Kesan Habuk Brek Kenderaan Terhadap Kesihatan

Oleh : Azhari Shamsudeen
Fakulti Kejuruteraan & Alam Bina, Universiti Kebangsaan Malaysia

Setiap tahun jumlah kenderaan yang berada di atas jalan raya semakin meningkat sama ada kenderaan ringan (seperti motor, kereta dan van) mahupun kenderaan berat (seperti lori, bas dan treler). Peningkatan jumlah kenderaan boleh meningkatkan pencemaran udara menerusi pengeluaran emisi ekzos dan habuk brek atau lelasan permukaan jalan yang dapat memberi kesan kepada kesihatan. Selain itu, kawasan-kawasan perumahan atau kedai-kedai yang berdekatan dengan jalan raya, terutamanya jalan raya yang dilalui oleh kenderaan berat (diesel) dapat dikaitkan dengan peningkatan kadar kematian akibat daripada peningkatan penyakit pernafasan, gejala kardiovaskular, kesan buruk terhadap perkembangan paru-paru dan kognisi pada kanak-kanak (Liza Selley et. al 2010). Pencemaran yang disebabkan oleh lalu lintas kenderaan adalah melibatkan campuran gas dan zarah heterogen dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar enjin, penguapan pelincir, kehausan komponen brek dan lelasan permukaan jalan (Amato et al. 2014; Theodoros & Giorgio 2015).

Secara umumnya terdapat dua konfigurasi sistem brek yang digunakan secara meluas dalam kenderaan iaitu brek cakera dan brek drum seperti ditunjukkan dalam Rajah 1. Kenderaan moden biasanya dilengkapi dengan brek cakera depan dan belakang, sementara pada masa lalu, brek drum biasanya digunakan sebagai brek belakang. Dianggarkan bahawa brek depan memberikan lebih kurang 70 % daripada keseluruhan daya brek. Oleh sebab itu ianya harus diganti lebih kerap berbanding brek belakang. Sebahagian besar sistem brek kenderaan terdiri daripada pasangan geseran daripada cakera, pad dan kaliper. Kebiasanya cakera diperbuat daripada phenol-formaldehyde resins (dengan kandungan antara 20 – 40 %) yang diubah suai dan ditambahkan dengan fiber pengukuh untuk meningkatkan kekuatan dan struktur mekanikal pada lapisan cakera. Ia juga mengandungi 6 -35 % bahan lapisan yang terdiri daripada logam, mineral, seramik atau organik.  Manakala kandungan utamanya adalah terdiri daripada tembaga, keluli, kalium titanat, kaca, bahan organik dan Kevlar. Namun kandungannya boleh berbeza-beza mengikut jenis lapisan pada cakera dan pengeluar komponen berkenaan (Boulter 2006).

Manakala pad brek pula dibuat dari asbestos, iaitu bahan penyerap panas yang sangat sesuai untuk kehausan pada pad brek. Walau bagaimanapun, asbestos mengandungi karsinogen yang sangat berpotensi dan pendedahan yang berpanjangan boleh menyebabkan barah. Penggunaan pad brek dari asbestos juga sangat berbahaya dalam pelbagai cara (Sri Karthikeyan et al. 2019). Apabila kenderaan menggunakan brek, asbestos menjadi haus dan melepaskan debu asbestos yang tersekat pada tayar dan masuk ke udara. Pengilang menyedari asbestos bukanlah bahan yang selamat digunakan untuk pembuatan sistem brek. Kemudian dengan perkembangan teknologi, pad brek sekarang diperbuat daripada bahan organik, atau pad brek bukan asbestos organik untuk mengatasi masalah kesihatan (www.bridgestonetire.com). Selain itu, pilihan lain untuk pad brek ialah pad brek seramik. Pad brek ini dibuat daripada seramik yang sangat serupa dengan jenis seramik yang digunakan untuk membuat tembikar dan piring, tetapi lebih padat dan jauh lebih tahan lama. Pad brek seramik mempunyai serat tembaga halus yang tertanam di dalamnya, untuk membantu meningkatkan geseran dan kekonduksian haba semasa geseran (Nico et al. 2016).

Rajah 1. Sistem brek pada sesebuah kenderaan  (a) Brek cakera (https://bobjohnsonins.com) (b) Brek drum (https://www.yourmechanic.com)

Kehausan yang berlaku pada brek dan kadar pelepasan zarah haus brek banyak bergantung pada tingkah laku memandu dan kekerapan membrek (Kwak et al. 2013). Keadaan yang mana kejadian brek berlaku (suhu persekitaran dan bahan kimia yang terdapat di persekitaran) juga boleh memberi kesan besar terhadap ciri-ciri zarah yang dihasilkan (Olofsson & Olander 2013). Bagi zarah-zarah emisi ekzos ianya telah dikaji dan dicirikan dengan baik, dan teknologi penambahbaikan telah dihasilkan bagi mengurangkan pelepasan emisi ekzos. Namun, zarah-zarah selain dari emisi ekzos belum dikaji sepenuhnya dan beberapa persoalan mengenai ciri-ciri fizikokimia, faktor pelepasan dan kesan buruk terhadap kesihatan bagi zarah haus masih tidak dibincangkan dengan jelas (Theodoros & Giorgio 2015).

Selain itu, habuk daripada lelasan brek adalah merupakan zarah yang paling banyak diukur di kawasan bandar, dan menyumbang sehingga 55% (Liza Selley et al. 2010; Harrison et al. 2012). Zarah yang berasal dari lelasan ini wujud dalam pecahan yang sangat halus (lihat Rajah 2) dan berpotensi untuk menembusi paru-paru, mendapan di lapisan cecair saluran pernafasan dan berinteraksi dengan fagosit dan sel epitelium, dan keadaan ini boleh menjejaskan kesihatan (Liza Selley et al. 2010).

Namun begitu, menurut saintis dari King’s College London, habuk daripada geseran antara pad dan cakera brek boleh memberi kesan bahaya yang sama seperti kesan pelepasan emisi dari kenderaan diesel (https://www.bbc.com 2020). Mereka mendapati bahawa habuk lelasan logam akan menyebabkan radang paru-paru dan mengurangkan imuniti, serta meningkatkan risiko jangkitan pernafasan. Mereka juga mendapati bahawa zarah logam vanadium yang terdapat di dalam habuk brek dan emisi ekzos diesel boleh menyumbang kepada penyakit serius seperti radang paru-paru atau bronkitis dan kesan berbahaya pada sel imun. Kesan lelasan logam yang terdapat dalam habuk brek yang memasuki sel darah putih boleh menyebabkan sel berkenaan kurang mampu melawan bakteria berjangkit seperti yang biasa (Theodoros & Giorgio 2015).

Menurut saintis dari United Kingdom juga mendapati bahawa zarah-zarah logam daripada lelasan pad brek adalah seperlima bahan partikel halus (PM2.5) pencemaran udara di persekitaran jalan dan boleh menyebabkan keradangan dan mengurangkan keupayaan sel-sel imun untuk membunuh bakteria, sama seperti dengan zarah yang berada dalam ekzos diesel. Debu brek memberikan sekitar 20 % daripada jumlah pencemaran udara lalu lintas dan saiznya cukup kecil untuk dihirup dalam paru-paru. Kajian mereka juga menunjukkan bahawa pencemaran partikel daripada penggunaan brek boleh menyumbang kepada peningkatan kerentanan (susceptibility) terhadap jangkitan saluran udara dan kesan negatif terhadap kesihatan pernafasan (https://www.eurekalert.org). Oleh kerana zarah halus dengan diameter kurang dari 2.5 μm (PM2.5), ia boleh memasuki paru-paru semasa pernafasan dan kekal di pinggirannya, dan boleh menyebabkan kesan buruk terhadap kesihatan manusia.  Oleh itu, perhatian lebih terhadap debu lelasan brek kenderaan perlu dipandang serius terutamanya daripada sudut pandang toksikologi. Walau bagaimanapun, beberapa kajian telah dibuat bagi mengkaji sifat fizikal atau kimia debu lelasan brek seperti taburan saiz zarah dan komposisi unsur logam dikelaskan mengikut saiz (Akihiro et al. 2007).

Antara kandungan yang ada dalam habuk brek adalah chrysotile, amfibol asbestos dan crocidolite. Berdasarkan kajian terdahulu debu brek yang mengandungi chrysotile menunjukkan bahawa zarah chrysotile mempunyai kesan minimum terhadap saluran pernafasan, namun amfibol asbestos dan crocidolite akan menghasilkan tindak balas patologi yang signifikan pada rongga paru-paru dan rongga pleura. Kehadiran asbestos crocidolite dan amosit dalam habuk brek boleh menyebabkan peningkatan neutrofil, keradangan berterusan, mikrogranuloma, dan fibrosis yang mengakibatkan tindak balas keradangan yang luas, dan pengembangan kolagen di paru-paru dan pada permukaan viseral dan parietal (Bernstein et al. 2020).  Sehubungan dengan itu, pembebasan habuk brek ke udara boleh menjejaskan kesihatan manusia sama seperti keluaran emisi ekzos kenderan, maka penggunaan bahan-bahan organik dalam pembuatan brek seperti cakera dan pad brek sangat diperlukan bagi mengurangkan risiko terhadap kesihatan sejagat.

Rujukan

Boulter P.G., Thorpe A., Harrison R., Allen A. 2006. Road vehicle nonexhaust particulate matter: final report on emission modellingpublished project report PPR110. TRL limited, Wokingham

Harrison R.M., Jones A.M., Gietl .J, Yin J., Green D.C. 2012. Estimation of the contributions of brake dust, tire wear, and resuspension to nonexhaust traffic particles derived from atmospheric measurements, Environ Sci Technol 46: 6523–6529

Kwak J.H., Kim H., Lee J., Lee S. 2013. Characterization of non-exhaust coarse and fine particles from on-road driving and laboratory measurements, Sci Total Environ 458–460:273–282

Liza Selley, Linda Schuster, Helene Marbach, Theresa Forsthuber, Ben Forbes, Timothy W. Gant, Thomas Sandstrom, Nuria Camina, Toby J. Athersuch, Ian Mudway and Abhinav Kumarb. 2010. Brake dust exposure exacerbates inflammation and transiently compromises phagocytosis in macrophages, Metallomics, 12, 371

Nico Langhof, Michael Rabenstein, Jens Rosenlöcher, Reinhard Hackenschmidt, Walter Krenkela, Frank Riegd. 2016. Full-ceramic brake systems for high performance friction applications, Journal of the European Ceramic Society, Vol 36, 15: 3823-3832

Olofsson U., Olander L. 2013. On the identification of wear modes and transitions using airborne wear particles, Tribol Int 59: 104–113

S.Sri karthikeyan, E.Balakrishnan, S.Meganathan, M.Balachander, A.Ponshanmugakumar. 2019. Elemental Analysis of Brake Pad Using Natural Fibres, Materials Today: Proceedings, Volume 16, Part 2, 2019, Pages 1067-1074

Theodoros Grigoratos & Giorgio Martini. 2015. Brake wear particle emissions: a review, Environ Sci Pollut Res (2015) 22: 2491–2504

Akihiro Iijima, Keiichi Sato, Kiyoko Yano, Hiroshi Tago, Masahiko Kato, Hirokazu Kimura, Naoki Furuta. 2007. Particle size and composition distribution analysis of automotive brake abrasion dusts for the evaluation of antimony sources of airborne particulate matter, Atmospheric Environment, Volume 41, 23: 4908-4919

D.M. Bernstein, B. Toth, R.A. Rogers, D.E. Kling, P. Kunzendorf, J.I. Phillips, H. Ernst. 2019. Evaluation of the dose-response and fate in the lung and pleura of chrysotile-containing brake dust compared to TiO2, chrysotile, crocidolite or amosite asbestos in a 90-day quantitative inhalation toxicology study – Interim results Part 2: Histopathological examination, Confocal microscopy and collagen quantification of the lung and pleural cavity, Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 387, 15 January 2020, Pages 114856

https://www.bbc.com/news/uk-england-london-51049326

https://www.yourmechanic.com/article/how-drum-brakes-work

https://www.bridgestonetire.com/tread-and-trend/drivers-ed/ceramic-vs-metallic-brake-pads

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/urai-bda010720.php

Kredit Foto : tallano