Vladimír Kočí Ústav chemie ochrany prostředí VŠCHT Praha

Vladimír Kočí Ústav chemie ochrany prostředí VŠCHT Praha Podklady k přednáškám z předmětu Environmentální dopady Posuzování životního cyklu. 1 Nepříznivým důsledkem nadměrné spotřeby surovin je především jejich potenciální nedostatek v budoucnu. Kčerpání surovin se často negativně přidružují environmentální dopady těžby a přidružených operací. Tyto činnosti ovšem nemohou být logicky zahrnovány do dopadů kategorie spotřeby surovin, ale do dopadů dalších ovlivněných kategorií. U obnovitelných surovin se kmožnému vyčerpání suroviny přidružují i další následné nepříznivé environmentální dopady jako je pokles kvality ekosystémů, vyhynutí dalších organismů a podobně. 2 1

Suroviny dělíme na obnovitelné a neobnovitelné, a na biotické a abiotické. Obnovitelnýmizdroji rozumíme takové, které se zhorizontu lidského života dostatečně rychle obnovují. Příkladem může být zdroj pitné vody, populace ryb, dřevo apod. Fosilní paliva jsou sice biologického původu a tudíž obnovitelné, jejich vznik je ovšem tak dlouhodobý, že je řadíme k surovinám neobnovitelným, abiotickým. 3 Při využívání obnovitelných zdrojů je důležitá rovnováha mezi jejich čerpáním a rychlostí obnovy. Dojde-li krychlejšímu čerpání než je přirozená obnova, má to nepříznivé důsledky. Vmnoha částech světa dnes dochází krychlejšímu vyčerpávání obnovitelných zdrojů smožnými nezvratnými důsledky pro budoucí generace. Dojde-li kúplnému vyčerpání obnovitelného zdroje, může dojít ke ztrátě jeho obnovitelnosti. 4 2

Lesy jsou káceny bez obnovy do původní úrovně biodiversity; (Historickým příkladem může být vykácení lesních porostů ve Středomoří) intenzivní zemědělství způsobuje ochuzování půdy a pokles množství humusu; zdroje podzemní vody jsou vyčerpávány rychleji než odpovídá jejich vydatnosti, důsledkem je penetrace slané vody vpobřežních oblastech či průniky lokálního znečištění. snižování rybích populací. 5 Místem úbytku surovin je zpřírodního hlediska celá Země, ze socioekonomického pohledu pak globální trh. 6 3

Základním faktorem úbytku surovin je jejich zásobaa dostupnost, rychlost spotřeby a rychlost znovu-obnovy zdrojů. Důležitým faktorem při posuzování účelnosti intenzity využívání biotických surovin je poměr mezi rychlostí využívání a rychlostí přirozené znovu-obnovy. 7 Za neobnovitelné abiotické suroviny, považujeme uložené (deponované) materiály jako jsou rudy Ropa zemní plyn. Mezi obnovitelné zdrojeřadíme vrelativně krátkém časovém horizontu obnovitelné abiotické zdroje jako je podzemní voda zemědělská půda biotické zdroje. 8 4

Biotické zdrojejsou zpravidla obnovitelné vzávislosti na biologických cyklech. Jedná se o využívání rostlinné a živočišné biomasy. Jako nejpalčivější příklady si uveďme kácení tropických pralesů lov kytovců lov šelem nešetrné rybářské praktiky. Za klíčové abiotické zdroje lze považovat zdroje pitné vody, ropu a zemní plyn, rudy kovů. Za specifický typ surovin považujeme energetické či materiálové toky, které jsou obnovovány dle svých konkrétních zákonitostí, ale vpřímé závislosti na svém zdroji. Sem počítáme například větrnou či sluneční energii. 9 Omezená dostupnost surovinových zdrojů může vbudoucnosti vést k zvyšování mezinárodního napětí. Bude nutné více využívat obnovitelné zdroje energie jako jsou sluneční či větrná energie. Používání nových materiálů bude muset být omezeno s posílením recyklace. 10 5

Vmnoha regionech světa dochází kmasivnímu kácení lesních porostů. VEvropě došlo vvýraznému kácení lesů během posledních 1000 let. Na dálném východě a vlatinské Americe probíhá intenzivní kácení v posledních desetiletích. Důsledky masivního kácení tropických pralesů mohou ve svém důsledku mít i regionální až globální efekt. Základní dopady kácení lesů jsou: úbytek přirozeného prostředí mnoha živočichů a rostlin, vymírání druhů; ztráta estetických a kulturních hodnot krajiny; půdní eroze narušení vodního režimu krajiny, nedostatek pitné vody, povodně; úbytek úživnosti půdy (zejména tropické oblasti). 11 12 6

Těžba vybraných neobnovitelných přírodních zdrojů (mil. tun) (uran v tunách), ČR, 1990-2003. 1990 1995 2000 2001 2002 2003 Černé uhlí 30,71 21,31 17,03 14,83 14,1 13,4 Hnědé uhlí 78,39 57,95 50,61 51,04 48,83 49,9 Kaolin 3,46 2,8 5,57 5,54 3,65 4,2 Stavební kámen 44,52 25,92 27,3 28,2 28,08 32,3 Štěrkopísky 41,43 24,6 22,75 21,75 21,71 23,2 Uran (t) 2243 611 498 490 477 360 13 Indikátormkategorieje snižování zásob suroviny vpoměru kjejí roční spotřebě. Charakterizačním faktoremspotřeby surovin je potenciál úbytku surovin ADP(AbioticDepletitionPotential). Jedná se o poměr mezi množstvím spotřebované suroviny ike globální zásobě této suroviny. Pro potřeby porovnávání různých surovin se za vztažnou referenční látku volí antimon Sb. Charakterizační faktoradp látky ije definován následujícím vztahem, kde R je celková zásoba zdroje (kg) a DRje rychlost těžby suroviny (kg.rok-1). 14 7

Látka ADP, kg(sb-eq)/kg Al 1E-08 As 9,17E-03 Au 89,5 Ca 7,08E-10 Cl 4,86E-08 Cr 8,58E-04 Fe 8,43E-08 He 148 Hg 0,495 Na 8,24E-11 Pb 0,0135 Pt 1,29 Sb 1 Zn 9,92E-04 Černé uhlí 0,0134 Fosilní energie 4,81E-04 kg(sb-eq)/mj Hnědé uhlí 0,00671 Ropa 0,0201 Zemní plyn 0,0187 kg(sb-eq)/m 3 15 Za charakterizační faktor biotických zdrojů byl stejným způsobem navržen BDP, kde za referenční surovinu byl zvolenslon africký Loxodontaafricana,jež se do výpočtu může použít buď jako počet jednotek, nebo váha v kg. Dosud ovšem nebyl tento charakterizační faktor všeobecně přijat a nejsou k dispozici tabelované hodnoty. 16 8

Výsledek indikátorudopadu pro kategorii spotřeby surovin ADse vypočítá pro i látek odebraných ze životního prostředí v r tocích. ADPije tabelovaný potenciál úbytku abiotických zdrojů látky i; mije množství látky i vtoku r. Výsledek indikátorukategorie je vyjádřen vjednotkách kg antimonového ekvivalentu, kg(sb-eq). Obdobným způsobem by se vypočítával i výsledekindikátoru úbytku biotických zdrojů BD. 17 Normalizace spotřeby surovin se provádí vzhledem kprůměrné spotřebě dané suroviny vztažené na jednoho obyvatele ve zvoleném referenčním roce. Pro výpočet se nepoužívá celková těžba dané suroviny z přírody, ale celkové její využití ve výrobě. Do výroby totiž vstupují i recyklované suroviny a suroviny ze zásob. Tato hodnota je tedy reprezentativnější. Následující vztah definuje normalizaci spotřeby suroviny i,kde RCije množství suroviny spotřebované během celého životního cyklu produktu (tj. celková spotřeba produktového systému vztaženého na funkční jednotku po dobu T roků), RRi(1990) je globální spotřeba suroviny ivztažená na jednoho obyvatele a referenční rok 1990, T je doba životního cyklu funkční jednotky vrocích. 18 9

Surovina Spotřeba na osobu, kg.osoba -1.rok -1 Ropa 592 Uhlí 574 Hnědé uhlí 254 Zemní plyn, m 3 382 Železo 103 Hliník 3,4 Zinek 1,4 Měď 1,7 Nikl 0,18 Mangan 1,8 Olovo 0,64 Cín 0,04 Dřevo, m 3 0,65 Voda, m 3 612 19 Váhový faktorpro spotřebovávání surovin musí odrážet vzácnost dané suroviny vzhledem k rychlosti její spotřeby. Je třeba dát do vztahu známé světové zásoby kroční spotřebě. Tomu se říká zásobovací perspektiva(supplyhorizon, SH). U neobnovitelných zdrojů se zásobovací perspektivarovná počtu roků, na které při současném tempu spotřeby (annualconsumption, AC) budou stačit globální zásoby (global resources, GR). U obnovitelných zdrojů lze roční spotřebu snížit o obnovené množství (annual regeneration, AR). 20 10

Převrácená hodnota zásobovací perspektivypředstavuje váhový faktor spotřeby surovin. 21 množství energie (MJ) potřebné k získání dané suroviny v budoucnosti Vychází se zpředpokladu, že lidé vždy vprvé řadě využívají dostupnější zdroje surovin. Vpřípadě, že jsou tyto dostupné zdroje vyčerpány, pokračují sčerpáním surovin hůře dostupných a tudíž vyžadujících pro své získání větší množství energie. Každá současná spotřeba suroviny vede vbudoucnosti kezvýšení energetické náročnosti získání stejného množství suroviny. 22 11

23 Kategorie dopadu využívání krajiny patří mezi nejnovější témata v LCA. Mnoho otázek souvisejících saplikací této dopadové kategorii v praxi dosud nebylo vyřešeno. Nastiňme si alespoň základní principy kategorie. Přeměna volné krajiny vkrajinu využívanou ať již zemědělsky, lesnicky, průmyslově či urbanisticky představuje úbytek či fragmentaci volné přírody původních lesů, mokřadů, meandrů řek, remízků a podobně. Úbytek přirozeného prostředí vede ke snižování biodiversity. Při vyžívání krajiny se často hovoří o tzv. ekologické stopě. 24 12

Ekologická stopadefinované populace (jednotlivec, město, stát...) je celková plocha ekologicky produktivní země a vodní plochy, využívaná výhradně k zajištění zdrojů a asimilaci odpadů produkovaných danou populací. 25 Přeměna krajiny: změny v kvalitě krajiny, změny biodiversity a schopnosti být nositelkou života Zábor krajiny: využití krajiny jako prostorového zdroje, zábor krajiny pro účely lidských aktivit; vztahuje se na prostor a dobu užívání. 26 13

Pro znázornění dopadů na krajinu se používají diagramy závislosti kvality krajiny (kvalita bývá definována různě) na čase. 27 Přeměna krajiny je míra změny vúrovni biodiversitya ve schopnostech krajiny být nositelkou života. Porovnává se stav krajiny před (t1) a po lidské aktivitě (t3). Lidská aktivita vkrajině zpravidla na začátku (t1) sníží úroveň kvality krajiny z původní hodnoty A na hodnotu B. Po ukončení přímého lidského vlivu (t2) nastává fáze obnovy krajiny, ať již snebo bez pomoci člověka a po určitém čase (t3) se úroveň kvality krajiny ustaví na hodnotě C. 28 14

29 Úroveň kvality krajiny v sobě zahrnuje jak množství a diversitu rostlinných, živočišných a bakteriálních druhů, ale i bohatství nerostných materiálů a estetických a kulturních funkcí krajiny. Rozdíl mezí úrovní A ac je považován za úbytek kvality krajiny způsobený lidskou aktivitou, jedná se o kategorii dopadu přeměna krajiny. Přeměna krajiny se vyjadřuje vjednotkách kvality krajiny plocha. Jelikož kvalita krajiny bývá vyjadřována různě, ale většinou bez jednotky, vyjadřuje se přeměna krajiny vjednotkách m 2. 30 15

Zábor krajinyje kategorií dopadu vyjadřující míru nevyužitelnosti krajiny pro jiné lidské aktivity vdůsledku aktivity předešlé nebo dosud trvající. Zábor krajiny vsobě zahrnuje jak pokles kvality krajiny během vlastní činnosti (t1 t2), tak i dobu potřebnou kustanovení nového rovnovážného stavu (t3). Míra obsazení krajiny se vyjadřuje jako součin kvality krajiny plochy doba. Jednotkou tudíž je m 2 rok. Často se zde používají ekonomická hlediska vyjádření hodnoty plochy krajiny. 31 32 16

Problematické je zapojení přeměny krajiny do fáze inventarizace. Je poměrně obtížné provést alokaci přeměny krajiny (jak alokovat výnosy znově vytvořených polí, jak alokovat využití nově vybudované silnice). Základním úkolem je přiřazení využívání krajiny kfunkční jednotce, což bývá kontroverzní. Jsou-li dostupná data, jako například v Nizozemí, lze alokaci provést: Během určitého desetiletého období bylo 8.107 m2 zemědělské půdy přeměněno na 9500 km silnic. Během stejné doby narostla intenzita dopravy o 16.109 auto-km a 5,2.109 tuna-km. Využití krajiny lze pak vztáhnout a alokovat na ujetý km, případně na hmotnost nákladu přepraveného na určitou vzdálenost. 33 Zábor krajiny se dá poněkud snadněji alokovat než přeměna krajiny. Ročně využívaná plocha je zpravidla dostupná hodnota. Hodnota krajiny se dá poměrně dobře vyjádřit cenou, jedná se tedy o ekonomické hledisko. To lze poměrně dobře přiřadit k funkční jednotce. Dosud ne zcela sjednocenou otázkou je vytvoření konzistentní vazby využívání krajiny sdalšími kategoriemi dopadu, například při normalizaci. 34 17

do značné míry společné kategorie dopadu: Biodiverzita(angl. biodiversity) Pokles životadárných funkcí krajiny (angl. lossoflife support functions) 35 Endpointovákategorie Pokles biodiverzity = úbytek biologických druhů a snižování pestrosti ekosystémů Důsledek působení toxických látek nevhodného využívání krajiny globálního oteplování úbytku stratosférického ozónu rušení přirozeného klidu organismů například zvýšeným pohybem osob, hlukem či dalšími intervenčními zásahy Každý ekosystém, který je méně diverzifikován je náchylnější k dalšímu poškození a vytržení z rovnováhy. Uhynulé druhy: http://extinctanimals.petermaas.nl/ 36 18

Využívání krajiny jako zdroje biomasy (zemědělství, lesnictví) Indikátorem životadárné funkce krajiny je produkce biomasy, vyjádřena jako sušina rostlinné hmoty, respektive primární produkce NPP(angl. net primary production) Někteří autoři do NPPzapočítávají všechny biologické druhy přítomné v dané lokalitě Zjištění reálných hodnot NPPje pak ovšem velmi nejisté. Případně: nezapočítává se do produkce krajiny biomasa odebraná pro lidské potřeby. Produkce se pak vyjadřuje jako volná primární produkce fnpp(angl. free net primary production). 37 Indikátor kategorie dopadu biodiverzita: počet a hustota biologických druhů α počet ekosystémů případně množství genetické informace. Pro praktické účely se míra biodiverzity vyjadřuje pouze počtem rostlinných druhů na m 2. 38 19

Indikátorem životadárné funkce krajiny je produkce biomasy, vyjádřena jako sušina rostlinné hmoty, respektive primární produkcenpp(angl. netprimaryproduction) vyjádřena jako volná primární produkce fnpp 39 Princip výpočtu výsledku indikátoru kategorie dopadu V LU spočívá vsoučtu podílu nároků na krajinu všech jednotkových procesů výrobkového systému. Každý jednotkový proces představuje určitý zásah do krajiny. Po alokaci typu zásahu kproduktovému systému a po vztažení kfunkční jednotce lze obecně určit V LU takto: 40 20

Kvýše uvedeným kategoriím dopadu lze připočíst několik dalších, které se zatím do studií LCA zapojují pouze ve specifických případech. Jedná se o kategorie, které dosud nebyly plně validovány, ale jejichž rozvoj se očekává. Jedná se především o následující kategorie dopadu: Hluk Ionizační záření Odpadní teplo Produkce odpadů Zápach Jedná se o kategorie vněkterých studiích LCA zařazené do jiných kategorií dopadu. Například zápach či hluk může být hodnocen jako humánní toxicita, odpadní teplo jako ekotoxicita. 41 Dosud se o zamoření životního prostředí hlukem hovoří poměrně zřídka. Ukazuje se však, že zvýšená hladina hluku má nepříznivý vliv na zdraví lidské populace. Nepříznivé dopady hluku na živočichy byly rovněž pozorovány. Mezi nejznámější patří zamoření moří hlukem zlodní dopravy, kdy dochází k narušení orientace ryb a kytovců. Hluk uvádí živočichy do stresového chování, brání jim ve vyhledávání kořisti či naopak ve včasném zaznamenání predátora. 42 21

Za jednotku kategoriedopadu hluk se volí Pa 2.s -1. Jednotlivé zdroje hluku nejsou mezi sebou rozlišovány. Všem typům zvuků se přiděluje charakterizační faktor1 a výsledek kategoriedopadu hluk Gje suma množství hluku ze všech zdrojů. V budoucnu lze očekávat intenzivnější začlenění hluku do LCA. Více informací o vývoji zamoření prostředí hlukem lze nalézt na portálu Evropské agentury pro ochranu životního prostředí: http://themes.eea.eu.int/ims/overviews/csi_key_messages 43 Ionizační záření, neboli radiace (radioaktivita), zahrnuje nepříznivé dopady uvolňování radioaktivních látek do životního prostředí a také přímou expozici radiačnímu záření, například ve stavebních materiálech. Ionizační záření je škodlivé jak pro lidi, tak pro živou přírodu. Ionizační záření poškozuje i materiály a případně surovinové zdroje. 44 22

Jednotkou ionizačního záření je Bqodpovídající rozpadu 1 atomu za sekundu. Radioaktivita materiálů je vztažena na jejich hmotnostnebo objem. Uvolňovaná radiační energie je absorbována cílovým příjemcem materiálem nebo tkání. Energie absorbovaná materiálem či tkání vztažená na hmotnost se nazývá absorbovaná dávka. 45 Existují následující typy ionizačního záření: α, β, γ, neutronová radiace (n) a rentgenové paprsky (X). Různé typy záření mají různě intenzivní dopady na živé tkáně. Míru škodlivosti jednotlivých typů záření vyjadřuje tzv. faktor kvality záření. Součet všech dávek záření přijatých tkání vynásobený faktorem kvality se označuje v jednotce sievert(sv). Typ záření α β γ n X Faktor kvality 20 1 1 10 1 46 23

V kategorii dopadu ionizační záření hrají roli dva typy emisních toků: emise radioaktivních materiálů do prostředí přímá radiace do prostředí, nevázanou na konkrétní uvolňování radionuklidů(např. stavební materiály). Doporučeným způsobem výpočtu výsledku kategorie dopadu radiace je použití faktorů poškození DFjednotlivých látek jako charakterizačního faktoru. 47 48 24

Výsledkem indikátoru kategorie dopadu radiace je R s jednotkou rok a i,e-comp představuje radiační aktivitu látky i emitované do složky prostředí e-comp. Hodnoty DF jsou určené pro dopady záření na člověka. Jelikož se nedá očekávat určení DF pro ostatní biotu, doporučuje se používání těchto faktorů jako charakterizační. 49 Látka DF vzduch r.kbq -1 DF voda r.kbq -1 DF mořská voda r.kbq -1 C-14 2,10E-07-1,2E-09 Cs-134 1,2E-08 1,4E-07 7,9E-08 Cs-137 1,3E-08 1,7E-07 7,9E-08 Co-58 4,3E-10 4,1E-11 - Co-60 1,6E-08 4,4E-08 3,9E-10 Ra-226 9,1E-10 1,3E-10 - Rn-222 2,4E-11 - - Th-230 4,5E-08 - - U-238 8,2E-09 2,3E-09 2,3E-11 50 25

Odpadní teplo lokálně zvyšuje teplotu prostředí. Jedná se například o města, řeky, jezera. Zvýšení teploty emisemi do vzduchu je zanedbatelné, zatímco lokální zvýšení teploty povrchových vod teplými emisemi má výrazný vliv na funkci ekosystémů. Ve většině pracích se odpadní teplo pro účely LCA neuvádí. 51 Je-li to však vzájmu studie, porovnávají se množství emisí tepla do vodního prostředí, zatímco emise tepla do atmosféry se zanedbávají. Za jednotku emitovaného tepla se volí MJ. Charakterizační faktorpro emise tepla do vody je u všech zdrojů stejný (je jen jedno teplo) a rovná se 1. Jelikož emise tepla do atmosféry se zanedbávají, je všem zdrojům tepla do vzduchu přidělen charakterizační faktor 0. 52 26

53 Reakce osob na zápach je vysoce individuální. Ztohoto důvodu je obtížné definovat hranici mezi zapáchající emisí a nezapáchající. Objektivní míra zápachu neexistuje. Emise zapáchajících látek jsou rozděleny na emise do vzduchu a do vody. Indikátorem kategoriezápachu je objem vzduchu (vody) potřebný knaředění emisí na práh vnímání OTV(Heijungsetal., 1992). Hovoříme zde o tzv. kritickém objemu. Výsledek indikátorukategorie Z f-comp pro remisních toků ilátek o množství m do vzduchu a vody se vypočítává zvlášť: 54 27

Jelikož zápach není ve srovnání sostatními kategoriemi dopadu tak významná kategorie, zahrnují někteří autoři zápach do kategorie humánní toxicity. Příklady charakterizačních faktorů vybraných látek pro kategorii dopadu zápach kdy e-compje vzduch. Látka 1,1,1- trichlorethan Acetaldehyd Aceton 1/OTV m 3.kg -1 1,89E+05 3,7E+09 1,39E+4 Čpavek 1E+06 Ethanol Kyselina octová Pyridin Sirovodík Sirouhlík 1,56E+06 1,6E+07 8,33E+06 2,33E+09 5,56E+06 55 V opodstatněných případech se v inventarizaci LCA posuzuje i množství odpadu, zejména velkoobjemového například použitý stavební materiál, hlušina apod. Většinou jsou však odpadní látky zahrnuty do jiných kategorií dopadu. 56 28