Emise PCDD/F při vytápění domácností v České republice

Evropská i česká legislativa věnuje velkou pozornost racionálnímu hospodaření s odpady vzniklými lidskou činností. K dosažení ekologického způsobu nakládání s odpady je potřeba volit následující postupy a priority: skládkování těch odpadů, které nelze jinak využít. V tomto schématu má své místo i energetické využití komunálního odpadu tzn. i technologie zařízení na energetické využití komunálního odpadu.

Článek se zabývá stanovením emisních faktorů znečišťujících látek z vytápění domácností tuhými palivy. Uvádí také hodnoty měrných emisí TZL, CO a TOC a emisní bilance z vytápění domácností za rok 2001, 2015 a tři možné scénáře pro rok 2021.

Příspěvek se věnuje metodice stanovení emisních faktorů znečišťujících látek (EF) produkovaných při vytápění domácností při spalování tuhých paliv v ČR, vychází z experimentálně stanovených měrných emisí znečišťujících látek (ME) a z dostupných statistických dat.

VEC na základě měření vytvořilo relativně rozsáhlou databázi ME pro různé typy spalovacích zařízení a pro různá paliva. Vyvstala otázka, „Jak z těchto naměřených ME vypočítat EF, které budou reflektovat skutečnou skladbu provozovaných kotlů v ČR?“. EF je nutné počítat jako vážený průměr z měřených ME, kde je jako váha použit „odhad spotřeby daného tuhého paliva spáleného v konkrétní konstrukci spalovacího zařízení“.

Měrná emise znečišťujících látek (ME) - měřením stanovené množství produkovaných emisí znečišťujících látek pro jeden konkrétní typ spalovacího zařízení a pro konkrétní typ paliva. Emisní faktor znečišťujících látek (EF) - je vypočten jako vážený průměr z ME znečišťujících látek z více typů spalovacích zařízení pro konkrétní typ tuhého paliva (hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa, koks).

Čtěte také: Vše o emisních normách

Prohořívací kotle - Spalovací stacionární zdroje s ruční dodávkou paliva, přirozeným přívodem spalovacího vzduchu (bez ventilátoru), u nichž při spalování spaliny procházejí přes vrstvu paliva. Jedná se o roštové ohniště, nová dávka paliva (biomasa, uhlí, koks) se přikládá do spalovací komory na již hořící vrstvu paliva, která leží na roštu. Spaliny procházejí přes celou vrstvu nově přiloženého paliva.

Odhořívací kotle - Spalovací stacionární zdroje s ruční dodávkou paliva, přirozeným přívodem spalovacího vzduchu, u nichž při spalování spaliny neprocházejí přes vrstvu paliva. Palivo (dřevo, uhlí) se přikládá do násypné šachty, která je umístěna nad ohništěm. Ve spalovací komoře hoří palivo na roštech (otočné, posuvné), ale spaliny neprocházejí celou vrstvou přiloženého paliva, takže tento kotel je také vhodný pro paliva s větším obsahem prchavé hořlaviny (hnědé uhlí, dřevo).

Zplyňovací kotle - Odhořívací spalovací stacionární zdroje s ruční dodávkou paliva, nuceným přívodem spalovacího vzduchu ventilátorem a speciální žáruvzdornou spalovací komorou. Kvalitně spalovat plynné palivo je výrazně jednodušší než spalovat tuhé palivo. Proto se ve zplyňovacích kotlích „převádí“ tuhé palivo na plynné - „zplyňování“.

Pro odhad počtu provozovaných kotlů v ČR pro rok 2001 byla použita data Asociace podniků topenářské techniky (APTT), která vykazuje prodeje spalovacích zařízení v ČR určených pro vytápění domácností. Počty jednotlivých konstrukcí byly upravovány tak, aby jejich celkový počet byl pro rok 2001 celkem 740 000 tj. v souladu s daty Českého statistického úřadu. Odhad počtu provozovaných kotlů v ČR pro rok 2015 byl převzat z publikace ministerstva průmyslu a obchodu (MPO) strana 13. Pro rozdělení na typ kotlů byl použit výše uvedený předpoklad, že většina litinových kotlů pracuje s prohořívacím typem spalování a většina vyrobených ocelových kotlů pracuje s odhořívacím typem spalování.

Dle údajů Českého statistického úřadu (ČSÚ), bylo v roce 2001 v českých domácnostech v provozu celkem 740 tis. malých spalovacích zařízení na tuhá paliva. V roce 2015 bylo v provozu cca 621 tis. těchto zařízení. Varianty pro rok 2021 jsou přepočítány podle poměru předpokládaného provozu kotlů na uhlí a biomasu v roce 2015 na uvažovaný počet provozovaných spalovacích zařízení v roce 2021.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Pro stanovení podílů uhlí a biomasy spálených na daných konstrukcích kotlů je potřeba vycházet z počtu provozovaných kotlů na dané palivo a také je nutné brát v úvahu, jaká je reálná účinnost daných konstrukcí kotlů.

Měrné emise ME široké skupiny znečišťujících látek byly měřeny v průběhu let 2008 až 2013 na Výzkumném energetickém centru v Ostravě. Všechna experimentální data byla získána zejména při provozu kotlů na jmenovitý výkon a nezahrnují provoz při snížených výkonových hladinách, při špatné obsluze kotlů atp., kdy může být do ovzduší vypouštěno i řádově vyšší množství emisí znečišťujících látek.

Pro oficiální bilancování emisí znečišťujících látek z vytápění domácností v ČR se užívá metodika ČHMÚ z roku 2006 aktualizovaná podle výsledků posledního Sčítání lidu, bytů a domů z roku 2011 (SLDB 2011). Podstatou této metodiky je výpočet množství spálených paliv v členění na jednotlivé obce ČR.

Na základě uvedeného postupu byly vypracovány odhady zastoupení typů konstrukcí spalovacích zařízení na spotřebě uhlí a biomasy pro rok 2001, 2015 a pro rok 2021 ve třech možných variantách a je také odhadnuta průměrná účinnost spalovacích zařízení.

Tento příspěvek představuje metodiku stanovení používaných emisních faktorů znečišťujících látek produkovaných při vytápění domácností při spalování tuhých paliv v ČR. Autory sestavené emisní faktory znečišťujících látek jsou používané pro oficiální bilance emisí znečišťujících látek za ČR.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Emisní faktory znečišťujících látek jsou stanovovány z experimentálně získaných měrných emisí znečišťujících látek a dostupných statistických dat o počtech domácností v ČR, o prodejích kotlů v ČR, o způsobu vytápění atd.

Výhodou této metodiky stanovení emisních faktorů znečišťujících látek je možnost její snadné aktualizace v případě dostupnosti nových měrných emisí znečišťujících látek a statistických dat o způsobu vytápění domácností tuhými palivy.

Sledování jednotlivých zdrojů pro vytápění domácností v ČR by bylo velmi těžko realizovatelné, protože se jedná o stovky tisíc zdrojů. Proto jsou tyto zdroje bilancovány tzv.

EF používané v nedávné minulosti (do roku 2013, v roce 2014 byla provedena revize bilancí za léta 2000 až 2013) byly stanoveny pro čtyři druhy tuhých paliv (hnědé uhlí, černé uhlí, koks a biomasa) a nijak nereflektovaly typ použitého spalovacího zařízení.

Tyto emisní faktory byly stanoveny v době, kdy byly pro vytápění používány převážně prohořívací a odhořívací kotle. V posledních letech dochází ke změnám v zastoupení používaných konstrukcí spalovacích zařízení.

Postupně bude docházet k poklesu prodeje starých typů spalovacích zařízení (prohořívací, odhořívací), které budou nahrazovány moderními zařízeními s nižší produkcí emisí znečišťujících látek (automatické, zplyňovací), což bude způsobeno zejména novými legislativními požadavky.

Zde prezentované stanovení emisních faktorů se snaží tento trend zohlednit v národních bilancích emisí znečišťujících látek [5] pomocí pravidelné aktualizace EF.

Emisní faktory používané v nedávné minulosti (do roku 2013) byly postaveny pouze pro různé druhy paliv (hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa atd.), ale množství znečišťujících látek je také podstatně ovlivňováno používanými konstrukcemi spalovacích zařízení.

Dříve používaná metodika to nezohledňovala hlavně z důvodu nedostatku statistických dat (informace o počtech spalovacích zařízení v členění podle konstrukce pro každou obec). Nyní je možné pravidelně aktualizovat emisní faktory tak, jak je to prezentováno v tomto příspěvku, např. podle aktuálních informací o počtech provozovaných spalovacích zařízení v domácnostech v ČR.

ME prezentované v tomto článku jsou stanoveny při jmenovitém výkonu kotlů, což znamená „ideální“ provoz. Ve skutečnosti jsou často kotle v domácnostech provozovány na snížený výkon, při kterém vzniká vyšší množství ZL (přibližně 2 až 5krát více). Podle odhadu Směrnice o Ekodesignu 2009/125/ES jsou kotle provozovány na snížený výkon po 85 % provozní doby.

Polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a polychlorované dibenzofurany (PCDF) patří mezi perzistentní organické polutanty (POPs). PCDD/PCDF vznikají jako nežádoucí vedlejší produkty při řadě antropogenních procesů. PCDD/PCDF jsou emitovány z termických procesů spalujících organickou hmotu a chlór jako výsledek neúplného spalování.

PCB se vyznačují chemickou a fyzikální stabilitou, jsou stálé i za teplot 300°C, nehořlavé, prakticky nerozpustné ve vodě, dobře se ale rozpouští v organických rozpouštědlech a tucích. PCB byly v poměrně nedávné minulosti průmyslově vyráběné a intenzivně používané. Po zjištění perzistence PCB v prostředí a jejich škodlivých účinků včetně poškození zdravotního stavu člověka byla již koncem 70.

Hlavními zdravotními příznaky exponovaných osob jsou kožní potíže, snížení kapacity plic a dýchací potíže, poškození jater.

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) vznikají kondenzací dvou a více benzenových jader. PAU jsou za normálních podmínek tuhé látky, většinou bezbarvé, bílé nebo žluté. Dominantním zdrojem PAU v ekosféře dnešního světa je však činnost člověka. Vznikají zejména z nedokonalých spalovacích procesů, přičemž největší množství vzniká v domácích topeništích na tuhá paliva, dále pak ve spalovacích motorech.

Biomasa má u malých kotlů cca 2krát vyšší emisní faktor, ale vyskytlo se i měření, které mělo naopak emisní faktor oproti uhlí přibližně třetinový, viz. obrázek. Při srovnání emisních faktorů u velkých kotů s emisními faktory u malých kotlů jsou emisní faktory u velkých zdrojů téměř o tři řády nižší. Emisní faktor pro biomasu je cca 2krát nižší než pro černé uhlí. Podobné výsledky vykazují i měření na velkých kotlích, kdy při částečném nahrazení uhlí biomasou došlo ke snížení tvorby PAU.

Moderní koncepce libereckého zařízení na energetické využití komunálního odpadu využívá ověřených postupů čištění spalin a technologických vod a tak je samozřejmostí, že splňuje všechny platné české i ekvivalentní evropské limity pro emitované znečisťující složky.

Zařízení na energetické využití komunálních odpadů nahrazuje teplo vyrobené sousední Teplárnou Liberec a významným způsobem snižuje emise hlavních znečišťujících složek do ovzduší (především oxidů síry a dusíku).

Problematika čištění spalin včetně emisí dioxinů je v moderních spalovnách dokonale zvládnutá a stejně tak je tomu i v zařízení společnosti TERMIZO a.s.

Katalytickému rozkladu předchází filtrace nejjemnějších prachových podílů jako u klasického textilního filtru. Regenerace filtru se provádí automaticky po dosažení předepsané tlakové ztráty na filtru nebo v určených časových periodách. Dochází tedy ještě k dalšímu snižování emisí prachu.

Metoda tedy oxiduje stopové koncentrace organických látek (nejen PCDD/F, ale i složité aromatické uhlovodíky) na neškodnou vodu, oxid uhličitý a chlorovodík. Chlorovodík se zachytává v pračce spalin.

Opakované emisní inventury, které prováděly pro MŽP ČR vybrané týmy odborníků, zjistily celkovou roční emisi v minulosti v rozsahu 640 - 740 g TE PCDD/F. Z toho tvoří emise z lokálních topenišť cca 400 g, aglomerace železné rudy cca 200 g, sekundární produkce hliníku cca 5 g. V posledních letech se zjednodušila metodika měření PCDD/F a zároveň se významně zpřísnily limity, ale i tak jsou celkové emise v ČR velmi vysoké.

Výpočet celkových emisí PCDD/F ze zařízení na energetické využití odpadů TERMIZO a.s. lze provést jednoduchým postupem: průměrné roční emise v roce 2005 = 0,017 (ng TE/m3)* 8 000 (h/rok)* 60 000 (m3/h) = 0,008 g TE PCDD/F - tato hodnota je extrémně nízká.

Dosaženou kvalitou by bylo možné vypouštět tyto vody přímo do řeky Nisy, ale považujeme za ohleduplnější k životnímu prostředí, vypouštět tyto vyčištěné vody do kanalizace. Projdou totiž ještě jedním čištěním v centrální městské čistírně a jsou vypuštěné za městem do daleko většího průtoku řeky.

V souladu s principy ochrany životního prostředí jsme hledali cestu ke snížení množství takto produkovaného odpadu. K minimalizaci množství produkovaných pevných odpadů byla vybrána směs strusky a vypraného popílku z těchto důvodů: • má příznivé složení vhodné ke stavebnímu využití • chemické analýzy prokazují možnost dosažení legislativních limitů • obsahuje vypálený železný šrot vhodný k recyklaci do hutí. Došlo tedy k dramatickému poklesu produkovaných odpadů ve prospěch nových výrobků, jak je uvedeno na grafu. Bylo dosaženo snížení množství produkovaného odpadu o 96%. Tato intenzifikace původní technologie zcela splňuje priority ochrany životního prostředí, tedy maximální množství odpadů (pokud již vznikly) materiálově využívat a šetřit tak primární přírodní zdroje.

Pokud by jako dříve byl směsný komunální odpad skládkován, skončilo by toto velké množství toxických kovů nekontrolovaně v tělesu skládky, kde by mohlo probíhat rozpouštění do skládkových vod. Tento materiálový výstup se předává pověřené firmě jako nebezpečný odpad a je přepracováván takovým způsobem, aby ho bylo možné uložit na zabezpečenou skládku nebezpečného odpadu. Konkrétně v našem případě je tento odpad zpracovaný solidifikací, tj. stabilizací toxických složek speciální recepturou (přidáním cementu).

Je jistě potřebné především zamezovat vzniku odpadů například podporováním materiálově méně náročných výrob a důslednou recyklací produktů. Tento postup je však velmi náročný časově i finančně. Nepochybně je důležité i chování každého z nás, snaha třídit vlastní produkované odpady a šetrný přístup k přírodě.

Je nesporné, že zařízení které umí využít 96 000 tun problematického a obtížně zpracovatelného komunálního odpadu tak, že vyprodukuje pouze 1,5 % nebezpečného pevného odpadu (navíc ve formě méně nebezpečné než jsou vstupní odpady), je velmi užitečné.

Proces energetického využívání odpadů vyprodukuje tepelnou energii pro 13 000 domácností, elektrickou energii pro 3 000 domácností libereckého regionu a to při vysokém pracovním standardu, při důsledném dodržování přísných limitů emisí do ovzduší, vod a pevných produktů.

Takové zařízení je zařízení na energetické využití komunálních odpadů společnosti TERMIZO a.s., která již dnes naplňuje požadavky integrované ochrany životního prostředí.

Emisní faktory a statistické údaje

Následující tabulky shrnují klíčové údaje a odhady týkající se provozu kotlů a emisí v českých domácnostech:

Z výsledků uvedených v Tab. 6 vyplývá, že v současnosti (rok 2015) je uhlí spalováno převážně v kotlích s odhořívacím principem spalování (cca 83 %), část v kotlích s prohořívacím principem spalování (15 %) a jen malé procento je spalováno v automatických kotlích. Dřevo je převážně spalováno v kotlích s prohořívacím principem spalování (68 %), ve zplyňovacích kotlích (19 %) a částečně v odhořívacích kotlích (11 %).

V budoucnosti se snad i díky zpřísněným požadavkům na emisní parametry kotlů [3, 6] předpokládá značný úbytek počtu provozovaných prohořívacích kotlů a částečný úbytek starých odhořívacích kotlů. Také díky různým formám ekologických dotačních programů se předpokládá zvýšení počtu nových moderních konstrukcí kotlů (automatické, zplyňovací), které splňují požadavky dle ČSN EN 303-5 třídy 5 [8] a produkují řádově desetinové množství emisí TZL, CO a TOC oproti prohořívacím a odhořívacím kotlům (pokud jsou dobře provozovány a udržovány, více viz SMOKEMANovo desatero správného topiče [13]).

Nyní je možné pravidelně aktualizovat emisní faktory tak, jak je to prezentováno v tomto příspěvku, např. podle aktuálních informací o počtech provozovaných spalovacích zařízení v domácnostech v ČR.

tags: #emise #PCDD/F #při #vytápění #domácností

Oblíbené příspěvky:

• České odborné časopisy o ekologii
• Drtič odpadu: Recenze a zkušenosti
• Ekologické zemědělství a dotace
• Jak správně připojit odpad u kuchyně
• Aplikace pro třídění odpadu