O pyle zawieszonym w województwie kujawsko-pomorskim

Uchwały antysmogowe mają na celu poprawę jakości powietrza. Dotyczą one mieszkańców i innych podmiotów, które wykorzystują urządzenia grzewcze na paliwa stałe (o mocy poniżej 1 MW) zarówno do ogrzewania jak i podgrzewania wody użytkowej. Uchwała taka od roku 2019 obowiązuje również w województwie kujawsko-pomorskim. Zakłada ona m.in. stopniowe wycofywanie z eksploatacji urządzeń o małej efektywności energetycznej, powodującej znaczna emisję zanieczyszczeń – w tym śmiertelnie groźnego pyłu zawieszonego i rakotwórczego benzo(a)pirenu. W pierwotnym brzmieniu uchwały termin na wymianę najbardziej szkodliwych, pozaklasowych „kopciuchów” miał upłynąć już z końcem 2023 roku. Niestety, obecnie trwają rozmowy nad zmianami w uchwale zezwalającymi na użytkowanie kopciuchów przez kolejne 6 lat. W świetle tych planów warto zastanowić się, czy ograniczenia w stosowaniu złej jakości paliw stałych i stopniowa wymiana źródeł ciepła przynosi efekty.

Jakie są źródła zanieczyszczeń powietrza w województwie?

Dominującym źródłem zanieczyszczeń powietrza pyłem zawieszonymi PM₁₀ i PM_2.5 oraz benzo(a)pirenem w woj. kujawsko-pomorskim jest emisja z sektora komunalno-bytowego, czyli emisja zanieczyszczeń z kominów domów ogrzewanych indywidulanie (ryc. 1). Przyczyną jest m.in. spalanie paliw stałych (węgla, drewna).

Ryc. 1.  Udziały źródeł emisji w poszczególnych zanieczyszczeniach powietrza w woj. kujawsko-pomorskim w 2022 r. (źródło: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, 2023, Roczna ocena jakości powietrza w województwie kujawsko-pomorskim. Raport wojewódzki za rok 2022, Regionalny Wydział Monitoringu w Bydgoszczy, Bydgoszcz,).

Odnotowany od 2020 r. spadek zużycia węgla kamiennego na rzecz wzrostu zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych (ryc. 2) może być spowodowany zmianami w strukturze eksploatacji urządzeń grzewczych, na którą wpłynęły m.in.:

• zmiany w przepisach pozwalające wyeliminować z użytku najgorszej jakości paliwa stałe (węgiel brunatny, miał węglowy, muł i flotokoncentrat) i urządzenia (tzw. kopciuchy),

• wzmożone akcje edukacyjne informujące o negatywnym wpływie zanieczyszczeń powietrza na zdrowie,

• programy wsparcia umożliwiające osobom o niższych dochodach wymianę instalacji na niskoemisyjną.

Należy również zwrócić uwagę na wyraźny trend spadkowy sumarycznego zużycia węgla kamiennego i gazu ziemnego w ostatnich kilku latach (rys. 2).

Ryc. 2. Zużycie węgla kamiennego i gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w woj. kujawsko-pomorskim wyrażone w jednostce energii [TJ] (przy założeniu średniej wartości opałowej węgla na poziomie 25 MJ/kg) na tle rocznej wartości liczby stopniodni grzania (stacja Wrocław dla woj. dolnośląskiego, stacja Toruń dla woj. kujawsko-pomorskiego) dla temperatury bazowej Tb=18^oC i temperatury granicznej Tgr=15^oC obliczonej wg EUROSTAT (obliczenia własne na podstawie danych: GUS 2013-2021, IMGW i Dopke J.).

Wg analizowanych danych trend ten związany był nie tylko z coraz łagodniejszymi zimami, ale wpłynęły na niego również inne czynniki. Widać to wyraźnie w danych dla roku 2021, gdy wzrost liczby stopniodni grzania (sugerujący zwiększone zapotrzebowanie na ciepło) nie przełożył się na adekwatny wzrost zużycia węgla i gazu. Naszym zdaniem należy założyć, że w tym sezonie analizowane nośniki energii uzupełnione zostały innymi, alternatywnymi źródłami ciepła. Jakimi – tu niestety brakuje danych.

Zmienność stężenia pyłu zawieszonego PM₁₀ w wieloleciu 2013-2022

Dostępne dane ze stacji GIOŚ działających w województwie kujawsko-pomorskim w ostatnim dziesięcioleciu wskazują, że po roku 2014 na stacjach tych roczny poziom dopuszczalny dla stężeń pyłu PM₁₀ (40 µg/m³) nie był przekraczany (ryc. 3). To oczywiście korzystna sytuacja, należy jednak zauważyć, że na wszystkich stacjach rokrocznie przekraczane były rekomendacje WHO odnośnie średniorocznych stężeń pyłu PM₁₀ (wynoszą one 20 µg/m3 do roku 2020 i 15 µg/m3 od 2021 r.).

Ryc. 3. Średnioroczne stężenie pyłu zawieszonego PM₁₀ w latach 2013-2022 w wybranych stacjach PMŚ w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Należy również zauważyć, że mimo dotrzymania norm rocznych dla PM₁₀, w analizowanym wieloleciu wielokrotnie przekraczany był poziom dopuszczalny dla stężeń 24-godzinnych (wynosi on nie więcej niż 35 dni ze stężeniem średnim dobowym wyższym od 50 µg/m³) (Ryc. 4). Pozytywnie wyróżnia się jedynie rok 2022, w którym liczba ta nie została przekroczona na żadnej ze stacji województwa. Stanowi to znaczną poprawę w stosunku do początku badanego okresu.

Podobny obraz dotyczy również przekroczeń dopuszczalnego średniego dobowego stężenia PM₁₀ rekomendowanego przez WHO ze względu na zagrożenie zdrowia człowieka (wynosił on 50 µg/m³ do 2020 r, 45 µg/m³ od 2021 r.).

Ryc. 4. Liczba dni z przekroczeniem normy WHO dla pyłu PM₁₀ (50 µg/m³ do 2020 r, 45 µg/m³ od 2021 r.) oraz polskiej normy PL (50 µg/m³) w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

W przypadku pyłu PM₁₀ zauważalny jest charakterystyczny roczny rozkład stężeń tego zanieczyszczenia (Ryc. 5) – ich wzrost w miesiącach zimowych, gdy następuje wzrost zużycia paliw stałych na cele grzewcze oraz spadek w okresie letnim.

Ryc. 5. Stężenia średniomiesięczne pyłu zawieszonego PM₁₀ w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim  (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

W przypadku przebiegów dobowych można zauważyć dwa okresy charakteryzujące się wyższymi stężeniami niż podczas całej reszty dnia (ryc. 6). Pierwszym z nich są godziny około poranne, drugim godziny około wieczorne. Na stacjach komunikacyjnych główny wpływ na wzrost stężenia ma szczyt komunikacyjny związany z większym spalaniem paliw płynnych podczas transportu. W przypadku stacji tła miejskiego na wzrost stężenia zanieczyszczeń wpływa zwiększone zapotrzebowanie na ciepło, a tym samym wzrost zużycia paliw stałych w urządzeniach grzewczych. Dotyczy to zwłaszcza szczytu wieczornego, który jest wyraźnie wyższy od porannego. Dzieje się tak m.in. ze względu na dłuższy czas naszej aktywności (i zapotrzebowania na ciepło) podczas popołudniowego i wieczornego przebywania w domu.

Ryc. 6.  Przebiegi dobowe pyłu zawieszonego PM₁₀ w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim  (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Ryc. 7. Frekwencja występowania dni według odnotowanej klasy jakości powietrza zgodnie z Polskim Indeksem Jakości Powietrza dla pyłu PM₁₀ w wieloleciu 2013-2022 (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Przez większość roku w badanym okresie stężenie pyłu zawieszonego PM₁₀ mieściło się w klasie bardzo dobrej oraz dobrej wg Polskiego Indeksu Jakości Powietrza (ryc. 7) – do opracowania danych przyjęto obowiązujące od 2019 r.[1] bardziej restrykcyjne zakresy stężeń dla wyznaczania klas jakości powietrza.

Wzrost zapotrzebowania na ciepło w chłodnych miesiącach w ciągu roku oraz wzrost stężenia PM₁₀ w tych samych miesiącach wskazuje na konieczność zwrócenia uwagi na tendencję spadkową stężenia PM₁₀ w powietrzu na badanym obszarze w ostatnim 10-leciu (ryc. 8). Oprócz uwarunkowań pogodowych (coraz łagodniejsze zimy) może być to m.in. efektem wprowadzenia uchwałami antysmogowymi ograniczeń związanych ze stosowaniem złej jakości paliw i przestarzałych urządzeń grzewczych.

Ryc. 8. Średnie stężenie pyłu zawieszonego PM₁₀ w sezonie grzewczym (od października do marca) w wieloleciu 2013-2023 (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Sezony grzewcze 2016/2017 oraz 2020/2021 na większości analizowanych stacji pomiarowych charakteryzowały się wyższymi stężeniami pyłu PM₁₀ w stosunku do sezonu poprzedniego i następnego. W tym też okresie wystąpiła największa liczba dni z jakością powietrza powyżej klasy umiarkowanej, czyli ze stężeniem PM₁₀ powyżej 50 µg/m³ (ryc. 9), a także odnotowano najwięcej dni z przekroczeniem poziomu informowania (100 µg/m³) i poziomu alarmowego (150 µg/m³) (tab. 1). W sezonie 2022/2023 w wybranych stacjach pomiarowych woj. kujawsko-pomorskiego nie odnotowano przekroczenia poziomów alertowych.

Ryc. 9. Liczba dni z jakością powietrza powyżej klasy umiarkowanej w okresie grzewczym (od października do marca) w wieloleciu 2013-2023 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Tab. 1. Liczba dni z przekroczeniem poziomu informowania i poziomu alarmowego PM₁₀ w woj. kujawsko-pomorskim w sezonie grzewczym (tj. od października do marca) (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Zmienność stężenia pyłu zawieszonego PM_2,5 w wieloleciu 2013-2022

Groźniejszą frakcją pyłu ze względu na zdrowie człowieka jest pył drobny o średnicy mniejszej od 2,5 µm (PM_2,5). W jego skład wchodzi przede wszystkim sadza oraz inne produkty powstałe w procesach spalania. Tak jak w przypadku PM₁₀, głównym źródłem jego emisji są procesy spalania poza przemysłem, tj. głównie ogrzewanie w sektorze komunalno-bytowym (ryc. 1). Niestety, stanowisk sieci GIOŚ na których wykonywane są pomiary PM_2.5 jest znacznie mniej, niż stanowisk pomiaru PM₁₀.

W ostatniej dekadzie w woj. kujawsko-pomorskim (ryc. 10) występowały przekroczenia rocznej dopuszczalnej normy jakości powietrza dla pyłu zawieszonego PM_2,5 wynoszącej:

• 25 μg/m³ do roku 2019,
• 20 μg/m³ od roku 2020.

Ryc. 10. Średnioroczne stężenie pyłu zawieszonego PM_2,5 w latach 2013-2022 w wybranych stacjach PMŚ w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Niestety roczny poziom pyłu PM_2,5 rekomendowany przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) (tj. 10 µg/m³ do roku 2020 i 5 µg/m³ od 2021 r.), poniżej którego ryzyko wystąpienia negatywnych skutków dla zdrowia ludzi jest minimalne, był i jest przekraczany we wszystkich omawianych stacjach pomiarowych (ryc. 10). Zaostrzenie norm w 2021 r. spowodowało znaczny wzrost liczby dni z przekroczeniami w stosunku do lat poprzednich (ryc. 11). Największa liczba dni z przekroczeniem normy WHO odnotowana została w 2021 r. na stacji komunikacyjnej we Włocławku przy ul. Okrzei (198 dni). W stosunku do lat ubiegłych znaczny spadek liczby dni z przekroczeniem normy WHO odnotowano w roku 2020, co, oprócz uwarunkowań meteorologicznych, może być spowodowane m.in. wprowadzeniem ograniczeń w przemieszczaniu się  związku z pandemią COVID-19, a także zakazem w użytkowaniu paliw złej jakości wprowadzonym w uchwale antysmogowej od 2018 r. i zakazem sprzedaży detalicznej najgorszych jakościowo paliw (od 2018 r. mułów węglowych, flotokoncentratów i ich mieszanek, zaś od 2020 r. węgla brunatnego i mułów węglowych) wynikającym z zapisów Ustawy o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw.

Ryc. 11.  Liczba dni z przekroczeniem normy WHO dla pyłu PM_2,5 (25 µg/m³ do 2020 r, 15 µg/m³ od 2021 r.) w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

W przypadku pyłu PM_2,5 (tak jak i PM₁₀) zauważalny jest charakterystyczny roczny rozkład stężeń zanieczyszczeń (Ryc. 12) – ich wzrost w miesiącach zimowych, gdy następuje wzrost zużycia paliw stałych na cele grzewcze oraz spadek w okresie letnim.

Ryc. 12. Stężenia średniomiesięczne pyłu zawieszonego PM_2,5 w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim  (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Porównując stężenia pyłu PM_2.5 i pyłu PM₁₀ mierzone w tym samym miejscu, możemy stwierdzić, że w różnych miesiącach w ciągu roku ich wzajemny stosunek zmienia się (ryc. 13). W miesiącach chłodnych pył PM_2.5 stanowi nawet 90% pyłu PM₁₀, w miesiącach ciepłych natomiast zawartość PM_2.5 nie przekracza 70%.

Wysoka zawartość pyłu PM_2.5 w pyle PM₁₀ obserwowana w trakcie trwania sezonu grzewczego (jesień – zima) wynika z oddziaływania niskiej emisji (spalanie węgla i drewna na cele grzewcze i podwyższona emisja bardzo drobnych cząstek sadzy). Natomiast, poza sezonem grzewczym (wiosna–lato), stężenie drobniejszego pyłu PM_2.5 utrzymuje się na znacznie niższym poziomie. Wskazuje to na istotny udział grubszych frakcji pyłu PM₁₀, związany z jej wzbogacaniem przez pył mineralny w procesie resuspensji (cyklicznego unoszenia grubych cząstek pyłu z podłoża).

Ryc. 13. Profile średnich miesięcznych stężeń pyłu PM2.5 i PM10 wg danych z lat 2013–2022 (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

W przypadku przebiegów dobowych, podobnie jak w przypadku PM₁₀, można zauważyć dwa okresy charakteryzujące się wyższymi stężeniami niż podczas całej reszty dnia (ryc. 14). Pierwszym z nich są godziny około poranne, drugim godziny około wieczorne. Na stacjach komunikacyjnych główny wpływ na wzrost stężenia ma szczyt komunikacyjny związany z większym spalaniem paliw płynnych podczas transportu. W przypadku stacji tła miejskiego na wzrost stężenia zanieczyszczeń wpływa zwiększone zapotrzebowanie na ciepło, a tym samym wzrost zużycia paliw stałych w urządzeniach grzewczych. Dotyczy to zwłaszcza szczytu wieczornego, który jest wyraźnie wyższy od porannego. Dzieje się tak m.in. ze względu na dłuższy czas naszej aktywności (i zapotrzebowania na ciepło) podczas popołudniowego i wieczornego przebywania w domu.

Ryc. 14.  Przebiegi dobowe pyłu zawieszonego PM_2,5 w wieloleciu 2013-2022 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Przez większość roku w badanym okresie stężenie pyłu zawieszonego PM_2,5 mieściło się w klasie bardzo dobrej oraz dobrej wg Polskiego Indeksu Jakości Powietrza (ryc. 15).

Ryc. 15. Frekwencja występowania dni według odnotowanej klasy jakości powietrza zgodnie z Polskim Indeksem Jakości Powietrza dla pyłu PM_2,5 w wieloleciu 2013-2022 (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Analiza porównawcza sezonów grzewczych w ostatnim 10-leciu wskazuje na ogólny spadek stężenia PM_2,5 w powietrzu na badanym obszarze, co może być efektem m.in. wprowadzenia uchwałami antysmogowymi ograniczeń związanych ze stosowaniem złej jakości paliw (ryc. 16).

* na wykresie nie uwzględniono danych za 2019 r. ze stacji przy ul. Warszawskiej w Bydgoszczy

Ryc. 16. Średnie stężenie pyłu zawieszonego PM_2,5 w sezonie grzewczym (od października do marca) w wieloleciu 2013-2023 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Liczba dni z jakością powietrza powyżej klasy umiarkowanej (czyli ze stężeniem PM_2,5 powyżej 35 µg/m³) w okresie grzewczym w wieloleciu 2013-2023 (ryc. 17) również pokazuje, że najwyższe stężenia PM_2,5 odnotowywane były w sezonie 2016/2017 i 2018/2019.

Ryc. 17. Liczba dni z jakością powietrza powyżej klasy umiarkowanej w okresie grzewczym (od października do marca) w wieloleciu 2013-2023 w woj. kujawsko-pomorskim (źródło: opracowanie własne na podstawie danych GIOŚ).

Niestety, stacje GIOŚ nie dają pełnej informacji o przestrzennym zróżnicowaniu stężeń na obszarze miejscowości. W oparciu o dane z sieci pomiarowej Projektu widać, że stężenia notowane na obszarze miasta mogą znacząco odbiegać od stężeń notowanych na stacji tła GIOŚ.

W Bydgoszczy na obu stacjach GIOŚ w sezonie 2021/2022 (ryc. 17) odnotowano po 4 dni z jakością powietrza powyżej klasy umiarkowanej, w sezonie 2022/2023 takich dni nie odnotowano. Dane z Sieci pomiarowej projektu wskazują tych dni znacznie więcej (ryc. 18).

Ryc. 18. Liczba dni z dostateczną, złą i bardzo złą jakoscią powietrza na stanowiskach sieci pomiarowej projektu LIFE-MAPPINGAIR/PL w sezonie chłodnym (X-IV) 2021/2022 i 2022/2023.

Przebieg średnich dobowych stężeń PM_2,5 na stanowiskach sieci pomiarowej Projektu (ryc. 19 i 20) potwierdza wpływ warunków meteorologicznych (temperatury powietrza) – znaczny wzrost stężenia pyłu przy spadku temperatury poniżej 0⁰C. Potwierdza to tym samym wpływ ogrzewania mieszkań urządzeniami na paliwa stałe, gdy w trakcie spalania węgla czy drewna do powietrza emitowane są zanieczyszczenia m.in. w postaci pyłu.

Ryc. 19. Przebieg średnich domowych stężeń PM_2,5 na stanowiskach sieci pomiarowej LIFE-MAPPINGAIR/PL na tle średniej dobowej temperatury powietrza w okresie zimowym (XII-II) 2021/2022.

Ryc. 20. Przebieg średnich domowych stężeń PM_2,5 na stanowiskach sieci pomiarowej LIFE-MAPPINGAIR/PL na tle średniej dobowej temperatury powietrza w okresie zimowym (XII-II) 2022/2023.

Czy dotychczas wprowadzone ograniczenia i działania edukacyjne przynoszą pożądane efekty?

Analiza dostępnych danych za lata 2013–2022 dla stacji pomiarowych zlokalizowanych na obszarze woj. kujawsko-pomorskiego wskazuje na poprawę jakości powietrza na stacjach GIOŚ. Utrzymująca się w ostatnim 10-leciu tendencja spadkowa średniodobowej zawartości pyłu zawieszonego w powietrzu w sezonie grzewczym może świadczyć m.in. o skutecznej kampanii edukacyjnej skierowanej w stronę mieszkańców oraz realizacji wymiany pieców zasilanych paliwami stałymi, a także ograniczeniem spalania paliw złej jakości. Pomimo zmniejszonej ilości przypadków przekroczenia polskiej normy w zakresie średniorocznego stężenia pyłu PM₁₀ i PM_2,5 w ostatnich latach warto pamiętać, że norma określona przez Światową Organizację Zdrowia jest niezmiennie przekraczana w znacznym stopniu i potrzeba dalszych działań, by to zmienić.

Niestety analizując stężenia pyłu zawieszonego lokalnie (ryc. 21), sytuacja nie wygląda już tak optymistycznie. Większa liczba czujników (w tym tych zainstalowanych w ramach Projektu) pozwala ocenić jakość powietrza na większym terenie i wskazać miejsca, gdzie istotne jest wdrożenie działań ograniczających emisję. Na przykładzie zainstalowanej sieci czujników w Mieście Bydgoszcz, interwencji wymagają głównie osiedla Miedzyń i Stary Fordon, czyli tam, gdzie w znacznym stopniu do ogrzewania wykorzystuje się jeszcze urządzenia grzewcze na paliwa stałe.

Ryc. 21. Liczba dni z wystąpieniem dostatecznej, złej i bardzo złej jakości powietrza w Bydgoszczy na stanowiskach sieci pomiarowej projektu LIFE-MAPPINGAIR/PL w sezonie chłodnym (X-IV) 2021/2022 i 2022/2023.

[1] Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 8 października 2019 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz. U. 2019 poz. 1931).