Kisik je kemijski element od presudne važnosti za razvoj života, tehnološki napredak i industrijsku sigurnost, pa stoga zauzima središnje mjesto u prirodnim znanostima i tehničkim strukama.
Piše: Zlatko Dičak, Aurel d.o.o.
Element kisik kao zasebna tvar prepoznat je krajem 18. stoljeća kroz radove Carla Wilhelma Scheelea i Josepha Priestleyja, a teorijsko tumačenje i odbacivanje flogistonske teorije donio je Antoine Lavoisier. Time je kisik postao ključan u razvoju moderne kemije, jer je pokazano da zrak nije homogena tvar nego smjesa plinova te da je sagorijevanje kemijska reakcija s kisikom, a ne „izlazak“ neke tajanstvene tvari.
Fizikalno – kemijska svojstva i rasprostranjenost
Kisik je bezbojan, bezmirisan plin koji u atmosferi čini oko jedne petine volumena zraka, a u litosferi i hidrosferi je najzastupljeniji kemijski element u obliku oksida, silikata, fosfata i vode. Vrlo je reaktivan i stvara spojeve s većinom elemenata, pa zbog toga sudjeluje u procesima korozije, sagorijevanja, oksidacije metala i organskih tvari te ima ključnu ulogu u energetskim i geokemijskim ciklusima Zemlje.
Biološki značaj, hipoksija i hiperoksija
Na razini stanice kisik je konačni akceptor elektrona u respiratornom lancu, što omogućuje oksidaciju organskih molekula i stvaranje ATP-a kao univerzalne „energetske valute“ živih sustava. Smanjena dostupnost kisika (hipoksija) dovodi do poremećaja funkcije organa, aktivacije simpatičkog živčanog sustava te može završiti oštećenjem srca, pluća i mozga, dok pretjerana izloženost visokim koncentracijama (hiperoksija) uz dugotrajnu primjenu medicinskog kisika može oštetiti plućno tkivo i središnji živčani sustav.
Kisik, zapaljivi plinovi i eksplozivna atmosfera
Za nastanak plamena i eksplozije u smjesi gorive tvari i zraka nužan je prisutni oksidans, a u uobičajenim industrijskim uvjetima to je upravo kisik iz zraka. Povišena koncentracija kisika u zatvorenim prostorima – primjerice uslijed curenja iz instalacija za zavarivanje ili medicinskih plinova – sužava područje sigurnih koncentracija zapaljivih plinova, snižava donju granicu eksplozivnosti i povećava vjerojatnost spontanog zapaljenja ulja, masti i drugih gorivih materijala.
Detekcija kisika i granice opasnosti
Uobičajeni sigurnosni koncept u industriji polazi od toga da je koncentracija kisika oko 20,9% vol., dok se atmosfere s manjom vrijednošću smatraju hipoksičnima, a one iznad približno 23% vol. povećano rizičnima zbog pojačanog intenziteta gorenja. Električni uređaji za detekciju i mjerenje kisika definirani su normom EN 50104, a tipično koriste elektrokemijske senzore koji generiraju električni signal proporcionalan koncentraciji kisika, pri čemu se u industrijskim detektorima obično nadzire raspon do 25% vol. ili 100% vol. kisika ovisno o primjeni.
Integracija detekcije kisika u sustave sigurnosti
U prostorima u kojima se skladište ili koriste zapaljivi plinovi, pare i kisik (npr. metan, vodik, etilen‑oksid ili razna otapala) mjeri se prisutnost plina u odnosu na donju granicu eksplozivnosti (LEL), ali se istodobno mora nadzirati i koncentracija kisika jer povećani kisik može dovesti do toga da granica zapaljivosti bude dosegnuta pri nižim volumenskim udjelima gorivog plina. Upravo zato suvremeni fiksni sustavi detekcije plinova u opasnim zonama često kombiniraju detektore zapaljivih i otrovnih plinova s neovisnim detektorom kisika, pri čemu je kontinuirano praćenje O2 nužan uvjet za procjenu rizika hipoksije za radnike i rizika od eksplozije za postrojenje.
Brojni incidenti stradavanja radnika u pogonima za zavarivanje dogodili su se upravo zbog povećane koncentracije kisika, kada je zamašćena radna odjeća spontano planula od male iskre ili plamena. U takvim okruženjima kisik iz boca curenjem obogaćuje zrak, čineći ulje, masti ili čak pamučna vlakna izrazito zapaljivima, što dovodi do brzog širenja požara i teških opekotina.
Stoga je ključno strogo poštivati pravila zaštite na radu: nositi čistu, neupaljivu odjeću (npr. pamuk ili vunu bez sintetičkih vlakana), redovito provjetravati prostore, zabraniti pušenje i rad s otvorenim plamenom te koristiti detektore kisika za kontinuirano nadziranje koncentracije O2. Neozbiljno shvaćanje ovih mjera može imati fatalne posljedice, pa se one moraju primjenjivati dosljedno u svim zonama s rizikom od obogaćenja kisikom.
Shematski prikaz sigurnosnih zona koncentracije kisika
Donji prikaz ilustrira tipične raspon koncentracije kisika u zraku s aspekta sigurnosti rada: normalna atmosfera oko 20,9% vol., hipoksično područje ispod približno 19% vol. te područje povišenog kisika iznad približno 23% vol., koje je povezano s povećanim rizikom od požara i eksplozije.
Shema tipičnih raspona koncentracije kisika u zraku s aspekta sigurnosti rada
