Amoniak (NH3) jest groźnym, ale – w popularnej narracji o zanieczyszczeniu powietrza – niestety często pomijanym związkiem chemicznym. Jako emitowany głównie z sektora rolniczego, wydaje nam się odległy i niezwiązany z problemami, z którymi borykamy się dzisiaj zarówno my, jak i środowisko. Tymczasem zanieczyszczenie amoniakiem to poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi i funkcjonowania ekosystemów. Stagnacja w działaniu na rzecz jego ograniczania jest tym bardziej niepokojąca, że pionierskie, szczegółowe badania ujawniły niedawno skalę niedoszacowania problemu [1]. Dzisiaj zaledwie garstka krajów wdraża strategię walki z emisjami amoniaku, ale dłuższe ignorowanie problemu jest po prostu niemożliwe.
Amoniak stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia
Mimo, że niewiele się o tym mówi poza specjalistycznymi środowiskami, amoniak i jego pochodne są bardzo ważnym składnikiem smogu [2]. Silne zanieczyszczenie powietrza, co dzisiaj już raczej nas nie zaskakuje, powoduje liczne choroby dróg oddechowych i przedwczesną śmierć u milionów ludzi rocznie [3]. Amoniak ma w tym całkiem spory udział.
Dla przykładu, w Europie substancja ta jest pośrednio odpowiedzialna aż za 60% cząsteczkowego zanieczyszczenia powietrza [4]. W niektórych miejscach na Ziemi, jak np. Salt Lake City w Stanach Zjednoczonych, nawet ¾ cząsteczek obecnych w smogu może stanowić azotan amonu [2]. Substancja ta powstaje, kiedy tlenki azotu produkowane przez pojazdy spalinowe, piece i urządzenia przemysłowe łączą się z amoniakiem niesionym w powietrzu z pobliskich upraw i hodowli. Amoniak zasadniczo bardzo “chętnie” łączy się z różnymi cząsteczkami – dlatego też zanieczyszczenie tą substancją przyczynia się do powstawania pyłów zawieszonych PM2,5. Samego amoniaku w smogu z resztą też mogą występować niebezpieczne wysokie stężenia [2].
i dla środowiska
Zanieczyszczenie amoniakiem to jednak nie tylko problem terenów zurbanizowanych. Nawet więcej – to nie tylko zagrożenie dla zdrowia człowieka. Duże ilości tego związku w powietrzu, glebie i wodzie mogą mieć dalekosiężne konsekwencje dla środowiska.
Amoniak w czystej postaci i dużych koncentracjach jest po prostu toksyczny dla organizmów żywych [5]. Obniża odporność roślin na susze, przymrozki i patogeny oraz zakwasza glebę. Nawet niewielkie ilości amoniaku potrafią poważnie zaszkodzić cennym mokradłom i pozbawić je kluczowych funkcji ekologicznych. Jeśli z kolei przedostanie się do cieków wodnych, może przyczyniać się do zakwaszenia i eutrofizacji wód – a w konsekwencji ograniczania bioróżnorodności równie cennych ekosystemów wodnych.
Amoniak jako taki jest jednak mało trwały i szybko ulega szeregowi przemian chemicznych, które prowadzą finalnie do uwalniania dużych ilości azotu. Amoniak jest wręcz jednym z głównych źródeł zanieczyszczenia tym pierwiastkiem. Znacznie zwiększa prawdopodobieństwo jego depozycji w środowisku, co z kolei ma duży wpływ na bioróżnorodność [5]. Azot w dużej koncentracji ogranicza różnorodność roślin – a zatem także zwierząt roślinożernych – niekiedy stale wpływając na kompozycję gatunkową danego ekosystemu. Istnieje także negatywna korelacja pomiędzy zanieczyszczeniem tym pierwiastkiem, a występowaniem w danym środowisku owadów zapylających.
Zanieczyszczenie amoniakiem, a ściślej mówiąc – azotem z amoniaku, nie pozostaje też oczywiście bez wpływu na zmiany klimatu. Niestety dokładne szkody, które powoduje w środowisku, stosunkowo ciężko jest śledzić. Mało które urządzenia pomiarowe potrafią go bowiem wychwycić. Tak przynajmniej było jeszcze do niedawna.
Zanieczyszczenie amoniakiem widziane z kosmosu
Od kiedy kraje na całym świecie zaczęły wdrażać strategie ograniczania emisji gazów cieplarnianych, szybko okazało się, że jedno, poważne źródło problemu całkowicie pominięto w szacunkach. Jak ogłosiła Environment Agency, amoniak to jedyne duże zanieczyszczenie powietrza, którego emisje w Wielkiej Brytanii wzrosły od 2013 roku [6]. To ogromne przeoczenie, nad którym rząd obiecał się zreflektować.
Z pewnością nie jest to jedyny kraj, który ma problem i z pewnością nie ostatni, który będzie musiał podjąć działania w tym zakresie. W ciągu ostatnich 70 lat globalne emisje amoniaku wzrosły bowiem dwukrotnie [2]. Co więcej, jak wynika z badania opublikowanego w 2018 roku w Nature [1], metody szacowania zanieczyszczenia tą substancją stosowane do tej pory dewaluowały skalę emisji. Niektóre ich źródła były niedoszacowane o cały rząd wartości, a niektóre w ogóle pominięto.
Tym razem, zamiast używanej dotychczas bazy danych EDGAR, naukowcy postanowili przyjrzeć się informacjom zbieranym przez urządzenie satelitarne IASI. Dzięki analizie niemal dekady codziennych obserwacji, badaczom udało się zlokalizować na całym świecie 248 amoniakowych “hotspotów”. Są to obszary o średnicy mniejszej niż 50 km, gdzie atmosferyczne stężenie amoniaku jest wyjątkowo duże. Jak się okazuje, wszystkie hotspoty – oprócz jednego – to źródła antropogeniczne.
Źródło: interaktywna mapa danych satelitarnych dot. amoniaku.
Skąd się bierze amoniak?
Zanieczyszczenie amoniakiem może mieć swoje źródła w procesach zarówno naturalnie zachodzących w przyrodzie, jak i wynikających bezpośrednio z działalności człowieka. Do źródeł naturalnych możemy zaliczyć np. pożary, podczas których amoniak uwalniany jest z roślin [2], a także ekskrementy dzikich zwierząt, rozkład materii organicznej i procesy zachodzące w oceanach [7], [8]. Jest to jednak mały procent w skali globalnej.
Dużo bardziej problematyczne są emisje antropogeniczne. Amoniak w niewielkich ilościach produkują katalizatory w samochodach spalinowych, wysypiska śmieci, oczyszczalnie ścieków, spalanie biomasy, wydobycie węglanu sodu i wiele, wiele innych gałęzi przemysłu i działalności ludzkiej [7]. Zdecydowanie największe zanieczyszczenie amoniakiem powoduje jednak rolnictwo. Głównym „winowajcą” jest produkcja zwierzęca (emisje związane są ze wszystkimi etapami gospodarki obornikiem oraz wypasem zwierząt) oraz, w nieco mniejszym stopniu [8], użycie i produkcja nawozów bazujących na tym związku [2], [7]. Sumarycznie, rolnictwo jest odpowiedzialne za 80-95% emisji amoniaku – szczególnie w krajach wysokorozwiniętych [2].
Na mapie opracowanej na podstawie wspomnianych już pomiarów urządzeń satelitarnych IASI, doskonale to widać. Większość amoniakowych hotspotów to właśnie zakłady produkcyjne nawozów i wielkoskalowe hodowle zwierząt (lub ich skupiska). Szczególnie źle sytuacja wygląda m.in. w Stanach Zjednoczonych, gdzie na masową skalę hoduje się bydło, oraz w Indiach, gdzie kwitnie przemysł związany z nawozami. Nie brakuje jednak też przykładów z “naszego podwórka”. Jest nim np. oznaczony na mapie Bieżuń – zagłębie kilkudziesięciu ferm drobiu i chlewni. To najbardziej znane w Polsce miejsce, gdzie mieszkańcy – w trosce o własne zdrowie i środowisko – od lat walczą o zaprzestanie ekspansji ferm przemysłowych.
Walka z emisjami amoniaku na świecie
Nacisk społeczny jest ważny, ale strategie ograniczania emisji amoniaku muszą być wprowadzane i zarządzane także odgórnie. Jeśli problem zignorujemy, do końca XXI wieku zanieczyszczenie amoniakiem na świecie może być dwukrotnie większe [8].
Póki co, w skali globalnej niewiele jest inicjatyw skierowanych konkretnie w problem emisji amoniaku. Trudy na rzecz ich ograniczenia nieśmiało podejmują kraje członkowskie Unii Europejskiej, np. ustalając limity użycia konkretnych nawozów na jednostkę powierzchni ziemi czy emisji amoniaku samego w sobie [2]. Dzięki temu, od 1990 roku, sytuację udało się nieco opanować (przynajmniej w części krajów). Działania takie są jednak trudno mierzalne i nie do końca egzekwowane.
Nieco bardziej konkretny plan opracował 3 lata temu rząd Wielkiej Brytanii. Ustalono, że do 2030 roku emisje amoniaku z rolnictwa mają spaść o 16% [2]. Taka decyzja jest konsekwencją innego planu, który bez uporania się z amoniakiem ległby w gruzach – tamtejszy rząd założył bowiem, że do 2025 roku obniży o połowę odsetek ludzi oddychających powietrzem o niebezpiecznie wysokim poziomie PM2,5. Jak już wiecie z poprzednich sekcji artykułu, ograniczenie emisji amoniaku jest niezbędne, żeby zniwelować tego typu zanieczyszczenie. Nic zatem dziwnego, że w końcu wzięto je na celownik.
Większość państw na świecie niestety jeszcze nie podąża za tym trendem. Chiny, dla przykładu, które są znanym, amoniakowym hotspotem, nie regulują jego emisji w żaden egzekwowalny prawnie sposób. Podobnie jest w Stanach Zjednoczonych. Wydaje się, że zmiany w tym zakresie są kwestią czasu – niestety jednak czasu, który kosztuje ludzi zdrowie.
Źródła
- [1] Van Damme M., Clarisse L., Whitburn S. et al., 2018: Industrial and agricultural ammonia point sources exposed. Nature 564, 99–103.
- [2] Plautz J., 2018: Ammonia, a poorly understood smog ingredient, could be key to limiting deadly pollution. Science [dostęp 03.08.2021].
- [3] Lelieveld J., Evans J. S., Fnais M., Giannadaki D., Pozzer A., 2015: The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature, 525: 367-371.
- [4] Stokstad E., 2018: In advance, satellites reveal hidden hot spots of ammonia pollution. Science [dostęp 05.08.2021].
- [5] Guthrie S., Giles S., Dunkerley F., Tabaqchali H., Harshfield A., Ioppolo B., Manville C., 2018: Impact of ammonia emissions from agriculture on biodiversity: An evidence synthesis. Santa Monica, CA: RAND Corporation.
- [6] Environment Agency, 2018: The state of the environment: air quality.
- [7] Dragosits U., Dore A. J., Sheppard L. J., Vieno M., Tang Y. S., Theobald M. R., Sutton M. A., 2008: Sources, Dispersion and Fate of Atmospheric Ammonia [in:] Nitrogen in the Environment. Sources, Problems, and Management. Academic Press, 333–393.
- [8] Bauer S. E., Tsigaridis K., Miller R., 2016: Significant atmospheric aerosol pollution caused by world food cultivation. Geophysical Research Letters, 43: 5394-5400.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
