Prawdy i mity na temat smogu i pyłów zawieszonych PM10 i PM2.5

Aby odpowiednio zrozumieć problematykę EMISJI PYŁÓW ZAWIESZONYCH w kontekście prawidłowego spalania wysokiej jakości paliwa (o tym w głównej mierze będzie ten artykuł), należy na wstępie wyjaśnić kilka podstawowych zagadnień z tego obszaru.

W pierwszej kolejności należy zdefiniować pojęcie smogu oraz w uszczegółowieniu do elementu smogu jakimi są pyły zawieszone, omówić problematykę emisji tych konkretnych zanieczyszczeń podczas spalania drewna, w różnej klasie paleniskach. Można przyjąć tezę, że w zasadzie wszystko co spalamy generuje smog. Faktem jest również, że rodzaj i jakość spalanego paliwa generuje różną skalę, gęstość i skład smogu, innymi słowy rodzaj i jakość paliwa wpływa bezpośrednio na poziom emisji zanieczyszczeń do atmosfery.

Żeby dobrze zrozumieć co w trawie piszczy zobrazujmy czym jest zanieczyszczenie określone mianem smogu:

Rys1. Grafika przedstawiająca skład Smogu, źródło własne Kominy Poujoulat.

Powyższa grafika potwierdza tezę, że wszystko co się „pali” czy „dymi”, od papierosa przez środki komunikacji miejskiej do chmury dymu z ogromnego komina przemysłowego generuje smog i jest to zjawisko będące integralną częścią naszego życia. Problemem dzisiejszego dnia nie jest, jak nie generować zanieczyszczeń – wydaje się to być na chwilę obecną zwyczajnie nie możliwe – lecz bardziej, jak produkować ich mniej i jak zmniejszać toksyczność odpadów.
 
Znając już skład Smogu skupimy się na definicji pyłów zawieszonych PM. Pył zawieszony (PM – cząstki stałe z ang. particulate matter) to opis różnego rodzaju malutkich cząstek zawieszonych w powietrzu. Na pył zawieszony składają się cząstki emitowane bezpośrednio z/do powietrza (pyły, dym, sadze) lub cząstki powstające w wyniku transformacji zanieczyszczeń gazowych. Cząstki pochodzą bezpośrednio z natury (np. erupcje wulkanów, odchody zwierząt) oraz z działalności człowieka (spalanie paliw kopalnianych, spalania śmieci, działalność hut metali). Wartość indeksu PM, czyli 10 lub 2.5 definiuje maksymalną wielkość cząsteczki, liczoną w mikrometrach.

Rys2. Wielkość cząsteczek PM2,5 oraz PM10 w porównaniu do ludzkiego włosa, źródło własne Kominy Poujoulat.

Normy emisji pyłów zawieszonych oraz ich notoryczne i znaczne przekroczenie mogą wywoływać wiele, bardzo poważnych, negatywnych skutków zdrowotnych od chronicznego kaszlu - cząstki pyłu PM10 - osiadają w górnych drogach oddechowych, przez choroby płuc - drobne cząstki pyłu PM2,5 - osiadają w płucach, po choroby nowotworowe - ultra drobne cząstki pyłu PM0,1 - przenikają do krwi.

Rys3. Grafika przedstawiająca normy PM2,5 i PM10 wg wytycznych UE, źródło: http://powietrze.gios.gov.pl/pjp/current

EMISJA PYŁÓW ZAWIESZONYCH PM10
W dalszej części artykułu skupimy się i ograniczymy do kilku parametrów związanych z emisją zanieczyszczeń (EMISJA PYŁÓW ZAWIESZONYCH PM 10) podczas spalania konkretnego rodzaju paliwa (SPALANIE DREWNA). Przyjrzymy się jaki wpływ na poziom emisji zanieczyszczeń ma jakość spalanego drewna w kontekście rozwoju technologicznego urządzeń grzewczych.
W artykule zaprezentujemy wyniki projektu badawczego bezpośrednio wskazującego jak jakość opału drewnianego wpływa na emisję zanieczyszczeń w postaci pyłów zawieszonych PM10.

PROJEKT BADAWCZY QALICOMB

Partnerzy projektu: D2I (INVICTA) / Laboratorium CERIC / LERMAB / SEGUIN DUTERIEZ
Cel projektu: Ocena wpływu jakości drewna na proces spalania oraz na emisję pyłów zawieszonych z urządzeń grzewczych używanych w codziennej eksploatacji.
Czas trwania i wykonanie projektu: W okresie od 2014 do 2016 roku przeprowadzono 38 eksperymentów (kombinacje różnych paliw, typów urządzeń, ustawień).
Przygotowanie do projektu: Testy przeprowadzono na 4 urządzeniach (2 nowoczesne piece kominkowe i 2 stare wkłady kominkowe) w 4 różnych laboratoriach uczestników projektu.

Do opału użyto 2 rodzaje drewna:
1. Wysokiej jakości drewno liściaste (dąb, buk). Drewno rąbane, okorowane. Wilgotność 15%-20%
     

2. Zwykłe drewno tartaczne, liściaste (dąb, buk). Spalane w całości z korą. Wilgotność 30%
     

Pochodzenie opału:
5 próbek różnego rodzaju drewna, zakupionych we Francji.


Drewnem opalano w dwóch rodzajach palenisk:
1. Stary wkład kominkowy
2. Nowoczesny piecyk kominkowy

Wyniki i wnioski z projektu:

WYNIK - 1
Poziom wydajności urządzenia w zależności do jakości spalanego drewna. Osiągnięta wydajność palenisk przedstawiona na wykresie 1:

Wykres 1: Poziom osiągniętej wydajności urządzenia grzewczego w relacji do różnej jakości paliwa.

WNIOSEK 1
Wilgotność drewna (jako jeden z wielu czynników) ma kluczowy wpływ na osiąganą wydajność urządzenia grzewczego. Okazuje się, że odpowiednio przygotowane drewno – wysuszone, rąbane i okorowane – jest gwarantem wyższej wydajności nawet przy spalaniu w starszych wkładach kominkowych, niż drewno gorszej jakości spalane w nowoczesnym kominku. Negatywna wartość skrajna (40% wydajność spalanego drewna) dobitnie dowodzi jak nieekonomiczne jest spalanie w takim konkretnym zestawieniu – wydajność urządzenia praktycznie 2 krotnie niższa niż przy ustawieniu pozytywnie skrajnym.

WYNIK - 2 
Poziom generowanego zanieczyszczenie w postaci pyłów zawieszonych w relacji do jakości spalanego drewna i klasy paleniska.
Wyniki obrazuje wykres 2:



Wykres 2: Wartość generowanego zanieczyszczenia (PM10) w podziale na klasę urządzenia grzewczego oraz jakość paliwa.

WNIOSEK 2
Na poziom generowanych zanieczyszczeń największy wpływ ma jakość urządzenia grzewczego. Doświadczenie niezbicie dowodzi, że nowoczesna technologia spalania drewna gwarantuje, nawet przy gorszych parametrach paliwa, osiągnięcie dostatecznie satysfakcjonującego poziomu emisji PM10. Przestarzała technologia wkładów kominkowych dostarcza jednoznacznie złych wyników w kluczowym teście, jakim jest poziom generowanych zanieczyszczeń.

Wynik - 3
zużycie paliwa (drewna). Niezbędna ilość drewna do ogrzania budynku w okresie roku dla poszczególnych grup produktów wyniosła:


Wykres 3: Ilość zużytego paliwa w podziale na grupy produktowe.

WNIOSEK 3
Testy skupione na różnej klasie dostarczonego drewna (spalanie w tym samym piecyku kominkowym) dowiodły, że do rocznego ogrzania budynku potrzebne jest 6m3 drewna wysokiej jakości, co odpowiada 9m3 drewna dostępnego w supermarkecie. 3m3 drewna (dla lepszego wyobrażenia 1m3 drewna dębowego waży około 710kg) to ponad 2 tony paliwa, które musi być zakupione, składowane, dołożone do piecyka, efekt po spaleniu wyczyszczony, a pył i resztki wyrzucone. 

WYNIK - 4
nominalna moc urządzenia. Nominalna ilość ciepła oddawanego do pomieszczenia mierzona w kilowatach dla zdefiniowanych grup produktowych wyniosła:


Wykres 4: ilość generowanego ciepła podczas spalania drewna różnej klasy

WNIOSEK 4
Testy 5 klas jakościowych drewna spalanego w tym samym piecyku kominkowym dowiodły, że jedynie drewno wysokiej jakości oraz drewno od lokalnego producenta, są w stanie zagwarantować osiągnięcie deklarowanej przez producenta mocy urządzenia. 

WYNIK - 5
jakość opału mierzona emisją pyłu zawieszonego PM10 podczas spalania w tym samym piecyku kominkowym.


Wykres 5: Emisja pyłu zawieszonego PM10 przy spalaniu drewna różnej klasy w tym samym urządzeniu

WNIOSEK 5
Testy skupione na spalaniu różnej klasy drewna w tym samym piecyku kominkowym w kontekście pomiaru generowanych zanieczyszczeń PM10 dowiodły, że jakość drewna ma fundamentalne znaczenie ekologiczne. Jedynie drewno wysuszone i okorowane (kora drewna przytrzymuje najwięcej wody i w korze drewna znajduje się najwięcej związków aromatycznych) dostarczyć może wyników opałowych na poziomie „dobrym” i lepszych – w zależności od klasy piecyka kominkowego.

WYNIK - 6
wizualne wrażenie przy spalaniu różnej jakości drewna. Zadymienie szyby piecyka po 20 minutach palenia.


Grafika 1: wizualny efekt palenia drewnem różnej klasy – po 20 minutach od rozpalenia.

WNIOSEK 6
obraz mówi więcej niż tysiąc słów. Odpowiednio przygotowane drewno gwarantuje, że pierwsza faza opału nie będzie przeznaczona na wysuszanie załadowanych porcji drewna (co wiąże się z poziomem generowanego zadymienia). Okorowane drewno gwarantuje ponadto, że dymu będzie mniej, a jego kolor będzie bardziej przejrzysty.
Zalety z używania wysokiej jakości drewna do spalania w kominkach można podsumować przy pomocy poniżej grafiki:




Wyniki poszczególnych testów pozwalają na zbudowanie bardzo solidnej tezy, że jedynie odpowiednia kombinacja wszystkich elementów procesu spalania (równanie poniżej) da odpowiedni poziom wydajności oraz pozwoli na świadkome traktowanie otaczającego nas środowiska.