Spalování biomasy s ohledem na životní prostředí a zdraví lidí

Abstrakt

Práce se zabývá srovnáváním literárních údajů o emisích PCDD/F při spalování biomasy. Tyto emise jsou především závislé na technologii spalování. Na kotelnách, kde je spalování řízeno automatickou regulací byly emise PCDD/F zjištěny v intervalu 0,01 - 0,18 ng TEQ/m³, na ostatních kotelnách v intervalu 0,8 - 5,7 ng TEQ/m³. Při spalování dřevní štěpky v kotli 50 KW pro vytápění rodinných domků byly plynné emise zjištěny v intervalu 0,03 - 0,063 ng TEQ/m³ a při spalování pelet ze stébelnin 0,082 - 1,822 ng TEQ/m³. Při lokálním vytápění bytů dřevem byly zjištěny plynné emise PCDD/F v intervalu 0,1 - 2,0 ng TEQ/m³. Zjištěné hodnoty nepředstavují toxikologické nebezpečí.

1. Úvod

Jednou z priorit "Národního programu nakládání s energií a využívání obnovitelných a druhotných energetických zdrojů" je zvýšení podílu obnovitelných energií na celkové energetické spotřebě ze současných 2,2% na 3 - 6% do roku 2010. Podíl energie z biomasy z celkového množství obnovitelných energií v ČR je dnes 76,9% a očekává se, že nastoupený rozvoj energetického využití biomasy bude ještě intenzivněji pokračovat další výstavbou biotepláren a bioelektráren a lokálním vytápěním rodinných domků biomasou.

Nečekanou překážkou tohoto rozvoje se stala interpretace měření obsahu polychlorovaných dibenzodioxinů a dibenzofuranů (PCDD/F) ve spalinách biomasy (kotelna 2,7 MW Dešná, kotelna TAF 1000 Svratka, kotel Verner V 25 a krbová kamna Peletop 5,1). Zajištěné hodnoty (Koutský et al. 2001, 2002) v intervalu 3,7 - 7,1 ng TEQ/m², které jsou 40x a více vyšší než limit pro spalovny komunálních odpadů se staly překážkou při budování nových biotepláren v okrese Jeseník a dočasně zbrzdily zájem o instalaci kotů na biomasu v rodinných domcích. Domnívám se, že odborná i laická veřejnost zajímající se o tuto problematiku by měla být informována i o obdobných měřeních, které se prováděly v dalších státech EU při spalování biomasy ve srovnání se spalováním fosilních paliv. Dále považuji za nutné seznámit zájemce o míře dysfunkce spalování biomasy s ohledem na zdraví lidí a kontaminaci životního prostředí.

2. Vliv PCDD/F na zdraví lidí a na kontaminaci životního prostředí

Látky PCDD/F mají potencionálně hepatotoxický, karcinogenní a teratogenní účinek na zdraví lidí. Jejich nadlimitní přívod do organizmu člověka může působit inhibici epidermálního růstového faktoru, efekty na biochemické úrovni a srdeční a cévní choroby a celkové snížení imunity organizmu. Tolerovaný denní příjem látek PCDD/F na člověka je 1 - 4 pg TEQ/kg tělesné váhy (Dánsko 5, Švýcarsko 1, EPA 2, WHO 10). Přímý vstup PCDD/F do organizmu dýcháním představuje 1 - 5% expozice, zbytek je příjem potravinami. Znečištění ovzduší se stává jednou z příčin kontaminace potravního řetězce. Doporučený imisní limit pro venkovní ovzduší je 20 fg TEQ/m³ jako průměrná 24 hodinová koncentrace. Hodnota 0,3 pg TEQ/m³ indikuje lokální zdroje emisí, které je nutno identifikovat a omezovat. Legislativně jsou omezeny spalovny komunálních odpadů emisním limitem 0,1 ng/m³ TEQ.

V minulosti byla v České republice hlavním zdrojem kontaminace výroba a užívání pesticidů na bázi fenoxyoctové kyseliny a chlorfenolů (Spolana Neratovice). V současnosti jde o spalování odpadů, technologie s užitím chloru, energetika, výroba a zpracování kovů, mobilní zdroje, spalování užitých olejů a mazutu a je nutno počítat i s významným podílem emisí lokálních topenišť.

3. Emise PCDD/F při spalování biomasy ve srovnání se spalováním tuhých fosilních paliv

V problematice emisí PCDD/F při spalování biomasy nacházíme značné množství zahraničních prací, hodnotících množství těchto emisí vyjádřené TEQ v kouřových plynech a v popelu. U většiny těchto zjištění je cca 90% hodnoty TEQ jako plynná emise, 10% celkové hodnoty TEQ se nachází v popelu. Práce jsou zaměřeny na vliv technologie spalování a kvality paliva na vznik těchto emisí. Při hodnocení vlivu paliva je zjišťování i obsah chloru v palivu.

V Rakousku představuje lokální vytápění bytů třetinu všech emisí PCDD/F. Při průzkumech provedených na různých typech domovních kamen na uhlí v r. 1996 byly zjištěny hodnoty 13,8 - 87,2 ng TEQ/m³ (0% O₂), přičemž tzv. kamna stáložárná docilovaly nejvyšších emisí. Při průzkumech v pozdějších letech (Thanner, Moche 2000) bylo provedeno 20 měření s různým palivem, přičemž nejnižší koncentrace PCDD/F byla zjištěna při spalování dřeva, jak vyplývá z níže uvedené tabulky č. 1.

Problematiku emisí PCDD/F na kotli 50 kW pro spalování biomasy se zabýval Verlieb et al. 1999. Při spalování různých biopaliv byly zjištěny nejnižší emise při spalování dřevní štěpky. Koncentrace emisí PCDD/F byla průkazně vyšší u biopaliv s vyšším obsahem chloru nad 1,5 g / kg suš. Interval koncentrace emisí byl 0,003 - 1,822 ng TEQ/m³ jak vyplývá z níže uvedené tab. č. 2

Schmoeckel a Streit (2001) zjistili emise PCDD/F na 9 bavorských teplárnách při spalování dřeva o výkonu 100 kW - 13,9 MW v intervalu 0,01 - 5,0 ng TEQ/m³ (11% O₂). Koncentrace emisí PCDD/F velmi těsně korelovala s emisí HCl a s obsahem Cl ve dřevu. Korelace emise PCDD/F s emisí CO byla neprůkazná. Při nižším obsahu HCl v kouřových plynech než 30 ng /m³ byla emise PCDD/F 0,01 - 1,2 ng TEQ/m³ při vyšším obsahu 0,8 - 5,0 ng TEQ/m³.

William, Caroll (2001) hodnotí spalování dřeva a dřevních odpadů na kotelnách s řízeným procesem spalování. Nejvyšší emise PCDD/F zjišťují při spalování chemicky ošetřeného dřeva (tab. č. 3).

Poměrně málo údajů o emisích PCDD je u kotelen na slámu a na energetické trávy o výkonu vyšším než 5 MW. V této oblasti jsou citovány výsledky měření koncentrace emisí na kotelně ve Schkölmu v intervalu 0,04 - 0,08 ng TEQ/m³ (vlh. 0 %, O₂ 11%) a měření v dánské kotelně na spalování slámy v obřích balících 0,016 ng TEQ/m³ (vlh. 0%, O₂ 11%).

4. Diskuse a závěr

Z literárních údajů vyplývá, že emise PCDD/F jsou závislé především na technologii spalování. Na kotelnách, kde je dávkování paliva a spalování řízeno automatickou regulací s kyslíkovou lambda sondou a kde dochází k dokonalému odloučení tuhých částic ze spalin byly imise PCDD zjištěny v intervalu 0,01 - 0,18 ng TEQ/m³. Na kotelnách s výkonem nižším než 100 kW, které nebyly vybaveny výše uvedeným standardem, nebo kde biopalivo obsahovalo více než 2000 mg/kg chloru byly zjištěny hodnoty 0,8 - 5,7 ng TEQ/m³. Z literárních údajů vyplývá, že statisticky průkazná závislost koncentrace emisí PCDD/F na obsahu chloru v palivu nastává až při koncentraci Cl vyšší než 2000 mg/kg.

Při spalování biopaliv v kotli cca 50 kW pro vytápění rodinných domků koncentrace plynných emisí PCDD/F při spalování dřevní štěpky představuje 0,003 - 0,063 ng TEQ/m³, při spalování pelet ze stébelnin 0,082 - 1,822 ng TEQ/m³.

Při lokálním vytápění bytů dřevem se plynné emise PCDD/F pohybovaly v intervalu 0,1 - 2,0 ng TEQ na m³ a při spalování uhlí 8,0 - 41,8 ng TEQ/m³.

Srovnáme-li s literárními údaji měření provedená v ČR (Koutský et al. 2002), je možno konstatovat, že koncentrace zjištěných emisí PCDD/F v TEQ na kotelně TAF 3,7 ng/m³, na kotelně Dešná 4,1 ng/m³, u kotle V 25 Verner 7,1 ng/m³ a u krbových kamen Peletop 4,5 ng/m³ je mimo příslušný interval hodnot uvedených zahraničních zjištění pro jednotlivé druhy fytopaliv a spalovacích zařízení.

Vzhledem k použití standardních metod měření a vzhledem k používání obdobných paliv jako v zahraničí je příčinou neobvykle vysokých hodnot PCDD/F méně dokonalý proces spalování.

Zjištěné hodnoty emisí PCDD/F 3,7 - 7,1 ng TEQ/m³ s ohledem na výkon těchto zařízení nepředstavují toxikologické nebezpečí. Z důvodů očekávaného rozvoje využívání energie z biomasy je třeba tyto emise monitorovat, navrhovat opatření k jejich snížení dokonalejší technologií spalování a snížením obsahu chloru u fytopaliv na bázi stébelnin, energetických trav a bylin.

Základní předností spalování biomasy je, že uvolněný oxid uhličitý nenavyšuje antropogenní skleníkový efekt a nepodílí se na globálním oteplování. Množství oxidu uhličitého uvolněného při spalování biomasy je stejné, jako množství, které spalované rostliny odebraly z atmosféry při fotosyntéze.

5. Literatura

1. Koutský M., Machníková E., Henkel M., Dittrich M., Vošta J., Koutský B.: Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany při spalování biomasy. Výzkumná zpráva VŠCHT. Ústav energetiky Praha. 2002.
2. Koutský M., Adamová J., Machníková E., Dittrich M., Vošta J.: Emise při spalování biomasy. Energie a peníze, č. 4-5, 2002.
3. Schmoecker G., Streit A.: Emissionen organischer Stoffe bei Holzfeurung. Referat 1/3 Bayerisches Landesamt für Umweltschutz. 2001.
4. Thanner F., Moche W.: Emission von Dioxinenen, PCBs und PAHs aus Kleinfeurungsanlagen. Monographie Band 153, Wien 2001.
5. William F., Carroll J.: The relative contribution of wood and poly(vinyl chloride) to emissions of PCDD and PCDF from house fires. Chemosphere 45, pp. 1173 - 1180, 2001.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky