Polychlorované bifenyly

Rozbalit box

Obsah boxu

Polychlorované bifenyly (běžně známé pod zkratkou PCB) jsou skupinou syntetických organických chemických látek, které se skládají z bifenylu (dvě spojená benzenová jádra), na který je navázáno jeden až deset atomů chloru. Vzhledem k různému počtu a pozici atomů chloru existuje teoreticky 209 různých variant PCB, známých jako kongenery. PCB jsou typickými zástupci perzistentních organických polutantů (POPs), což znamená, že v životním prostředí velmi pomalu degradují, mají schopnost bioakumulace v živých organismech a mohou být transportovány na velké vzdálenosti.

Pro své vynikající vlastnosti – chemickou stálost, nehořlavost, vysoký bod varu a izolační schopnosti – byly od 30. let 20. století masivně vyráběny a používány v průmyslu, především jako chladicí a izolační kapaliny v transformátorech a kondenzátorech. Později se však ukázalo, že mají závažné toxické účinky na lidské zdraví i ekosystémy. Jejich výroba a používání byly ve většině zemí světa zakázány, celosvětově pak regulovány Stockholmskou úmluvou. Navzdory zákazu zůstávají PCB globálním problémem kvůli jejich přítomnosti v životním prostředí a starých zařízeních.

🧪 Chemická struktura a vlastnosti

Základem struktury PCB je molekula bifenylu, která se skládá ze dvou benzenových jader spojených jednoduchou vazbou. Na tuto kostru může být navázáno 1 až 10 atomů chloru, které nahrazují atomy vodíku. Obecný chemický vzorec je C₁₂H₁₀-ₓClₓ.

Kongenery

Celkem existuje 209 teoreticky možných kongenerů PCB. V praxi se v komerčních směsích vyskytovalo přibližně 130 z nich. Vlastnosti jednotlivých kongenerů se liší v závislosti na počtu a pozici atomů chloru:

• **Nízkochlorované PCB** (1–3 atomy chloru) jsou obvykle olejovité kapaliny, jsou těkavější a o něco lépe rozpustné ve vodě.
• **Vysocechlorované PCB** (5 a více atomů chloru) jsou viskóznější, podobné vosku nebo pevné pryskyřici, méně těkavé a prakticky nerozpustné ve vodě.

Fyzikální a chemické vlastnosti

PCB se vyznačují kombinací vlastností, které je činily průmyslově velmi atraktivními:

• **Chemická stabilita:** Jsou velmi odolné vůči kyselinám, zásadám a oxidaci.
• **Tepelná stabilita:** Mají vysoký bod varu a jsou nehořlavé.
• **Elektrické vlastnosti:** Jsou vynikajícími elektrickými izolanty (mají vysoký dielektrický odpor).
• **Rozpustnost:** Jsou hydrofobní (nerozpustné ve vodě), ale dobře rozpustné v tucích a organických rozpouštědlech (lipofilní). Právě tato vlastnost je zodpovědná za jejich hromadění v tukových tkáních organismů.

Dioxinům podobné PCB

Zvláštní podskupinu tvoří tzv. dioxinům podobné PCB (dioxin-like PCBs). Jedná se o 12 kongenerů, jejichž benzenová jádra mohou rotovat do jedné roviny (jsou koplanární). Tato prostorová struktura je podobná struktuře vysoce toxických dioxinů a furanů. Tyto PCB se mohou vázat na stejný buněčný receptor (AhR – aryl-hydrokarbonový receptor) a vyvolávat podobné toxické účinky. Jsou považovány za nejnebezpečnější z celé skupiny PCB.

📜 Historie a výroba

První syntéza PCB byla popsána již v roce 1881, ale jejich komerční výroba začala až v roce 1929 ve Spojených státech společností Swann Chemical Company, kterou později převzala firma Monsanto. Produkt byl prodáván pod obchodním názvem Aroclor. Výroba se rychle rozšířila do celého světa pod různými obchodními názvy:

• Aroclor (Monsanto, USA)
• Pyralen (Bayer, Německo)
• Delor (Chemko Strážske, Československo)
• Kanechlor (Kanegafuchi, Japonsko)
• Sovol (Sovětský svaz)

Celosvětová produkce mezi lety 1930 a 1993 se odhaduje na více než 1,3 milionu tun. Vrcholu dosáhla na přelomu 60. a 70. let 20. století.

První varování o jejich perzistenci v životním prostředí se objevila v 60. letech, kdy je švédský chemik Sören Jensen identifikoval ve tkáních orlů mořských. Zlomovým bodem se staly dvě velké otravy kontaminovaným rýžovým olejem v Japonsku (tzv. incident Yusho, 1968) a na Tchaj-wanu (incident Yu-cheng, 1979), které jasně prokázaly jejich vysokou toxicitu pro člověka. V reakci na rostoucí důkazy o jejich škodlivosti začaly země postupně omezovat a zakazovat jejich výrobu a používání. V USA byla výroba zakázána v roce 1979. V Československu byla výroba v podniku Chemko Strážske ukončena v roce 1984. Celosvětový zákaz výroby a používání byl zakotven ve Stockholmské úmluvě z roku 2001.

⚙️ Využití

Díky svým unikátním vlastnostem našly PCB široké uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích. Jejich použití lze rozdělit do tří hlavních kategorií:

Uzavřené systémy

Největší množství PCB (přes 50 %) bylo použito v uzavřených systémech, kde se předpokládalo minimální riziko úniku do prostředí:

• **Dielektrické kapaliny:** V transformátorech a velkých kondenzátorech pro vysoké napětí, kde sloužily jako izolační a chladicí médium.
• **Kapaliny pro přenos tepla:** V tepelných výměnících.
• **Hydraulické kapaliny:** V důlních a jiných zařízeních, kde byla vyžadována nehořlavost.

Částečně uzavřené systémy

• Jako maziva v turbínách a čerpadlecha.

Otevřené systémy

PCB se také přidávaly do různých výrobků, ze kterých se mohly snadno uvolňovat do okolí:

• **Plastifikátory (změkčovadla):** V PVC, neoprenu a dalších plastech.
• **Barvy a laky:** Zvyšovaly jejich odolnost a trvanlivost.
• **Stavební tmely a těsnění:** Zejména v panelových domech a velkých stavbách v 60. a 70. letech.
• **Samokopírovací (uhlový) papír:** V mikrokapslích obsahujících barvivo.
• **Pesticidy:** Jako aditiva pro zvýšení účinnosti.
• **Zpomalovače hoření**.

Právě otevřené aplikace představují největší zdroj plošné kontaminace životního prostředí.

☣️ Toxicita a vliv na zdraví

PCB jsou toxické látky s širokým spektrem negativních účinků na lidské zdraví. Nejsou akutně jedovaté v malých dávkách, ale nebezpečí spočívá v jejich chronickém působení a schopnosti hromadit se v těle. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) klasifikuje PCB jako pravděpodobně karcinogenní pro člověka (Skupina 2A) a dioxinům podobné PCB dokonce jako prokázané lidské karcinogeny (Skupina 1).

Mezi hlavní zdravotní rizika patří:

• **Karcinogenita:** Zvyšují riziko vzniku rakoviny, zejména jater, žlučových cest a kůže (melanom).
• **Endokrinní disruptor:** Narušují funkci hormonálního systému. Mohou napodobovat nebo blokovat účinky hormonů, především hormonů štítné žlázy a estrogenů, což vede k poruchám metabolismu, reprodukce a vývoje.
• **Neurotoxicita:** Poškozují nervový systém. Expozice během prenatálního vývoje a v dětství může vést ke snížení IQ, poruchám učení, pozornosti a chování.
• **Imunotoxicita:** Oslabují imunitní systém, čímž zvyšují náchylnost k infekcím.
• **Poškození jater:** Jsou hepatotoxické, mohou způsobovat poškození jaterních buněk.
• **Kožní projevy:** Vysoká expozice může způsobit tzv. chlorakné, což je závažná forma akné, a také hyperpigmentaci kůže a nehtů.
• **Reprodukční toxicita:** Mohou způsobovat poruchy plodnosti u mužů i žen a negativně ovlivňovat vývoj plodu.

Člověk je PCB vystaven především konzumací kontaminovaných potravin, zejména tučných mořských i sladkovodních ryb, masa a mléčných výrobků.

🌍 Vliv na životní prostředí

PCB představují jednu z největších ekologických zátěží 20. století. Jejich klíčové vlastnosti z hlediska životního prostředí jsou:

• **Perzistence:** V přírodě se rozkládají extrémně pomalu (desítky až stovky let).
• **Bioakumulace:** Díky své lipofilitě se hromadí v tukových tkáních organismů. Koncentrace v organismu tak může být mnohonásobně vyšší než v okolním prostředí.
• **Biomagnifikace:** V potravním řetězci jejich koncentrace narůstá. Nejvyšších koncentrací dosahují u vrcholových predátorů, jako jsou kosatky, lední medvědi, delfíni a draví ptáci. U těchto druhů způsobují poruchy reprodukce, imunity a mohou vést k úhynu celých populací.
• **Globální transport:** Díky své relativní těkavosti se mohou odpařovat do atmosféry a být přenášeny na velké vzdálenosti. Procesem tzv. "globální destilace" se hromadí v chladnějších oblastech, jako je Arktida a Antarktida, kde kontaminují i ekosystémy zdánlivě nedotčené lidskou činností.

Významnými rezervoáry PCB v prostředí jsou říční a mořské sedimenty, kam se látky vážou a odkud se mohou postupně uvolňovat zpět do ekosystému. Mezi nejznámější příklady masivní kontaminace patří řeka Hudson River v USA nebo oblast Velkých jezer.

⚖️ Regulace a sanace

Vzhledem k prokázaným rizikům podléhají PCB přísné mezinárodní i národní regulaci. Klíčovým dokumentem je Stockholmská úmluva o perzistentních organických polutantech, která signatářské státy zavazuje k ukončení používání zařízení s PCB do roku 2025 a k zajištění jejich ekologicky šetrné likvidace do roku 2028.

Sanace starých ekologických zátěží je technicky i finančně velmi náročná. Mezi používané metody patří:

• **Vysokoteplotní spalování:** Likvidace kapalných PCB a silně kontaminovaných materiálů ve specializovaných spalovnách při teplotách nad 1200 °C.
• **Chemická dechlorace:** Chemické procesy, které odstraňují atomy chloru z molekuly PCB a mění je na méně toxické látky.
• **Odtěžení a uložení na zabezpečených skládkách:** U kontaminovaných zemin a sedimentů.
• **Bioremediace:** Využití mikroorganismů, které jsou schopny PCB částečně rozkládat. Tato metoda je stále ve fázi výzkumu.

Navzdory veškerému úsilí zůstává na světě stále velké množství starých transformátorů a dalších zařízení obsahujících PCB, které představují potenciální hrozbu úniku do životního prostředí.

🧑‍🔬 Pro laiky (Vysvětlení pro laiky)

Představte si polychlorované bifenyly (PCB) jako druh "kouzelného průmyslového oleje". Tento olej byl úžasný v tom, že nehořel, skvěle izoloval elektřinu a byl neuvěřitelně trvanlivý – prakticky nic ho nedokázalo zničit. Proto ho lidé s oblibou dávali do elektrických transformátorů nebo ho přidávali do barev a plastů, aby déle vydržely.

Problém byl v tom, že jeho "nezničitelnost" se ukázala být i jeho nejhorší vlastností. Když se tento "olej" dostal do přírody (například únikem z transformátoru), už tam zůstal. Nezmizel, nerozložil se. A protože se dobře rozpouští v tucích, začal se hromadit v tělech zvířat. Malá ryba snědla trochu kontaminované potravy, větší ryba snědla mnoho malých ryb a v jejím těle se koncentrace PCB znásobila. Na konci řetězce stál například orel, tuleň nebo člověk, který snědl velkou rybu a dostal do sebe obrovskou dávku tohoto jedu.

Ukázalo se, že tento "kouzelný olej" je ve skutečnosti tichý jed, který může způsobovat rakovinu, narušovat hormony a poškozovat vývoj dětí. Proto se dnes už PCB nesmí vyrábět a svět se snaží zbavit všech starých zařízení, která je ještě obsahují, a vyčistit místa, která byla v minulosti znečištěna. Je to ale velmi pomalý a drahý proces, protože tento "nezničitelný olej" je stále velmi těžké odstranit.

Šablona:Aktualizováno