Elektrotechnická výroba a životní prostředí 1
Elektrotechnická výroba Negativní dopad na životní prostředí mají některé materiály i technologie aplikované v elektrotechnické výrobě: Většina klasických elektrotechnických technologií byla vyvinuta v období, kdy se hledělo na zajištění funkčnosti. V některých případech je sice ekologická závadnost evidentní, ale volba vhodné náhrady je obtížná. Pro elektrotechnickou výrobu je charakteristická různorodost používaných materiálů a rozmanitost technologií, kterými jsou tyto materiály zpracovávány. 2
3
Terminologie Toxické látky: Latentní dávka je takové množství škodlivé látky, které způsobí smrt určitého počtu pokusných zvířat, kterým se látka aplikovala za přesně určených podmínek. Největší přípustnou koncentraci (NPK), tj. koncentrace, která nezpůsobuje v organizmu nepříznivé reakce. Podle účinku se toxické látky dělí na látky: látky s účinky všeobecnými (poškozování životních orgánů) systémovými (poškozování vybraných orgánů) dráždivými (poleptání pokožky) dusivými (blokování krevního barviva) 4
látky poškozující centrální nervový systém neurovegetativní systém Karcinogenní látky: vyvolávají nádory zhoubné (maligní) nezhoubné (benigní) Těžké kovy: Prvky s hustotou vyšší než 5 g.cm -3. Tvoří skupinu asi 40 prvků, které se souhrnně označují jako kovy toxické. V nízkých koncentracích jsou nezbytné pro životní pochody. Ve vyšších koncentracích se projevuje jejich toxicita. 5
Elektrotechnické materiály Vybrané látky Azbest je název pro skupinu šesti různých vláknitých minerálů které se přirozeně vyskytují v přírodě. Chryzotil Krocidolit 6
Použití Azbestocementová krytina na střechách, v budovách jako součást žáruvzdorné izolace, vysokotlaké desky, těsnění k součástem strojů pracujících za vysokých teplot nebo s obsahem leptavých látek, brzdové obložení, těsnění a izolace v letadlech, lodích, lokomotivách, starších automobilech, tramvajích, vodovodní a kanalizační potrubí apod. Vliv na zdraví Azbestová vlákna se dostávají s vdechovaným vzduchem až do plicních sklípků. Onemocnění z azbestu obvykle vznikají po dlouhé době od prvního kontaktu s azbestem. Mohou vzniknout tedy i v době, kdy dotyčný s azbestem již řadu let nepracuje. 7
Fenoly Fenoly jsou jak přirozeně se vyskytující, tak uměle vyráběné chemikálie. Fenoly řadíme do skupiny těkavých organických látek. Použití Fenol je hlavní chemický meziprodukt, používaný ve výrobě fenolových pryskyřic a chemických vláken. Vliv na zdraví Nadměrné působení fenolu může způsobit poškození mozku, zažívacího traktu, očí, srdce, ledvin, jater, plic, periferních nervů, pokožky a nenarozených dětí. Fenol může také způsobit genetické poruchy. 8
Formaldehyd Formaldehyd je bezbarvý hořlavý plyn s pronikavým dusivým zápachem. Použití Jedním z nejběžnějších použití je v průmyslových lepidlech, pryskyřicích a pěnách. Vliv na zdraví Jako VOC se může podílet na reakcích s jinými znečišťujícími látkami za vzniku přízemního ozonu, který může být škodlivý pro plodiny a materiály, ale může také mít potenciální škodlivé následky pro lidské zdraví. 9
Fluorid sírový (SF 6 ) Fluorid sírový je netoxický plyn bez barvy a bez zápachu, chemicky velmi stálý a inertní. Použití Největší využití fluoridu sírového je v elektrotechnice. Používá jako kapalné dielektrikum v transformátorech a ve spínacích zařízeních. Vzhledem k jeho netečnosti se používá při tavení hořčíku. Menší použití je také ve výrobě polovodičů. Vliv na zdraví Skleníkový plynu. 10
Chrom Je tvrdý, ocelově šedý kov, s vysokým leskem. Má tři hlavní formy mocenství kovový chrom (0), trojmocný chrom (III) a šestimocný chrom (VI). Použití Kovový chrom je nezbytný jako zušlechťovací prvek v nerezové oceli. Šestimocný chrom v PKO. Vliv na zdraví Sloučeniny šestimocného chrómu (VI) jsou toxické a jsou snadno absorbovány biologickými systémy. Nadměrné působení sloučenin šestimocného chrómu (VI) může vést k poškození zdraví a může způsobit rakovinu. 11
Kadmium Těžký kov. V přírodě se kadmium nachází téměř vždy v kombinaci s jinými prvky, obvykle se extrahuje ze zinkových, olověných a měděných rud. Použití Používá pro ochranné protikorozní pokovování, v niklkadmiových bateriích, při výrobě pigmentů a stabilizátorů umělých hmot, v ložiscích a ve slitinách s nízkým bodem tání. Vliv na zdraví Nadměrné působení kadmia a jeho sloučenin může vyvolat rakovinu a představuje ohrožení lidského zdraví, obzvláště ledvin a kostí. 12
Měď Načervenalý kov. Taje při teplotě 1083 C. Je dokonale kujná a je dobrým vodičem tepla i elektřiny. Pokud jde o elektrickou vodivost, pouze stříbro je lepším vodičem. Použití Měď se využívá v elektronických a elektrických zařízeních, ve výměnících tepla a v motorech a dalších. Vliv na zdraví Nadměrné působení mědi a jejích sloučenin může mít nepříznivý zdravotní vliv na zažívací trakt, oči, ledviny, játra, plíce a nos. 13
Olovo Olovo je namodrale bílý kov s vysokou měrnou hmotností, velmi měkký, vysoce kujný, poddajný a je poměrně špatným vodičem elektrického proudu. Olovo je velmi odolné vůči korozi Použití Hlavní oblastí použití olova jsou olověné akumulátory. Je součástí pájek. Vliv na zdraví Nadměrné působení olova a některých z jeho sloučenin může způsobit poškození mozku. 14
PCB Organická látka, u nichž jsou vodíkové atomy na bifenylovém skeletu nahrazeny v různé míře atomy chloru. Počet atomů chloru v molekule PCB může být v rozmezí 1-10. Podle různých poloh umístění těchto atomů tak může teoreticky existovat 209 izomerů (kongenerů) PCB. V průmyslově vyráběných směsích PCBs převládaly pouze některé kongenery a jejich zastoupení často udávalo charakter, a tedy i použití daného výrobku na bázi PCB. 15
16
Vlastnosti PCB Termostabilita Nehořlavost a nevznětlivost Chemická inertnost (odolnost vůči kyselinám a zásadám, vůči oxidaci i redukci) Nekorozivnost Malá těkavost Dobrá schopnost elektroizolace (vysoký elektrický odpor) Výborné teplonosné vlastnosti Výborná mísitelnost s organickými rozpouštědly (lipofilita) Relativní molekulová hmotnost: M = 188-494 Bod tání 34 C Bod varu 260-450 C 17
Použití PBC Dielektrický olej v transformátorech kondenzátorech, Teplonosné médium, Přísada do barev, Bezkarbonový kopírovací papír Zhášecí prostředek v umělých hmotách. 18
Historie PCB ve světě 1881 - synthetisovány první polychlorované bifenyly (Schmidt a Schultz 1881) 1929 - zahájení průmyslové výroby PCBs (Monsanto Chemical Company, USA) 1936 - zjištěny příznaky intoxikace PCBs z profesionální expozice, byl stanoven tzv. workplace threshold limit 1966 - PCBs prokázány jako globální kontaminanty ekosystému (Jensen, Balt, Švédsko) 1968 - otrava více než tisíce lidí kontaminovaným rýžovým olejem (tzv. "Yusho" intoxikace, Japonsko) 1971 - Monsanto dobrovolně omezuje distribuci výrobků na bázi PCBs (dodává PCBs pouze pro kontrolovatelné aplikace) 19
1973 - stanovena pracovní skupina při WHO, zabývající se výlučně PCBs, navrženo omezit používání PCBs na nejmenší nutnou míru. Řada OECD zemí omezuje výrobu, prodej a používání směsí PCBs (zvláště jejich používání jako dielektrika) 1976 - Kongres USA zakázal výrobu, zpracování, distribuci a používání PCBs s vyjímkou úplně uzavřených systémů (elektrické transformátory, elektromagnety, kondenzátory) 1978 - používání PCBs omezeno ve většině vyspělých průmyslových zemí pouze na uzavřené systémy (i to ovšem zahrnuje přes 2,8 miliónů kondenzátorů a více než 150 000 transformátorů) 20
1983 - německá firma Bayer dobrovolně zastavila výrobu PCBs 1987 - zákaz všech nových aplikací PCBs v 24 zemích OECD, řešeny problémy spjaté s náhradou stávajících PCBs a zajištěním vhodných způsobů likvidace 21
Historie PCB v ČR 1959 - zahájení výroby PCBs (Chemko Strážské, n.p) vyrobeno pro n.p. Barvy a laky prvních 3000 kg výrobků s názvem Delor 106 1967 - zahájena produkce Deloru 103 pro použití v elektronice 1968 - sortiment obohacen o Delor 105, používaný jako chladící náplň pro vysokonapěťové transformátory 1974 - dosud vyrobeno 6,2 milionů kg technických směsí 1975 - modernizace výroby v Chemku: vzestup roční produkce na 2 miliony kg technických směsí Delorů 1981 - první požadavek na zastavení výroby v Chemku - PCBs začínají být sledovány v rámci veterinární služby 1983 - pozastavení exportu šunek do USA pro vysoký obsah PCBs kontrola zemědělských podniků produkující jatečná prasata v oblastech exportních masokombinátů (Planá n. L., Studená, Vamberk) 22
1984 - výroba PCB sv Chemku Strážském definitivně zastavena (1. ledna) dle směrnice ministerstva zdravotnictví (Hygienické předpisy svazek 56/1984, poř.č.64) PCBs zařazeny mezi podezřelé chemické karcinogeny 1985 - ukončena výroba kondenzátorů v ZES Žamberk - zaznamenána vysoká kontaminace PCBs v okrese Uherské Hradiště - v rámci "Programu detekce a prevence cizorodých látek v krmivech, potravinách a surovinách živočišného původu, lovné zvěři a bioindikátorech" dochází k rozšíření kontroly PCBs na jiné komodity (mléko a výrobky pro kojeneckou a dětskou výživu) 23
1986 - ukončena výroba a distribuce nátěrových hmot obsahujících PCBs v n.p.barvy a laky Praha (31.března) - únik topného oleje (Delotherm DH) z obalovny drti v Rožmitálu pod Tremšínem (kontaminace spodních a povrchových vod v celé lokalitě: Skalice-Orlík) 1987 - zaznamenány první nálezy PCBs v mléce a mase krav z JZD Liblice, Mělník (duben) stanoveny maximální přípustné limity reziduí PCBs pro tento podnik: 0,5 mg.kg-1 tuku pro mléko a 1,5 mg.kg-1 pro maso a masné výrobky - proběhla celostátní akce kontroly finálních výrobků mlékárenského průmyslu - vydán příkaz ministerstva zemědělství a výživy k ochraně potravin a krmiv před PCBs čj. 2957/87-110 (listopad) 24
1988 - vydán zákaz konzumace ryb v celé délce toku řeky Skalice a na Orlické přehradní nádrži v důsledku ekologické havárie v roce 1986 - provedena celostátní inventarizace materiálů, zařízení, nespotřebovaných nátěro-vých hmot a odpadů obsahujících PCB na území ČSSR (13 miliónů kilogramů) 1989 - zastavena výroba ostatních produktů na bázi PCB - každý čtvrtý velkokapacitní chov v ČR překračuje hygienickou normu 0,5 mg.kg-1 1990 - snížení maximálního přípustného limitu PCB na: 0,3 mg.kg-1 tuku pro mléko, mléčné výrobky a máslo (tj. pro finální výrobek); 0,7 mg.kg-1 tuku pro maso vepřové a 1,5 mg.kg-1 tuku pro maso hovězí (31.ledna) 25
Vliv na zdraví Nadměrné působení PCB může ohrozit mozek, oči, srdce, imunitní systém, ledviny, játra, rozmnožovací orgány, rakovinu. V současné době platí hodnota tolerovatelného denního přívodu (TDI, tj. každodenní tolerovaná dávka po dobu celého života jedince) pro TCDD (nebo I-TEQ TCDD) ve výši 1-4 pg / kg tělesné hmotnosti osoby. Běžná hodnota zátěže v industrializovaných zemích činí asi 1-3 pg / kg tělesné hmotnosti osoby / den. Příspěvek k zátěži v důsledku kontaminace potravin PCB (tedy bez započítání PCDD a PCDF) byl v roce 1997 odhadován na 1,3 pg I-TEQ TCDD / kg tělesné hmotnosti osoby / den, v roce 1998, vzhledem ke zvýšeným záchytům v potravinách, na 12,3 pg I-TEQ TCDD / kg tělesné hmotnosti osoby / den, což je asi trojnásobek 26 doporučované maximální hodnoty zátěže
Likvidace PCB Vzhledem k jejich chemické stálosti obtížná. Nejčastěji se provádí: skládkování jako nebezpečný odpad, chemický rozklad, spalování ve speciálních spalovnách. Skládkování je dočasné řešení. Metody chemického rozkladu nejsou v praxi příliš rozšířeny. Nejčastěji se provádí spalování při teplotě 1200 C a přebytku kyslíku. Tento způsob likvidace je energeticky náročný a lze ho vzhledem ke značnému rozptýlení PCB v životním prostředí aplikovat jen v omezených případech. 27
Likvidace PCB Termické procesy mezi ně patří především, spalování, zplynování, pyrolýza, vitrifikaci a použití plazmového oblouku. Chemické procesy většina cíleně vyvíjena pro destrukci halogenových kontaminantů v různých převážně halogenovaných kontaminantů v různých převážně kapalných organických matricích. Jejich výhodou je kromě destrukce kontaminantů a detoxifikace kontaminovaných materiálů možnost jejich materiálového, případně energetického využití. Nejrozšířenější chemické procesy jsou dehalogenace naftanelidem sodným, dehalogenace sodíkovým procesem, dehalogenace interkaláty kovů, dehalogenace glykoláty alkalických kovů (APEG), dechlorace alkalickým prostředím, katalytická dechlorace v alkalickém prostředí (BCD), chemická redukce v plynné fázi (GPCR), oxidační metody, technologie solvatovaných elektronů, mechanochemická dehalogenace (DMCR) Fyzikálně chemické procesy fotochemická degradace, elektrochemická destrukce, extrakce parou, extrakce vodou, extrakce rozpouštědly, extrakce superkritickou kapalinou 28
Biologické technologie jsou považovány za inovativní a potenciálně prospěšné metody aplikovatelné na kontaminované zeminy. Z valné většiny nejsou ale zatím dovedeny dále, než do stadia poloprovozního ověření. V ČR se prozatím standardně nepoužívají. Biologické metody jsou bioremediace, fytoremediace. Vývoz do zahraničí 29
Dekontaminace zařízení s PCB Odstraňování velkých elektrotechnických zařízení s PCB je obtížnější, než odstraňování vlastních askarelů, kontaminovaných kapalin či menších askarelovích kondenzátorů. Jedná se především o transformátory, olejové tlumivky, velké kondenzátory, atd. Vzhledem k jejich velikosti je není možné rozdrtit a spálit jako malé kondenzátory, ale je třeba je demontovat na jednotlivé komponenty a ty potom odstranit. Jinou možností je provést dekontaminaci zařízení bez nutnosti jeho demontáže a po jejím úspěšném završení transformátor či kondenzátor odstranit standartními postupy, jako zařízení bez PCB. V případě, že technický stav dekontaminovaného zařízení umožňuje jeho další provoz, můžeme je po dekontaminaci provozovat po naplnění bezaskarelovou elektroizolační kapalinou. 30
Příklady některých dekontaminačních technologií používaných v zahraničí: Regenerace transformátorových olejů a odstranění PCB (firma S.D.Myers/Fluidex) Dekontaminace a odstraňování transformátorů proces firmy ABB Metoda několikastupňové dekontaminace transformátorů on-site při tomto procesu je kontaminovaný olej nahrazován speciálním roztokem, který umožňuje transformátoru provoz po celou dobu dekontaminace bez jakýkoliv provozních omezení. Vakuová termická recyklace - Japonsko Vakuová termická extrakce - Francie 31
V současné době probíhá v České republice inventarizace PCB a zařízení s PCB v souladu s požadavky Směrnice Rady EU o zneškodňování polychlorovaných bifenylů a terfenylů transformované v příslušných ustanovení zákona 185/2001 Sb. o odpadech v platném znění. Kdo likviduje v ČR Spalovna SPOVO s.r.o v Ostravě kapaliny s obsahem PCB 156 t/rok malé askarelové kondenzátory 1560 t/rok IDOS s.r.o. Praha (Háje u Příbrami) v likvidaci BIFIDOS zeminy s nižším znečištěním PCB TERMIDOS - zeminy s vysokým znečištěním, rozebrané kondenzátory a transformátory, regenerace náplně filtrů s aktivním uhlím. CHEMIDOS olejových náplní transformátorů a kondenzátorů, a jiných organických kapalin. Proces APEG (dehalogenace glykoláty alkalických kovů) a dehalogenace sodíkovým procesem, je plně funkční avšak nemá v současné době platné povolení. 32
Rtuť Stříbřitě bílý kov, který je při pokojové teplotě tekutý. Mrzne při 39 C a vře za normálního tlaku při 357 C. Rtuť je značně těkavá. Nemá zápach a není hořlavá. Použití Používá se pro výrobu rtuťových výbojek, reklamních štítů, je ve rtuťových elektrických spínačích, bateriích a jiných elektrických přístrojích. Vliv na zdraví Nadměrné působení rtuti a jejích sloučenin může mít nepříznivé dopady na mozek, zažívací trakt, oči. Organické sloučeniny rtuti jsou velmi toxické pro volně žijící živočichy. 33
Zinek Čistý zinek je modrobílý lesklý kov. Při obvyklých teplotách je křehký a je poměrně dobrým vodičem elektrického proudu. Použití Protikorozní ochrana, v bateriích se suchými články, jako pokrývačský materiál, ve slitinách jako jsou mosaz a bronz. Velká množství se také používají ve výrobě dílů tlakovým litím. Sloučeniny zinku se používají v průmyslu při výrobě barev, umělých hmot, pryže, Vliv na zdraví Nadměrné působení zinku a jejích sloučenin může mít nepříznivé dopady na mozek, zažívací trakt, oči. 34
Vybrané technologie Příklady ekologicky závadných technologií: Pro moderní elektrotechnickou výrobu je charakteristické využívaní téměř celé škály materiálů vytvořené přírodou a člověkem (zvýšené požadavky na životní prostředí). Povrchové ochrany s funkčními vlastnostmi U galvanicky vyloučených kadmiových povlaků se oceňuje hlavně: dobrá ochranná účinnost proti korozi a stříbřitě bílý vzhled i po delší době expozice v agresivním prostředí, dobrá pájitelnost při užití neagresivních pájecích prostředků, dobré kluzné vlastnosti, malá objemnost korozních produktů (snadná demontovatelnost šroubových spojů), poměrně dlouhé zachování povrchové vodivosti, dobrá odolnost bimetalického spoje Cd-Al. Vlastní kadmiování je jednoduché. Vážné problémy jsou se zneškodňováním kadmia v odpadních vodách. 35
Náhradou kadmiových povlaků do průmyslově znečištěných prostředí mohou být např. povlaky zinkové. Korozní odolnost zinkových povlaků lze zvýšit chromátováním (šestimocný chrom). Izolační systémy Na budící vinutí trakčních motorů jsou kladeny speciální technologické a konstrukční požadavky (izolace odolná vůči vysoké teplotě a snášela mechanické namáhání). Požadavky splňuje izolace na bázi azbestu. Dlouhodobým působením na plicní tkáň může asbestový prach vyvolávat těžké chorobné stavy (azbestozu nebo rakovinu plic). 36
Pájení v elektronice Velice rozšířenou technologií v elektrotechnice je pájení. Při pájení se uvolňuje do ovzduší velké množství škodlivin, které mohou být inhalovány člověkem ve formě jemných aerosolů. 37
Pozornost je třeba věnovat aerosolům toxických látek kovové povahy (Mn, Cr, Be, Cu, Zn) a uvolňujícím se fluoridům a chloridům (z čisticích přípravků). Kromě aerosolů se uvolňují do pracovního prostoru i některé plyny, které nejsou nebezpečné z hygienického hlediska (nitrózní plyny, CO, CO 2 ), které ale patří mezi ekologické škodliviny. Specifický problém pájení je používání olovnatých pájek. 38