Lista szkodliwych produktów spalania węgla nie przestaje rosnąć. Niedawno trafił na nią podtlenek tytanu. Wstępne badania sugerują, że nanocząstki tego związku mogą mieć działanie toksyczne dla ludzkiego organizmu.
Według Światowej Organizacji Zdrowia rocznie z powodu narażenia na zanieczyszczenia powietrza umiera 3,3 miliona osób. Bezpośrednią przyczyną zgonów są najczęściej choroby układu oddechowego i sercowo-naczyniowego oraz nowotwory, do których rozwoju przyczynia się smog. Większość substancji wchodzących w skład zanieczyszczeń powietrza została zidentyfikowana, a ich toksyczność potwierdzona. Wciąż jednak pojawiają się doniesienia o kolejnych, które mogą szkodzić naszemu zdrowiu – jak podtlenek tytanu.
Mniejsze niż PM 2.5
Związek ten stanowi nietypową formę tlenku tytanu, substancji będącej pospolitym składnikiem wielu skał, występującej też dość powszechnie jako minerał towarzyszący w złożach węgla. Dotychczas sądzono, że podtlenek tytanu, stanowiący tzw. fazę Magneliego tlenku tytanu, jest związkiem wyjątkowo rzadkim. I tak prawdopodobnie było do niedawna – w geologicznej skali czasowej. A ściślej: do powstania „cywilizacji węglowej”. Substancja ta była wykrywana w niektórych meteorytach, formacjach skalnych w zachodniej Grenlandii czy… skałach księżycowych. Tymczasem badanie naukowców z Virginia Tech College of Science wykazało, że podtlenek tytanu stanowi składnik „węglopochodnych” zanieczyszczeń powietrza. Ustalenia zostały opublikowane w serwisie Nature.
Związek ten powstaje z zawartych w kopalinie tlenków tytanu pod wpływem procesów spalania w temperaturze powyżej 900 °C. Jego rozmiary kwalifikują go do kategorii nanocząstek. Przebadane przez naukowców cząsteczki, pochodzące z popiołu węglowego pobranego ze środowiska rzecznego, osiągały maksymalną wielkość rzędu kilkuset miliardowych części metra. Innymi słowy, podtlenek tytanu może mieć rozmiary nawet o trzy rzędy wielkości mniejsze niż cząsteczki PM 2.5 uznawane za znacznie groźniejsze dla ludzkiego organizmu od cząsteczek PM 10 ze względu na ich zdolność przedostawania się do krwiobiegu i narządów wewnętrznych oraz wywoływania w nich stanów zapalnych.
Jak toksyczne są nanocząstki?
W kwestii wpływu podtlenku tytanu na zdrowie badacze wypowiadają się ostrożnie. Jest jasne, że nanocząstki mogą przedostawać się z płuc do układu krążenia, natomiast ich potencjał toksyczny nie został jeszcze dokładnie przeanalizowany. Wstępne testy sugerują, że substancja może uszkadzać tkankę płucną, jednak niezbędne są dalsze badania w tej dziedzinie. Te niestety mogą potrwać kilka lat, co stanowi niepokojąco długi okres w kontekście możliwej biotoksyczności tego związku.
O tym, że podtlenek tytanu może być groźny dla naszego zdrowia, świadczą dane dotyczące szkodliwości tlenku tytanu – powszechnie wykorzystywanego w produktach handlowych: od farb, przez kremy przeciwsłoneczne, po artykuły spożywcze. Ma on zdolność do wywoływania silnego stresu oksydacyjnego, który powoduje uszkodzenia białek i DNA. Badania na ten temat były prowadzone głównie w odniesieniu do organizmów żyjących w środowisku wodnym. Według jednego z nich, ekspozycja na nanocząstki tlenku tytanu powoduje zaburzenia pracy układu nerwowego u ryb z rodziny karpiowatych.
Tlenek tytanu może mieć również działanie rakotwórcze – tak wynika z badań na szczurach przeprowadzonych przez naukowców z Francji i Luksemburga. U 40 proc. gryzoni, które przez sto dni spożywały wodę zawierającą ten związek, stwierdzono zmiany rakowe w jelitach. Substancja osłabiała również działanie układu odpornościowego zwierząt i spowalniała zdolności regeneracyjne organizmu. Dwutlenek tytanu to jedna z pięciu nanosubstancji najczęściej dodawanych do produktów konsumenckich. Na opakowaniach oznaczana jest kodem E171. Niestety, mimo badań wskazujących na jej szkodliwość na terenie Unii Europejskiej uznawana jest za bezpieczną.
Chemiczne powinowactwo obu związków nie pozwala na jednoznaczne uznanie szkodliwości podtlenku tytanu, jednak ją uprawdopodabnia. Szczególnie wobec wstępnych danych wskazujących na toksyczność nanocząstek tej substancji dla płuc.
Zagłębia węglowe zatruwają świat
Przywołane wcześniej badanie nie daje jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o skalę emisji podtlenku tytanu. Naukowcy szacują, że zawartość tlenków tytanu w rudzie węgla wynosi ok. 2 proc. Nieznany jednak pozostaje wskaźnik konwersji tych związków na potencjalnie szkodliwe nanocząstki. Biorąc pod uwagę fakt, że przemysłowe spalanie węgla to proces trwający od kilku wieków, podtlenek tytanu może być znacznie bardziej rozpowszechniony w ekosystemie niż dotychczas uważano – przede wszystkim w atmosferze i środowisku wodnym.
Kraje o relatywnie wysokich standardach dotyczących ochrony środowiska, jak Stany Zjednoczone, gdzie udział węgla w produkcji energii elektrycznej wynosi 30 proc., posiadają technologie pozwalające na wyłapywanie większości nanocząstek pochodzących z procesów spalania. Gorzej jest w przypadku państw afrykańskich i azjatyckich, w tym Chin, gdzie ok. 60 proc. energii elektrycznej wytwarzanych jest przez spalanie węgla, i Indii, gdzie wskaźnik ten jest jeszcze gorszy i wynosi 75 proc. Niestety, struktura źródeł energii w wymienionych państwach to nie tylko problem lokalny, ale wyzwanie dla całego świata. Zanieczyszczenia, w szczególności te nanocząsteczkowe, z łatwością rozprzestrzeniają się w atmosferze na bardzo duże odległości i przenikają do środowiska wodnego.
Fot. Fotolia.
