Těkavou organickou látkou je, podle zákona o ochraně ovzduší, jakákoli organická sloučenina nebo směs organických sloučenin, s výjimkou metanu, která má při 20 °C tlak par 0,01 kPa nebo více, nebo má odpovídající těkavost za konkrétních podmínek jejího použití. Těkavé organické látky (VOC) hrají důležitou úlohu v chemii ovzduší a tedy i v oxidační síle atmosféry, což ovlivňuje stav a kvalitu ovzduší. Spolu s oxidy dusíku se VOC významně podílí na procesu tvorby přízemního ozonu a dalších fotooxidačních znečišťujících látek. Přeměny a odbourávání VOC zpravidla začínají reakcí s hydroxylovým radikálem (Víden 2005). Vzhledem k rozsahu různě dlouhé reaktivity jednotlivých VOC a k jejich množství nebyl u těchto látek stanoven imisní limit.
Monitoring VOC byl do programu EMEP zařazen na základě rozhodnutí EMEP Workshop on Measurements of Hydrocarbons / VOC v Lindau 1989 (EMEP 1990). Vlastní měření bylo na Observatoři Košetice zahájeno v průběhu roku 1992, o tři roky později jej pak doplnilo identické měření na stanici Praha 4-Libuš. V rámci EMEP byl zpočátku monitoring realizován na pěti stanicích, ale v průběhu 20 let se počet stanic i rozsah měřených uhlovodíků několikrát změnil. Na Observatoři Košetice se podařilo udržet homogenní řadu měření až do současnosti. Od roku 2011 byla Observatoř Košetice zapojena do projektu ACTRIS, realizovaného v rámci EU 7th Framework Programme INFRA-2010-1-1.1.16: Research Infrastructures for Atmospheric Research. Na tento projekt navázal nástupnický projekt ACTRIS-2 pod H2020-INFRAIA-20142015, realizovaný v období květen/2015–duben/2019. Problematika VOC byla řešena v pracovní skupině Trace gases networking: Volatile organic carbon and nitrogen oxides s cílem zkvalitnit a harmonizovat měření VOC v Evropě. V rámci projektu byly vyvinuty standardní operační postupy a testovány nejlepší měřicí techniky pro zajištění kvality. Laboratoř ČHMÚ se pravidelně účastnila roundrobin testu, kde v oblasti vlastní analýzy VOC výsledky potvrdily, že laboratoř vyhovuje doporučovaným parametrům GC systému a splňuje u většiny látek požadované nejistoty jak ve standardech, tak v reálných vzorcích. Projekt ACTRIS-2 byl v roce 2019 ukončen. Aktivity v oblasti monitoringu a výzkumu VOC pokračují v rámci panevropské výzkumné infrastruktury ACTRIS, která je od roku 2016 součástí evropské cestovní mapy ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures).
Průměrné roční koncentrace většiny VOC na stanicích Observatoř Košetice i Praha 4-Libuš vykazují během 26 let monitoringu statisticky významný sestupný trend, který reflektuje pokles emisí VOC jak v ČR, tak v celém středoevropském prostoru (Tab. IV.9.1.1). Trend koncentrací etanu je mnohem výraznější na předměstské stanici Praha 4-Libuš než na pozaďové stanici. Výjimkou je pouze isopren, který je přírodního původu (je emitován listnatými stromy) a na obou stanicích vykazuje vzestupný trend. Obecně lze konstatovat, že koncentrace hlavních VOC byly v 90. letech minulého století na předměstské úrovni cca 1,5–2× vyšší než na pozaďové stanici. V poslední dekádě se rozdíly mezi oběma stanicemi výrazně zmenšují. Výsledky získané v roce 2021 nijak nevybočují z dlouhodobých trendů (Tab. IV.9.1.1). Roční chod většiny VOC reflektuje emisní úrovně, tedy maximální hodnoty v zimě a minima v létě, pouze u isoprenu je tomu naopak (Obr. IV.9.1.1).
Ze zprávy o měření VOC v rámci EMEP (Solberg et al. 2018) vyplývá, že koncentrace VOC v regionálním měřítku kontinuálně klesají a reflektují tak sestupnou tendenci emisí. Úroveň koncentrací na Observatoři Košetice je srovnatelná s německými, švýcarskými a francouzskými stanicemi. U etanu je česká stanice dlouhodobě charakterizována nižšími ročními průměry. U většiny VOC jsou naměřené hodnoty v zimě obvykle velmi podobné německým stanicím, zatímco v létě jsou u hodnoty na Observatoři Košetice mírně nižší.
Těkavá organická látka | Roční průměr [µg·m–3] | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Košetice | Praha 4-Libuš | ||||||||||
1995 | 2005 | 2010 | 2015 | 2021 | 1995 | 2005 | 2010 | 2015 | 2021 | ||
Alkany | etan | 2.34 | 2.07 | 2.51 | 2.20 | 2.05 | 3.62 | 2.43 | 1.94 | 1.97 | 2.37 |
propan | 1.80 | 1.21 | 1.28 | 1.10 | 0.96 | 2.15 | 1.65 | 1.82 | 1.06 | 1.27 | |
butan | 1.16 | 0.60 | 0.71 | 1.04 | 0.42 | 1.76 | 1.02 | 1.15 | 1.15 | 0.73 | |
2-methylpropan | 0.68 | 0.37 | 0.47 | 0.32 | 0.30 | 1.14 | 0.80 | 1.03 | 0.45 | 0.59 | |
pentan | 0.29 | 0.35 | 0.30 | 0.22 | 1.21 | 0.52 | 1.74 | 0.32 | 0.39 | ||
2+3 - methylpentan | 0.03 | 0.06 | 0.06 | 0.11 | 0.90 | 0.47 | 0.31 | 0.22 | 0.25 | ||
hexan | 0.09 | 0.11 | 0.07 | 0.08 | 0.60 | 0.16 | 0.18 | 0.09 | 0.13 | ||
heptan | 0.03 | 0.06 | 0.06 | 0.05 | 0.30 | 0.07 | 0.14 | 0.08 | 0.11 | ||
oktan | 0.02 | 0.05 | 0.10 | 0.04 | 0.06 | 0.09 | 0.11 | 0.08 | |||
Alkeny | eten | 1.28 | 0.77 | 0.55 | 0.55 | 0.64 | 2.52 | 1.32 | 0.45 | 0.62 | 0.94 |
propen | 0.32 | 0.15 | 0.16 | 0.12 | 0.14 | 0.68 | 0.34 | 0.30 | 0.14 | 0.23 | |
suma Buteny | 0.14 | 0.20 | 0.18 | 0.20 | 0.87 | 0.42 | 0.38 | 0.26 | 0.38 | ||
suma Penteny | 0.05 | 0.07 | 0.02 | 0.04 | 0.27 | 0.14 | 0.04 | 0.07 | |||
isopren | 0.14 | 0.09 | 0.13 | 0.17 | 0.29 | 0.38 | 0.47 | 0.37 | 0.68 | ||
Aromatické uhlovodíky | benzen | 1.05 | 0.42 | 0.58 | 0.41 | 0.46 | 1.51 | 0.62 | 0.72 | 0.42 | 0.62 |
toluen | 0.99 | 0.31 | 0.40 | 0.30 | 0.30 | 2.07 | 0.86 | 0.94 | 0.53 | 0.59 | |
ethylbenzen | 0.06 | 0.06 | 0.19 | 0.11 | 0.42 | 0.19 | 0.18 | 0.27 | 0.15 | ||
m,p-xylen | 0.78 | 0.55 | 0.55 | 0.08 | 1.42 | 0.55 | 0.57 | 0.71 | 0.13 | ||
o-xylen | 0.05 | 0.04 | 0.29 | 0.05 | 0.16 | 0.14 | 0.35 | 0.06 |
Ženevský protokol o redukci emisí VOC a jejich transhraničním přenosu byl přijat v listopadu 1991 a vstoupil v platnost v září 1997 (UN-ECE 1991). Protokol obsahoval tři možnosti redukce VOC:
V roce 1999 byl přijat Göteborský protokol ke zmírnění acidifikace, eutrofizace a dopadů přízemního ozonu, který vstoupil v platnost 17. 5. 2005 (UN-ECE 1999). Protokol obsahuje emisní stropy pro rok 2010 pro čtyři polutanty včetně VOC. Podle protokolu měly být evropské emise VOC sníženy alespoň o 40 % proti roku 1990. Česká republika podobně jako většina středoevropských zemí (s výjimkou Polska), tento limit splnila – emise VOC v ČR období 1990–2010 poklesly o 51 % (EEA 2013c).
Chemické produkty obsahující NMVOC jsou používány v celé řadě aplikací v domácnostech i průmyslu jako čisticí prostředky, rozpouštědla a odmašťovadla. Mohou být součástí barev, laků, lepidel a farmaceutických přípravků. Uvolňují se při výrobě, skladování a použití ropných produktů. NMVOC vznikají také při nedokonalém spalování.
Největší množství emisí NMVOC vzniklo v roce 2020 (Obr. IV.9.1.2) v sektoru 1A4bi – Domácnosti: Vytápění, ohřev vody, vaření (36,6 %). Podíl dopravy včetně odparů z palivového systému vozidel činil 5,4 %. Významné zdroje emisí NMVOC v ČR se nacházejí v sektoru užití a aplikace organických rozpouštědel (NFR 2D3), který se na znečišťování ovzduší těmito látkami podílel 26,6 %. Do tohoto sektoru spadají činnosti 2D3a – Použití rozpouštědel v domácnostech (6,5 %), 2D3d – Aplikace nátěrových hmot (10,4 %), 2D3e – Odmašťování (2 %), 2D3f – Chemické čištění (0,02 %), 2D3g – Výroba a zpracování chemických produktů (2,9 %), 2D3h – Tiskárenský průmysl (1,5 %) a 2D3i – Ostatní použití rozpouštědel (2,9 %). Část těchto emisí je do ovzduší vnášena řízeně, ale velká část jich uniká do ovzduší ve formě fugitivních emisí, jejichž omezování je obtížné. Dalším významným sektorem produkujícím emise NMVOC je zemědělství s celkovým podílem téměř 19 %. Mezi ostatními sektory mají významnější zastoupení např. emise ze spalovacích procesů při výrobě elektrické energie, fugitivní emise při transformaci pevných paliv nebo při výrobě potravin. Do výstupu za rok 2020 není z důvodu nedostatku podkladů zahrnuto předpokládané navýšení emisí z dezinfekčních prostředků, používaných při epidemii COVID19. Pro aktualizaci inventury emisí za rok 2020 a nové inventury za rok 2021 se předpokládá využití výsledků zahraničních studií.
Celkové emise NMVOC měly v období let 2010–2020 klesající tendenci (Obr. IV.9.1.3), který byl způsoben aplikací produktů s nižším obsahem VOC, např. vodou ředitelných barev nebo práškových plastů. U maloodběratelských balení nátěrových hmot je uplatňována legislativní regulace omezující maximální obsah rozpouštědel v produktech dodávaných na trh. Vlivem neustálé obnovy vozového parku dochází i k průběžnému snižování emisí NMVOC z dopravy.
Podíl jednotlivých typů zdrojů na celkových emisích se liší podle konkrétní skladby zdrojů v dané oblasti. Produkce emisí NMVOC je vedle plošné emise z vytápění domácností soustředěna mj. podél dálnic, komunikací s intenzivní dopravou, ve velkých městech a regionech, ve kterých jsou umístěny významnější energetické a průmyslové výrobní celky (Obr. IV.9.1.4).
Početní velikostní distribuce aerosolových částic je v rámci ČHMÚ měřena v síti ultrajemných částic, jejíž základ tvoří pět stanic: Hradec Králové-Brněnská, Lom, Mladá Boleslav, Plzeň-Slovany a Ústí nad Labem-město. Díky dlouhodobé spolupráci ČHMÚ s Ústavem chemických procesů (ÚCHP AV ČR) jsou k dispozici i data z experimentálního měření početní velikostní distribuce aerosolových částic z Observatoře Košetice. Toto měření je součástí monitorovací sítě evropské výzkumné infrastruktury ACTRIS (Aerosols, Clouds and Trace gases Research InfraStructure Network). Od roku 2016 je tento typ měření podporován i českou částí projektu velké výzkumné infrastruktury ACTRIS-CZ, soustřeďující se právě na košetickou lokalitu. Pro činnosti zahrnující výzkumné aktivity ČHMÚ, dvou ústavů Akademie věd České republiky a Masarykovy univerzity je používáno souhrnné označení lokality Národní atmosférická observatoř Košetice (NAOK).
V denních spektrech měřených na šesti lokalitách (Hradec Králové-Brněnská, Lom, Mladá Boleslav, NAOK, Plzeň-Slovany a Ústí nad Labem-město) lze rozpoznat rozdíl v počtech částic v různých velikostních kategoriích, jež odrážejí charakter lokalit. Zatímco na mediánovém spektru stanice NAOK v kraji Vysočina se spíše projevuje vliv dálkového transportu, na ostatních stanicích lze identifikovat vliv místních zdrojů (např. doprava, průmysl) antropogenního původu. I přes některé odlišnosti lze spektra popsat pomocí společných znaků. Nejvyšší koncentrace počtu částic jsou zpravidla měřeny v pozdních večerních, nočních a brzkých ranních hodinách. Tento úkaz je zřejmě spojen s vývojem výšky mezní vrstvy atmosféry a její stabilitou během nočních hodin. V noci může docházet k akumulaci znečišťujících látek, a tedy i aerosolových částic. Po východu slunce pak lze v některých případech zaznamenat nárůst fotochemických reakcí mezi akumulovanými látkami, jenž může vést ke vzniku sekundárních aerosolů.
Vliv lidské činnosti v podobě zvýšené dopravní aktivity je patrný na všech stanicích kromě NAOK. Stoupající počet částic v ranních a odpoledních hodinách ve všech částech spektra, reflektuje nejen dopravní špičku, ale i narůstající výskyt produktů spalování z průmyslových i lokálních zdrojů vytápění. S těmito zdroji je spojena jak zvýšená produkce částic, tak i jejich plynných prekurzorů, ze kterých mohou fotochemickými procesy vznikat sekundární částice. Nejvýrazněji se projevuje nárůst částic mezi 30 a 100 nm, který dosahuje maxima mezi 4. a 10. hodinou ranní (Obr. IV.9.2.1, IV.9.2.2, IV.9.2.3, IV.9.2.5 a IV.9.2.6). Na stanici Mladá Boleslav byl zaznamenán poměrně stabilní počet částic nukleačního módu (velikost částic do 20 nm) po jejich zvýšení v ranních hodinách, což může indikovat stálý zdroj těchto částic během dne, ať už primárního či sekundárního původu (Obr. IV.9.2.3). Kontinuální nárůst částic nukleačního módu byl změřen mezi 10. a 18. hodinou na stanici Ústí nad Labem-město (Obr. IV.9.2.6). Na stanici Lom byl pozorován nárůst částic nukleačního módu mezi 11. a 16. hodinou (Obr. IV.9.2.2). Tento charakter vývoje počtu částic může být ovlivněn průmyslovými zdroji z chemického průmyslu a topografií místního terénu.
Kromě emisních zdrojů a jiných procesů v atmosféře jsou změny v početní koncentraci ovlivněny i stabilitou atmosféry. Zatímco během dne je atmosféra dobře promíchávána díky turbulentnímu proudění, ve večerních hodinách, kdy turbulence ustává, se atmosféra stabilizuje (Stull 2003).
Mediánové denní spektrum velikosti částic bylo v roce 2021 stejně jako v minulých letech na NAOK oproti ostatním porovnávaným měřením méně výrazné. Pozorujeme poměrně konstantní koncentrace částic Aitkenova módu (20–100 nm), které se mírně snižují v průběhu dne (mezi 10:00 a 14:00 UTC) vlivem zředění atmosféry. Počty částic nukleačního módu naopak narůstají od ranních hodin a dosahují maxima po 17. hodině. Nárůst počtu částic nukleačního módu je pravděpodobně spojen i s procesem vzniku částic a jejich následným růstem do vyšších velikostí. Právě na NAOK lze dobře pozorovat vliv dálkového transportu částic v podobě poměrně stabilních koncentrací akumulačního módu, vlivu zředění a stability atmosféry na koncentrace částic (Obr. IV.9.2.4).
V roční variabilitě celkového počtu částic jsou hodnoty ze stanic Hradec Králové-Brněnská, Mladá Boleslav, Plzeň-Slovany a Ústí nad Labem-město podobné. Vyšší hodnoty (v rozmezí 7 370–12 780 částic·cm‑3) byly zaznamenány na stanici Hradec Králové-Brněnská, nejnižší variabilita ze zmíněných stanic byla měřena na stanici Mladá Boleslav (7 687–10 350 částic·cm‑3). Roční chod celkového počtu částic na těchto stanicích byl obdobný i na stanici NAOK (rozmezí hodnot 2 038–3 764 částic·cm‑3). Stanice Hradec Králové-Brněnská, Mladá Boleslav a NAOK měli nejvyšší celkové koncentrace měřeny v únoru, stanice Plzeň-Slovany a Ústí nad Labem-město zaznamenaly maximum v říjnu. Na stanici Lom byl nejvyšší průměrný počet částic změřen v červnu a to 13 633 částic·cm‑3 (Obr. IV.9.2.7).
První pravidelné měření elementárního a organického uhlíku (EC/OC) v ČR bylo zahájeno v únoru 2009 na Observatoři Košetice (OBK). Průměrná koncentrace celkového uhlíku (TC) byla v letech 2009–2021 ve vzorkované frakci PM2,5 3,2 µg·m‑3, z čehož EC tvoří 0,4 µg·m‑3 a OC 2,8 µg·m‑3. V roce 2021 byla nejvyšší průměrná koncentrace TC (5,7 µg·m‑3) naměřena v únoru. V únoru byla průměrná teplota vzduchu 0,0 °C, což byla druhá nejnižší průměrná teplota naměřena v roce 2021 (nejnižší průměrná teplota –1,4 °C byla změřena v měsíci lednu). V roce 2021 byla průměrná koncentrace TC 2,9 µg·m‑3, pouze o 0,1 µg·m‑3 vyšší než v roce 2020. Průměrná roční koncentrace EC byla v roce 2021 0,3 µg·m‑3, koncentrace OC dosáhla 2,6 µg·m‑3. Při celkovém pohledu na chod koncentrací v průběhu měření lze identifikovat mírně klesající tendenci přes nárůst průměrných ročních koncentrací v některých letech. Zatímco od začátku měření koncentrace EC (2009 – 0,6 µg·m‑3) pozvolna klesaly, v letech 2012, 2013 a 2018 došlo opět k nárůstu koncentrací. Po obnově měření v roce 2016 se roční průměrné koncentrace pohybovaly mírně nad 0,3 µg·m‑3. Výrazný nárůst byl zaznamenán v roce 2018. Podobný, ale výraznější, chod jsme zaznamenali také u OC. Nejvyšší průměrná hodnota byla naměřena v roce 2013 (3,7 µg·m‑3), naopak nejnižší koncentrace OC (2,0 µg·m‑3) je charakteristická pro rok 2016 (Obr. IV.9.3.1).
Měření koncentrací černého uhlíku (BC) probíhá na stanicích v rámci sítě ultrajemných částic – Hradec Králové-Brněnská, Lom, Mladá Boleslav, Plzeň-Slovany a Ústí nad Labem-město a dále na Národní atmosférické observatoři Košetice (NAOK), kde jádrovou stanici tvoří Observatoř Košetice. Na některých stanicích sítě ultrajemných částic došlo v roce 2021 k výměně přístrojového vybavení. Kvůli nutnosti testování a přepočtu nových koeficientů nutných pro validaci a verifikaci dat nejsou data z těchto stanic v současné době dostupná. K dispozici jsou pouze data pro stanici NAOK, která není součástí sítě ultrajemných částic a data ze stanice Lom. Ostatní stanice budou verifikovány poté, co bude dodělaný SW pro zpracování dat z nových přístrojů a budou dohrány do databáze ISKO.
Roční variabilita koncentrací BC odráží vyšší množství emisí produkovaných během topné sezony, zvýšené hodnoty jsou měřeny v chladné části roku. Mimo topnou sezonu lze v denních chodech identifikovat maxima pocházející zejména z dopravy. Dalším zdrojem BC v letních měsících je i grilování.
Průměrná roční koncentrace BC na NAOK od roku 2013 poklesla z 0,9 µg·m‑3 na 0,5 µg·m‑3 v roce 2021. Variabilita naměřených hodnot byla nejnižší v roce 2021 (1. a 3. kvartil dosahoval 0,2 µg·m‑3, resp. 0,6 µg·m‑3), v předchozím roce byla variabilita mírně vyšší, stejně jako průměrná koncentrace (2019 – 0,6 µg·m‑3) (Obr. IV.9.3.2).
V ČR pocházelo dle výsledků inventarizace emisí v roce 2020 až 45 % emisí BC z mobilních zdrojů (ČHMÚ 2022d), a to především ze spalování paliv ve vznětových motorech. Z toho se na celkových emisích BC nejvíce podílely sektory: Zemědělství, lesnictví, rybolov: Nesilniční vozidla a ostatní stroje (1A4cii) 16,9 % a Silniční doprava: Osobní automobily (1A3bi) 15,7 %. Ze stacionárních zdrojů vzniklo nejvíce emisí BC v sektoru Domácnosti: Vytápění, ohřev vody, vaření (1A4bi) s podílem 46,9 % na celkových emisích (Obr. IV.9.3.3). Vývoj celkových emisí BC v období 2010–2020 má klesající tendenci, která je způsobena zejména opatřeními v sektoru dopravy (Obr. IV.9.3.4).