Benzopiren – składnik smogu, co warto wiedzieć?

Nazywany często „cichym zabójcą” benzopiren jest jednym z najgroźniejszych składników smogu. Niewidoczne gołym okiem cząsteczki powstają podczas niecałkowitego spalania węglowodorów.

Benzopiren (benzo(a)piren) występuje w otaczającym nas powietrzu, wnika do gleby, a dzięki płaskiej strukturze jest w stanie ulokować się pomiędzy poszczególnymi zasadami azotowymi naszego DNA. Może to prowadzić do zaburzeń w replikacji, a w konsekwencji do powstawania zmian nowotworowych.

Z poniższego artykułu dowiesz się czym dokładnie jest benzopiren, skąd bierze się w powietrzu, jaki ma wpływ na nasze zdrowie i jak się przed nim bronić?

Co to jest benzopiren?

Występujące w powietrzu pod dwiema postaciami, benzopireny to związki chemiczne należące do grupy węglowodorów aromatycznych. Co to oznacza?

Nazwę „węglowodory aromatyczne” stworzono, aby objąć nią wszystkie węglowodory (związki chemiczne składające się wyłącznie z wodoru i węgla) o charakterystycznej pierścieniowej budowie. Inaczej mówimy więc o nich  „węglowodory pierścieniowe”.

Najprostszym węglowodorem pierścieniowym (aromatycznym) jest benzen, mający budowę pojedynczego pierścienia. Pięć połączonych ze sobą pierścieni benzenu tworzy benzopiren. Z racji posiadania kilku pierścieni, benzopiren należy do grupy wielopierścieniowych  węglowodorów aromatycznych (WWA).

W zależności od miejsca przyłączenia 5-go pierścienia benzenowego, możemy wyróżnić benzo(a)piren (pojedynczy benzen dołączony przy wiązaniu a) lub benzo(e)piren (pojedynczy benzen przyłączony przy wiązaniu e).

Uwaga: Należący do grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) benzopiren błędnie zaliczany jest często do grupy lotnych związków organicznych (LZO, VOC). Pojedyncza cząsteczka benzenu ma postać cieczy, natomiast benzopireny są już cząsteczkami stałymi. 

W konsekwencji, w oczyszczaczach powietrza za usuwanie benzoapirenu odpowiedzialny jest filtr HEPA, nie filtr węglowy. Dodatkowo warto wybrać oczyszczacz z jonizatorem powietrza, więcej o nim przeczytasz w naszym artykule: oczyszczacz z jonizatorem powietrza.

Benzoapiren a zdrowie

Nazywany często „cichym zabójcą”, benzopiren nie bez powodu doczekał się takiego przydomku.

Działanie benzopirenu jest niezauważalne oraz powolne. Najgroźniejszymi skutkami długotrwałej ekspozycji na ten związek są nowotwory. Międzynarodowa agencja badań nad rakiem (IARC) już w 1987 roku nazwała benzopiren głównym czynnikiem kancerogennym.

Czas pomiędzy pierwszym kontaktem z tą groźna substancją, a powstawaniem zmian nowotworowych datuje się przeciętnie na 15 lat [1]. Nowotwory są jednak tylko jednym z możliwych powikłań.

Zobacz także: Przyczyny zanieczyszczeń powietrza

Skutki zdrowotne wdychania benzopirenu

• uszkodzenie wątroby i nadnerczy,
• uczucie zmęczenia, bólu głowy, utraty łaknienia,
• depresja,
• spłycenie oddechu,
• podrażnienia skórne,
• osłabienie układu odpornościowego i krwionośnego,
• problemy z płodnością,
• nowotwory.

Działanie benzopirenu jest niezauważalne oraz powolne. Najgroźniejszymi skutkami długotrwałej ekspozycji na ten związek są nowotwory. Międzynarodowa agencja badań nad rakiem (IARC) już w 1987 roku nazwała benzopiren głównym czynnikiem kancerogennym.

Czas pomiędzy pierwszym kontaktem z tą groźna substancją, a powstawaniem zmian nowotworowych datuje się przeciętnie na 15 lat [1]. Nowotwory są jednak tylko jednym z możliwych powikłań.

Benzopiren uszkadza również wątrobę, nadnercza, osłabia układ odpornościowy, krwionośny.

Może prowadzić do poważnych problemów z płodnością. Jak pokazują również badania naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum, szkodliwość benzopirenu mogą odczuwać także niemowlęta.

Ekspozycja na wysokie stężenia substancji w okresie płodowym często skutkuje później chorobami górnych i dolnych dróg oddechowych u małych dzieci, jak również niższym ilorazem inteligencji u starszych. Ponadto obecność benzopirenu w naszym organizmie przyczynia się do zmęczenia, bólu głowy, utraty łaknienia, depresji, nerwowości, spłycenia oddechu czy podrażnień skórnych.

Benzopiren – jak powstaje?

Benzopireny powstają na skutek niecałkowitego spalania paliw kopalnianych, w temperaturze od 300 °C (572 °F) do 600 °C (1,112 °F). Dlatego też są one obecne m.in. w dymie, który wylatuje z kominów, jak również powstają np. podczas grillowania mięsa czy palenia papierosów.

Przeczytaj także: Smog fotochemiczny. Skład, powstawanie, skutki

Przyczyny występowania benzopirenu w Polsce

• „niska emisja”,
• przemysł,
• energetyka,
• spaliny samochodowe.

Przyczyny występowania benzo-a-pirenu są takie same, jak przyczyny smogu na danym obszarze. Jak podaje Najwyższa Izba Kontroli „główną przyczyną niedostatecznej jakości powietrza w Polsce jest emisja pyłów zawieszonych i B(a)P z domowych pieców i lokalnych kotłowni węglowych, w których spalanie węgla odbywa się w nieefektywny sposób.

Zobacz także: Smog typu londyńskiego. Skład, powstawanie, skutki

Jest to tzw. niska emisja”[2]. To ona właśnie jest głównym czynnikiem odpowiadającym za obecność benzoapirenu w Polsce (ok. 87% B(a)P pochodzi z niskiej emisji). Z tego powodu, stężenie benzopirenu w powietrzu jest jednym z parametrów oceny jakości powietrza. Zespół badaczy z Politechniki Krakowskiej podkreśla, że to właśnie benzopiren jest bardziej miarodajnym czynnikiem obrazującym zmiany aniżeli PM2,5 czy PM10.

Czym jest niska emisja? Są to wszystkie piece i kotły grzewcze, których kominy ulokowane są na wysokości mniejszej niż 40 m. Zła kondycja polskiego powietrza spowodowana jest złym stanem technicznym, przestarzałymi konstrukcjami i niskiej jakości paliwami opałowymi.

W dalszej części dokumentu NIK-u przeczytamy, że „zanieczyszczenia gromadzą się wokół miejsca powstawania, a są to najczęściej obszary o zwartej zabudowie mieszkaniowej.”[3]  Pozostałe główne źródła emisji beznopirenu to przemysł i energetyka.

Główne źródła benzopirenu w Polsce. Grafika własna na podstawie danych z raportu NIK.

Warto także pamiętać iż, benzopiren występuje też w spalinach samochodowych oraz dymie papierosowym. Dlatego też często poziom B(a)P w powietrzu porównuje się do ilości wypalonych papierosów.

Poziom benzopirenu w Polsce

Patrząc na poziom benzopirenu w pozostałych krajach Europy, widzimy z jak poważnym problemem mamy do czynienia w Polsce.

Wyniki pomiarów poziomu benzopirenu są bezlitosne. Wskazują one, iż Polska 40-krotnie przekracza dopuszczalną przez WHO normę emisji benzopirenu.

Ze wszystkich składników smogu, to właśnie benzoapiren jest substancją, której poziom najczęściej przekraczamy. Nie tylko my, ale i cała Europa. Stężenie zalecane przez Unię Europejską i prawo krajowe to 1 ng/m³. Poziom zalecany przez WHO to 0,12 ng/m³. Tymczasem stężenie benzo(a)pirenu w 2017 roku w UE wyniosło 4,8 ng/m3.

Zatrważający jest jednak fakt, iż w Polsce 96 proc. stref w Polsce podlegających ocenie jakości
powietrza w 2018 r. miało przekroczone dopuszczalne stężenia benzo(a)pirenu.

W badaniu opublikowanym w 2021 roku przez dr. inż. Agnieszka Flagę-Maryańczyk oraz dr. inż. Katarzynę Baran-Gurgul przeanalizowano, jak uchwały antysmogowe w Krakowie wpłynęły na poziom smogu w regionie. W latach 2011-2020 poziom B[a]P wynosił 4-10 ng/m³ w Krakowie, 4-6 ng/m³ w Tarnowie i aż 10-11 ng/m³ w Nowym Sączu. Dla porównania, nieco lepiej sytuacja wygląda zwykle w północno-wschodniej Polsce, jednak Białystok ze stężeniem 1,1 ng/m³ czy Biała Podlaska (3 ng/m³) są niewielkim pocieszeniem.

Poziom B(a)P zawsze zwiększa się wraz z nadejściem sezonu grzewczego. Rekordowy pod tym względem okazał się być styczeń 2017 roku, gdy w Pszczynie odnotowano poziom 90 ng/m³!

Benzopiren w żywności

Benzopiren jest związkiem, który nie występuje w jednym, określonym rodzaju produktów. Znajdziemy go bowiem w żywności, którą grillujemy, wędzimy, bądź opalamy na otwartym ogniu. Dlatego też najwięcej będzie go w wędzonych mięsach. Z drugiej jednak strony mocno podpieczone na grillu warzywa, choć pyszne, również nie będą dla nas zdrowe.

Grillując warto używać tylko jednorazowych tacek lub folii aluminiowej. Żywność pozbawiona kontaktu z otwartym ogniem i dymem będzie miała o wiele mniej benzo(a)pirenu. Unikajmy przypalonego jedzenia, czy to z patelni czy to z grilla. Korzystając z grilla, wybierajmy tylko dedykowany do niego węgiel drzewny (nie liście, papier czy igły!).

Benzopiren w smole

Benzopiren znajduje się również w smole węglowej, a konkretnie w paku smołowym, który do dziś wykorzystywany jest do wyrobu brykietów, papy, izolacji wodoodpornej oraz do otrzymywania węglowodorów. Pocieszający jest natomiast fakt, iż produkowane dziś lepiszcza mogą zawierać od 3000 do 10 000 mg benzopirenu na kilogram. Stosowany zaś niegdyś „subit” zawierał tego benzopirenu aż 300 000 mg na kilogram.

Jak bronić się przed benzopirenem?

• Monitorowanie powietrza

W sezonie grzewczym warto monitorować na bieżąco jakość powietrza w okolicy. Można to robić na stronie Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska lub za pomocą dedykowanej aplikacji. Kiedy jakość powietrza za oknem jest zła, unikajmy wietrzenia pomieszczeń.

• Oczyszczacze powietrza

Ponieważ jednak w domu znajdziemy około 30% zanieczyszczeń z zewnątrz, należy rozważyć również zakup oczyszczacza powietrza, wyposażonego w filtr HEPA.

• Unikanie grillowanych, mocno wędzonych, smażonych produktów, zwłaszcza mięs

Jaki oczyszczacz powietrza do walki z benzopirenem?

Tak naprawdę każdy, który spełnia 3 podstawowe warunki:

• Odpowiedni zestaw filtrów

Benzoapiren jest usuwany przez filtr HEPA, nie filtr węglowy. To właśnie wykonany z polipropylenu lub politereftalanu etylenu (PET) filtr HEPA zatrzymuje cząstki stałe pyłów zawieszonych (w tym B(a)P). Mechanicznie powstrzymujący zanieczyszczenia filtr jest w stanie odfiltrować w ten sposób od 95 do 99,995% drobinek o wielkości 0,3 mikrona (frakcja zanieczyszczeń najtrudniejszych do wyłapania).

Tymczasem większość cząsteczek benzoapirenów mieści się w zakresie pyłów PM1 (cząstki pyłów o wielkości 1 mikrona). Dlatego też mogą być one skutecznie zatrzymane przez filtry HEPA, oczyszczające powietrze z PM1, PM2,5 czy PM10.

W większości oczyszczaczy powietrza filtr HEPA oferowany jest razem z filtrem węglowym. Filtr ten z kolei odpowiedzialny jest m.in. za neutralizację innych węglowodorów aromatycznych – mających postać gazową. Zaprojektowany, by pochłaniać zanieczyszczenie gazowe, filtr węglowy redukuje stężenie benzenu, formaldehydu, a także nikotyny, toluenu, ksylenu czy innych lotnych związków organicznych, z których wiele (podobnie jak benzoapiren występuje w dymie papierosowym.

• Dokładne czujniki pyłów (optymalnie PM2,5 lub PM1)

Czułe sensory zanieczyszczeń są niemniej istotne. Analizując powietrze w otoczeniu, przekazują informację o aktualnym poziomie pyłów zawieszonych i/lub innych parametrów (w zależności od modelu oczyszczacza i posiadanych przez niego czujników). Absolutną podstawą każdego oczyszczacza powinien być sprawnie działający (optymalnie laserowy) czujnik pyłów zawieszonych PM2,5. W przypadku oczyszczaczy powietrza na benzoapiren dobrym rozwiązaniem może być też urządzenie, które dobrze rozpoznaje frakcję PM1.

• Wydajność oczyszczania (im większa, tym lepsza)

Wydajność oczyszczacza powietrza powinna być dostosowana do powierzchni, optymalnie wg przelicznika: 10 m2 = 80 m³/h wydajności. Nie należy się jednak bać kupowania urządzeń o większej (nawet dużo większej) wydajności od tej realnie potrzebnej. Im większa wydajność oczyszczacza, tym szybciej przefiltruje powietrze na danym obszarze i tym ciszej będzie mógł on pracować.

Benzopiren – najważniejsze pytania

Źródła:

[1] Materiały prasowe organizatorów akcji „Tworzymy atmosferę”

[2] NIK o ochronie powietrza przed zanieczyszczeniami cz. I. Najwyższa Izba Kontroli. Warszawa, 09.2018. nik.gov.pl/aktualnosci/ochrona-srodowiska/dbaj-o-zdrowie-nie-oddychaj

[3] NIK o ochronie powietrza przed zanieczyszczeniami cz. II. Emisja z sektora przemysłowego i z transportu. Najwyższa Izba Kontroli. Warszawa, 09.2018. nik.gov.pl/aktualnosci/mordercze-spaliny

[4] Ochrona powietrza przed zanieczyszczeniami. Lata 2014–2017 (I półrocze). Najwyższa Izba Kontroli. Warszawa, 09.2018. nik.gov.pl/plik/

[5] Flaga-Maryańczyk, A.; Baran-Gurgul, K. The Impact of Local Anti-Smog Resolution in Cracow (Poland) on the Concentrations of PM10 and BaP Based on the Results of Measurements of the State Environmental Monitoring. Energies 2022, 15, 56. doi.org