (zemní plyn, bioplyn). Nejméně vhodná jsou uhlí, zejména hnědé. U dřeva a biomasy je třeba dbát na to, aby palivo nebylo při spalování příliš vlhké.
• Podmínky pro tvorbu PAH jsou nejlépe splněny při najíždění a odstavování spalovacího zařízení nebo při provozu s nižším výkonem než je jmenovitý výkon. Je proto vhodné organizovat provoz kotle tak, aby kotel pracoval co nejdelší dobu při optimálním nebo jmenovitém výkonu a byl co nejméně odstavován.
• Předchozí podmínce lze dobře vyhovět použitím tepelných akumulátorů. Ty lze s výhodou uplatnit u vytápěcích soustav, přičemž lze získat další ekonomické výhody. Instalaci akumulátorů tepla je vhodné kombinovat s instalací slunečních kolektorů jako základního zdroje tepla v období duben - září, a jako doplňkového zdroje tepla v období říjen - březen.

U mobilních spalovacích zařízení, pístových spalovacích motorů automobilů, závisí produkce PAH na konstrukci spalovacího prostoru motoru. U moderních automobilových motorů je zajištěno postupné snižování emisí PAH aplikací norem EURO 1 až 5.

Vzhledem ke komplikovanějšímu zjišťování koncentrace jednotlivých sloučenin typu PAH se obvykle vyjadřují emise, popř. imise těchto látek několika způsoby:

1. jako souhrnná emise uhlovodíků přepočtená na hmotnost uhlíku (SC)
2. jako souhrnná emise těkavých organických sloučenin (VOC)
3. jako souhrnná emise nemetanových těkavých organických sloučenin (NMVOC)
4. jako souhrnná imise polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) vyjádřených jako benzo(a)pyren (BaP).

Vyjádření ad 1. zahrnuje veškeré uhlovodíky, vyjádření ad 2. uhlovodíky mezi hexanem a hexadekanem včetně, vyjádření ad 3. zahrnuje uhlovodíky jako ad 2., avšak bez metanu. Platná legislativa ČR i EU nestanovuje emisní limity přímo látek typu BaP, ale v různých případech podle bodů 1. až 3. Pouze imisní limit se stanovuje pro PAH vyjádřené jako BaP.

Nařízení vlády č. 350 ze dne 3.7.2002 (Zákon č. 86/2002 Sb., § 55) stanoví imisní limit v ČR pro PAH vyjádřené jako BaP 1 ng/m³. Mez tolerance je stanovena na 8 ng/m³ s tím, že se bude do 1.1.2010 snižovat na nulovou hodnotu.

Přibližnou představu o emisích BaP, popř. PAH dávají následující průměrné údaje o emisích nemetanových těkavých organických látek:

Pramen:
Příloha č. 1-1 z Koncepce snižování emisí a imisí znečišťujících látek Plzeňského kraje, vypracoval CityPlan s.r.o. Praha, 2003