Spaliny z diesla – niewidoczne zagrożenie w powietrzu, którym oddychamy

Lekarze, naukowcy, klimatolodzy, eksperci od spraw ochrony środowiska – wszyscy biją na alarm. To, co wydostaje się z rur wydechowych samochodów o tzw. tradycyjnym napędzie (czyli zasilanych silnikami Diesla i benzynowymi), sieje zniszczenie zarówno w środowisku, jak i w naszych organizmach (obrywa się nawet psychice). Ale… są równi i równiejsi. Praktycznie ze wszystkich dotychczas przeprowadzonych badań jednoznacznie wynika, że prym wiodą tu diesle, a silniki benzynowe, choć też szkodzą, pozostają za nimi mocno w tyle. Skąd tak duża różnica?

Trochę techniki i… człowiek się nie gubi – silnik Diesla kontra benzynowy

Nie wnikając za bardzo w szczegóły, wynika ona zarówno z odmiennego w obu przypadkach procesu spalania paliwa, jak i z różnego składu i właściwości oleju napędowego i benzyny. Silniki Diesla korzystają z samozapłonu, co oznacza, że paliwo zapala się samoistnie pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury w cylindrze. W silnikach benzynowych zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej powoduje iskra. Samozapłon w silniku Diesla zachodzi przy większej ilości powietrza w stosunku do paliwa, co prowadzi do wyższych temperatur spalania i produkcji większej ilości tlenków azotu (NOx). To pierwsza – w omawianym kontekście – różnica na niekorzyść diesla. Druga wiąże się z zasilającym oba rodzaje silników rodzajem paliwa.

Olej napędowy (diesel) zawiera większą ilość związków węglowodorowych o dłuższych łańcuchach w porównaniu z benzyną. W wyniku wielu procesów, m.in. niepełnego spalania, w silniku Diesla powstają cząstki stałe (PM), emitowane potem do środowiska Są bardzo drobne, często o wielkości poniżej 2,5 mikrometra (PM 2,5), co pozwala im wnikać głęboko do płuc i przenikać do układu krwionośnego, powodując różne problemy zdrowotne. Silniki benzynowe emitują znacznie mniej tych cząstek.

Olej napędowy zawiera także więcej siarki niż benzyna. W trakcie spalania w silniku Diesla powstaje więc większa ilość tlenków siarki (SOx), które są szkodliwe zarówno dla zdrowia ludzi, jaki dla środowiska.

A to dopiero początek długiej listy tego, co w spalinach z diesla może zaszkodzić zdrowiu, ale o tym dalej.

Jasne, producenci (zmuszani przez odgórne regulacje – np. unijne) robią, co mogą, aby te „szkodliwości” maksymalnie ograniczać. Właśnie temu służą choćby filtry cząstek stałych (DPF – Diesel Particulate Filter), których zadaniem jest usuwanie cząstek stałych ze spalin przed ich emisją do atmosfery, systemy selektywnej redukcji katalitycznej (SCR – Selective Catalytic Reduction), które obniżają zawartość tlenków azotu w spalinach czy układ recyrkulacji spalin (EGR – Exhaust Gas Recirculation) – także w jego przypadku celem jest zmniejszenie zawartości szkodliwych substancji w spalinach.

Wszystkie te rozwiązania są zresztą dla użytkowników dość kłopotliwe. Filtry cząstek stałych łatwo się zatykają (szczególnie przy użytkowaniu auta głównie w warunkach miejskich), co kończy się ostatecznie wizytą w serwisie (i nadprogramowymi wydatkami), SCR wymaga regularnych dolewek specjalnego płynu AdBlue (który też swoje kosztuje), a EGR na tyle często ulega awariom, że i w jego przypadku kierowcy decydują się na czasem nie do końca legalne rozwiązania. We wszystkich tych przypadkach (o ile wspomniane układy działają, jak należy) wciąż jednak mówimy bardziej o redukowaniu niż całkowitym eliminowaniu problemu wiązanego z emisją zanieczyszczeń.

Warto też przy okazji wspomnieć, że gros jeżdżących po polskich drogach diesli ma już swoje lata i spełnia normy czystości spalin z bardzo dalekiej przeszłości, a na opisywane rozwiązania (z czasem montowane obowiązkowo), albo nie miały szans się załapać, albo – jak w przypadku DPF-ów – nawet jak auto zostało zakupione z filtrem, to z czasem właściciel się go pozbył. Razem z „kłopotem” związanym z jego wypalaniem i zatykaniem. Dziurawe polskie prawo jest w tej kwestii na tyle bezradne, że na ogłoszenia firm świadczących tego typu usługi (czyli „fachowe” usunięcie DPF-u) można natknąć się nawet dzisiaj. A efekt tego jest taki, że dużo, szczególnie starszych, diesli wyrzuca do atmosfery wyjątkowo dla zdrowia szkodliwe cząstki stałe praktycznie bez żadnych ograniczeń. Podobnie wygląda sprawa z EGR-em – tu też można „dogadać się” w warsztacie i pozbyć problemu (a tym samym – zwiększyć emisję szkodliwych substancji).

Szkodliwość spalin diesli – sprawa wcale nie nowa i wciąż aktualna

O tym, jak poważnym problemem jest szkodliwość tego, co emitują silniki wysokoprężne, może świadczyć choćby fakt, jak dobrze jest on już rozpoznany i od jak dawna (choć wciąż pojawiają się nowe kolejne badania). To od wielu już lat nie tyle kwestia „czy”, a „jak bardzo” i „na co jeszcze” (bo lista stale się wydłuża) szkodzą emitowane przez diesle spaliny.

W Polsce Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy już w 2010 roku opublikował obszerny raport pt. „Zagrożenia spalinami silnika Diesla”. Dotyczy on przede wszystkim zagrożeń dla zdrowia pracowników wykonujących swoje zadania w okolicy pojazdów i urządzeń zasilanych olejem napędowym. Ale już samo to może budzić lekką grozę – bo takie ujęcie sprawy wskazuje wyraźnie na traktowanie silników Diesla jako czynnika generującego coś, co można nazwać „szkodliwymi warunkami pracy” i przed czym należy chronić pracowników. Autorzy raportu (dr Małgorzata Pośniak, dr inż. Elżbieta Jankowska, dr Małgorzata Szewczyńska, dr Lidia Zapór, dr inż. Agnieszka Brochocka i dr inż. Piotr Pietrowski) wyraźnie jednak zaznaczają, że problem dotyczy de facto… wszystkich. „Narażenie zawodowe na substancje chemiczne i cząstki stałe wchodzące w skład spalin emitowanych przez silniki wysokoprężne Diesla dotyczy osób obsługujących lub konserwujących sprzęt wyposażony w tego typu silniki. Są̨ to przede wszystkim kierowcy samochodów, pracownicy zajezdni autobusowych i zakładów zajmujących się̨ naprawą i serwisem samochodów, pracownicy kolei, operatorzy dźwigów, wózków widłowych i podnośników, a także górnicy oraz strażacy. Ze względu na powszechność́ stosowania silników Diesla w pojazdach transportu, a także samochodach osobowych, spaliny tych silników stanowią̨ zagrożenie dla zdrowia ogółu populacji”.

Jak czytamy dalej w opracowaniu przygotowanym przez CIOP-PIB – są one przyczyną zarówno ostrych, jak i przewlekłych szkodliwych zmian w układzie oddechowym, głównie w postaci astmy oraz w układzie sercowo‐naczyniowym. Zostały też zakwalifikowane jako czynnik mutagenny i rakotwórczy – w momencie publikacji raportu należący do Grupy 2A. Czyli drugiej „od góry” z czterech kategorii czynników rakotwórczych dla ludzi – klasyfikacji stworzonej przez Międzynarodową Organizację Badań nad Rakiem (IARC), część Międzynarodowej Organizacji Zdrowia (WHO). Z całym raportem CIOP-PIB można zapoznać się tutaj.

Dwa lata później spaliny z diesli jednak „awansowały” i w 2012 roku IARC sklasyfikowała je jako „kancerogenne dla ludzi” już w Grupie 1 –kategorii stosowanej jedynie wtedy, kiedy działanie rakotwórcze dla ludzi danego czynnika zostało wystarczająco dowiedzione i nie pozostawia wątpliwości. To najwyższy stopień w przyjętej kategoryzacji. Mówiąc kolokwialnie – gorzej już być nie może.

Substancje szkodliwe w spalinach diesli – wpływ na zdrowie człowieka

Żeby poznać i zrozumieć skalę problemu, warto dokładniej przyjrzeć temu, co silnik Diesla „wydala” w wyniku spalania oleju napędowego. To m.in.:

• cząstki stałe (PM, ang. Particulate Matter) – drobne cząsteczki, które powstają podczas procesu spalania (mogą zawierać metale, węglowodory i inne związki chemiczne). Znamy je doskonale z komunikatów smogowych – określających poziomy stężenia PM 2,5 i PM 10. Szczególnie te najmniejsze (o średnicy 2,5 mikrometra i poniżej) mogą wnikać głęboko do dróg oddechowych, a nawet przenikać do krwiobiegu, a stamtąd są w stanie dostać się praktycznie wszędzie. To może prowadzić do stanów zapalnych w organizmie, zwiększonego ryzyka chorób serca, zaburzeń układu oddechowego, astmy, chorób płucnych oraz innych schorzeń układu oddechowego i innych układów;
• tlenki azotu (NOx) – grupa gazów, w tym tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO₂), powstających podczas spalania. Podrażniają układ oddechowy, mogą prowadzić do przewlekłych chorób płuc, osłabiają odporność płuc na infekcje i zwiększają ryzyko wystąpienia problemów z sercem. Mogą również przyczyniać się do tworzenia smogu i kwaśnych deszczy, które wpływają na jakość powietrza i zanieczyszczenie środowiska, co także negatywnie wpływa na stan zdrowia człowieka;
• tlenki siarki (SOx) – gazy powstające ze spalania paliwa zawierającego siarkę (w oleju napędowym jest jej znacznie więcej niż w benzynie), głównie dwutlenek siarki (SO₂). Podrażniają drogi oddechowe, pogarszają objawy astmy i zwiększają ryzyko chorób serca;
• węglowodory niespalone (UHC) – niespalone resztki paliwa. Przyczyniają się do podrażnienia dróg oddechowych i nasilają objawy astmy. Są również zaliczane do substancji kancerogennych. Mają także swój udział w powstawaniu ozonu troposferycznego, jednego z głównych składników smogu fotochemicznego. Ozon w niższych warstwach atmosfery jest szkodliwy dla zdrowia człowieka – powoduje podrażnienia dróg oddechowych, pogorszenie funkcji płuc i inne schorzenia.
• benzopiren i inne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – związki chemiczne będące składnikami smolistych cząstek powstających podczas spalania. Są uważane za rakotwórcze dla ludzi. Ekspozycja na te substancje może prowadzić do rozwoju różnych rodzajów nowotworów, w tym raka płuc;
• formaldehyd, i inne aldehydy – związki chemiczne powstające podczas procesu spalania. Powodują podrażnienia oczu, nosa i gardła, a także zwiększają ryzyko niektórych rodzajów raka;
• tlenek węgla (CO) – gaz powstający w wyniku niepełnego spalania paliwa. Wiąże się z hemoglobiną we krwi, co ogranicza zdolność krwi do przenoszenia tlenu, prowadząc do objawów takich jak ból głowy, osłabienie, dezorientacja i w ekstremalnych przypadkach nawet do śmierci;
• metale ciężkie – spaliny zawierają również śladowe ilości metali ciężkich, takich jak ołów, rtęć i kadm. Te metale mogą gromadzić się w organizmach ludzkich i wpływać na funkcjonowanie różnych układów, wywoływać zaburzenia nerwowe, wpływać na rozwój dzieci oraz uszkadzać narządy wewnętrzne;
• aerozole organiczne – w spalinach diesla znajdują się także związki organiczne w postaci aerozoli, które mogą wywoływać reakcje alergiczne, podrażnienia skóry i dróg oddechowych.

Spalinom pochodzącym z silników wysokoprężnych przypisuje się również wiele innych, oprócz wymienionych, problemów i chorób – od obniżonej płodności i wad letalnych, przez uszkodzenia błon komórkowych i chromosomów, udary czy cukrzycę, po problemy urologiczne i neurologiczne (o których szerzej – dalej).

Warto przy tym podkreślić, że powyższa „czarna lista” ma zastosowanie dla spalin z obu rodzajów silników – czyli i benzynowych, i diesli. Jednak to, co jest tu szczególnie istotne, to fakt, że w przypadków silników benzynowych ilości emitowanych szkodliwych substancji są zwykle znacznie mniejsze (czasem nawet wielokrotnie) niż w przypadku diesli. Do wyjątków – w których proporcja się odwraca lub udziały są zbliżone – należą węglowodory niespalone i tlenek węgla.

Warto też pamiętać, że spaliny diesla bardziej niż te z silników benzynowych przyczyniają się do ocieplenia klimatu. Więcej cząstek stałych i tlenków azotu w atmosferze prowadzi do efektu cieplarnianego. W skali globalnej może to wywoływać ekstremalne zjawiska pogodowe, które także mają bezpośredni wpływ na nasze zdrowie, na przykład przez wzrost liczby fal upałów czy powodzi. Pojawia się też coraz więcej dowodów na długoterminowe negatywne skutki dla zdrowia choćby samego wzrostu średnich temperatur.

O tym, jak bardzo diesel zdążył już zaistnieć (w złym tego słowa znaczeniu) w medycynie, może świadczyć fakt, że doczekał się nawet własnej „jednostki chorobowej” zwanej diesel-astmą. Wspomina o niej dr n. med. Piotr Dąbrowiecki z Wojskowego Instytutu Medycznego w Warszawie, przewodniczący Polskiej Federacji Stowarzyszeń Chorych na Astmę, Alergię i POChP w zamieszczonym w 2018 r. na portalu wp.pl wywiadzie o bardzo znamiennym tytule „Diesel rakotwórczy jak azbest” (tekst ukazał się także w czasopiśmie „Świat lekarza”).

Ale powszechnie kojarzone z narażeniem na działanie szkodliwych substancji zawartych w spalinach nowotwory, choroby układu oddechowego i krwionośnego (choć to i tak dużo) absolutnie nie wyczerpują tematu. Potwierdza to jedno z najnowszych, niedawno opublikowanych badań przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej i Uniwersytetu Wiktorii w Kanadzie. Wykazało ono, że by upośledzić funkcjonowanie ludzkiego mózgu, spaliny z silnika Diesla potrzebują zaledwie kilka godzin.

Na potrzeby badania naukowcy poddali 25 zdrowych osób krótkotrwałemu – trwającemu dwie godziny –– działaniu spalin z silników wysokoprężnych. Aktywność mózgu mierzono przed i po każdej ekspozycji za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fRMI).

Badanie wykazało, że nawet krótkie narażenie na substancje zawarte w spalinach diesla zakłóca pracę połączeń nerwowych tzw. sieci stanu spoczynkowego (DMN – Default Mode Network). To z kolei zaburza funkcje poznawcze i może prowadzić do różnego rodzaju schorzeń neurologicznych, np. depresji Zdaniem naukowców prawdopodobne jest, że narażenie na działanie spalin długofalowo może także ogólnie upośledzać myślenie lub zdolność do pracy.

Kanadyjczycy określają to badanie jako pierwsze tego rodzaju na świecie, które dostarcza nowych dowodów potwierdzających związek między zanieczyszczeniem powietrza a funkcjami poznawczymi, do tej pory naukowcy uważali, że mózg jest chroniony przed szkodliwymi skutkami zanieczyszczenia powietrza.

Niepokojących doniesień ze świata neurologii jest jednak więcej. Nieco wcześniej, bo w 2020 r., inni naukowcy – tym razem z Uniwersytetu Kalifornijskiego – odkryli proces, w którym substancje chemiczne znajdujące się w oleju napędowym powietrza mogą uszkadzać komórki mózgowe, prowadząc do zwiększonego ryzyka choroby Parkinsona.

Ale i Polacy badają działanie spalin z silników Diesla na różne obszary związane zdrowiem. Oprócz przytoczonych już badań prowadzonych przez CiOP-PiB tą problematyką zajmują się też jednostki naukowe – np. Uniwersytet Jagielloński w ramach projektu NeuroSmog badającego związek między zanieczyszczeniem powietrza i zmianami w mózgu u dzieci w wieku szkolnym. Jak nietrudno się domyślić – takie powiązania odkryto. Jak wykazały specjalne testy – smog, a zwłaszcza dwutlenek azotu i wolne rodniki, czyli zanieczyszczenia pochodzące głównie z Diesli – sprawia, że dzieci mają wyraźnie pogorszoną koncentrację i osłabione zdolności poznawcze. I tak jak w przypadku badania kanadyjskich naukowców – mowa tu tylko o natychmiastowych skutkach, a nie tych odroczonych w czasie – których także można się spodziewać.

Diesle niosą śmierć?

To dość tabloidowe w formie pytanie czasem aż samo ciśnie się na usta. W mediach co jakiś czas pojawiają się kolejne wyniki badań, które szacują, za ile zgonów rocznie odpowiadają emisje szkodliwych substancji z transportu samochodowego, w tym właśnie szczególnie te z silników Diesla – uważanych za największego winowajcę. Przedstawiane statystyki spotyka jednak zwykle większa lub mniejsza krytyka – i nie chodzi tu w żadnym wypadku o kwestionowanie szkodliwość samochodowych spalin, bo tej już nikt nie zaprzecza, a o sposoby dochodzenia do konkretnych – często zatrważających – liczb. Dokładna liczba zgonów rocznie spowodowanych bezpośrednio przez spaliny z diesla jest bowiem trudna do ustalenia, ponieważ tego typu oceny muszą uwzględnić wiele czynników, takich jak stopień ekspozycji, czas trwania ekspozycji, inne czynniki ryzyka (np. palenie tytoniu), ogólną jakość powietrza czy tzw. choroby towarzyszące, na jakie mógł cierpieć zaliczony do „ofiar diesli” zmarły.

Ogólnie jednak badania sugerują, że zanieczyszczenie powietrza spowodowane przez ruch drogowy, w tym spaliny z diesla, może być odpowiedzialne za dziesiątki jak i nie setki tysięcy zgonów rocznie na świecie.

Często cytowane w tym kontekście dane pochodzą z badania opublikowanego w 2019 roku. Zostało ono przeprowadzone przez naukowców z Międzynarodowej Rady ds. Czystego Transportu (ICCT) oraz dwóch amerykańskich uniwersytetów. Według ich szacunków w 2015 r. na całym świecie z powodu zanieczyszczenia powietrza spowodowanego emisją spalin przez pojazdy zmarło przedwcześnie ok. 385 000 osób. Jak napisali autorzy raportu – „Spośród czterech podsektorów transportu, które zbadaliśmy, drogowe pojazdy z silnikiem wysokoprężnym w największym stopniu przyczyniały się do zanieczyszczenia i związanych z nim obciążeń chorobowych”.

Z kolei w opublikowanym nieco wcześniej, w maju 2017 roku badaniu, także skupiającym się na 2015 roku (również ono zostało przeprowadzone przez ICCT tym razem we współpracy z Uniwersytetem Kolorado, Sztokholmskim Instytutem Środowiska oraz Międzynarodowym Instytutem Analizy Systemów Stosowanych) zwiększonemu zanieczyszczeniu powietrza spowodowanemu przez emisje NOx z silników wysokoprężnych przypisano 107 600 przedwczesnych zgonów na całym świecie, z czego 38 000 z nich można przypisać „nadmiernej emisji NOx – nadmiernej, czyli emisji w rzeczywistych warunkach jazdy w porównaniu z emisjami w oficjalnych testach laboratoryjnych. Zauważono bowiem, że pojazdy z silnikami wysokoprężnymi na głównych rynkach wytwarzają ponad 50% więcej NOx niż wskazują oficjalne laboratoryjne dane, na których opiera się ich certyfikacja. Około 80% tych zgonów (zarówno w przypadku nadmiernej emisji NOx, jak i całkowitej emisji NOx z silników wysokoprężnych) miało miejsce w trzech regionach – UE, Chinach i Indiach.

Najnowsze i najbliższe nam – bo obejmujące Unię Europejską – statystyki pochodzą z raportu z marca 2023 r. autorstwa Europejskiej Agencji Środowiska (EEA). „Według szacunków EEA w 2020 r. co najmniej 238 000 osób zmarło przedwcześnie w UE z powodu narażenia na działanie pyłu PM 2,5 powyżej zalecanego przez WHO poziomu 5 µg/m³. Zanieczyszczenie dwutlenkiem azotu doprowadziło do 49 000, a ozonem do 24 000 przedwczesnych zgonów w Unii Europejskiej”. Trzeba w tym momencie zaznaczyć, że mówimy tu o danych dla poziomów przekroczeń wskazanych przez WHO. W raporcie wyraźnie zaznaczono, że negatywne skutki dla zdrowia, w tym przedwczesne zgony, mogą wystąpić przy niższych niż wskazane przez WHO poziomach zanieczyszczenia powietrza.

I nie trzeba chyba przypominać, że wszystkie trzy czynniki – a w szczególności pyły PM 2,5 i dwutlenek azotu – to „dania popisowe” w szerokim menu spalin z silników Diesla. Na pocieszenie pozostaje fakt, że zarówno liczba nadmiarowych zgonów powiązywanych z powyższymi zanieczyszczeniami, jak i sam poziom zanieczyszczeń sukcesywnie spada. Warto jednak pamiętać, że nie tylko diesle są ich źródłami. Ale jedno jest pewne – że naturalne, ale też wspierane „odgórnie” wymieranie silników wysokoprężnych może tylko ten proces przyspieszyć – z korzyścią dla zdrowia ludzi i kondycji środowiska naturalnego.