Krajské integrované centrum nakládání s odpady - Může jedna vesnice vyprodukovat tolik dioxinů jako velká spalovna odpadů?

Přeskočit na menu

Napsali o nás

Může jedna vesnice vyprodukovat tolik dioxinů jako velká spalovna odpadů?

březen 2012

ABSTRAKT

Tři velké spalovny odpadů spálily v roce 2009 cca 360 tis. tun odpadů a přitom emitovaly ve spalinách do ovzduší cca 40 mg PCDD/F - vyjádřeno jako TEQ. Jedna průměrná (hypotetická) obec s dvěmi tisícovkami obyvatel, která by byla vytápěna pouze tuhými palivy (cca 4 tis.tun paliva), by za topnou sezónu emitovala ve spalinách do ovzduší cca 2 až 60mg PCDD/F - Vyjádřeno jako TEQ. Můžeme konstatovat, že z pohledu produkce PCDD/F do ovzduší má jedna obec vytápěna tuhými palivy potenciál vyprodukovat podobné (v některých případech menší, ale i větší množství dioxinů jako velká spalovna odpadů.

ÚVOD

S příchodem topné sezóny se kvalita ovzduší v mnoha našich vesnicích a městech dramaticky zhorší. Spalování tuhých paliva odpadů v ohništích malých i velkých výkonů je vždy doprovázeno tvorbou znečišťujících látek. Otázkou zůstává jejich absolutní množství vyprodukované za daný čas. Tento příspěvek je zaměřen na produkci toxických dioxinů (PCDD/F) ve spalinách, které jsou emitovány do ovzduší. Bilance množství znečišťujících látek produkovaných domácími topeništi představuje specifickou oblast a potýká se v podobě emisního faktoru a spotřeby paliv s otázkou důvěryhodnosti a potřeby odborné diskuse. Podíl domácích topenišť na celkové roční produkci dioxinů (do ovzduší) v ČR byl stanoven cca na 10 % [4].Na zkušebně Výzkumného energetického centra se uskutečnila rozsáhlá experimentální kampaň zaměřená na stanovení emisí znečišťujících látek, které jsou produkovány při spalovánítuhých paliv v malých zařízeních pro vytápění domácností [5].Pro spalování různých druhů paliv bylo použito pět základních konstrukčních typů spalovacích zařízení. Opakovaně bylo spalováno 5 druhů tuhých paliv (hnědé a černé uhlí, měkké a tvrdé dřevo a pelety z rostlinné biomasy). Na základě výsledků byly navrženy nové hodnoty emisních faktorů, které umožňují aktualizaci republikové bilance a také bilanci na úrovni průměrné (hypotetické) české obce.

ROČNÍ PRODUKCE PCDD/F Z VELKÝCH SPALOVEN KOMUNÁLNÍHO ODPADU PROVOZOVANÝCH V ČR

Bilance roční produkce PCDD/F ze spaloven komunálního odpadu je prováděna na základě pravidelných (2×ročně) jednorázových měření realizovaných na daném zdroji znečišťování ovzduší. Výsledky měření poskytnou informaci o měrné emisi PCDD/F (např. µg PCDD/F TEQ/todpadu) a v kombinaci s údajem o ročním spáleném množstvím odpadu je vypočtena roční produkce dioxinů. Výsledky bilance emisí PCDD/F ze tří největších spaloven komunálního odpadu v ČR jsou uvedeny v tabulce 1. V roce 2009 vyprodukovaly tři největší české spalovnyodpadu cca 40 mg PCDD/F (jako TEQ – toxický ekvivalent), což je v porovnání s produkcí za rok 2007 méně než poloviční množství. Jak je z hodnot zřejmé, největší podíl na této redukci má snížená produkce dioxinů ze spalovny v Malešicích, kde byla instalovaná technologie De-Diox (4 katalytické reaktory). Pro potřeby porovnání roční produkce dioxinů ze spaloven s roční produkcí dioxinů z lokálních topenišť můžeme tedy konstatovat, že se tato produkce pohybuje v řádech několika desítek mg PCDD/F (jako TEQ) za rok. Z jedné tuny odpadu spáleného ve spalovně odpadů (kvalitní technologie) se vyprodukuje cca 0,12 mikrogramů PCDD/F (jako TEQ) – viz poslední sloupec v tabulce 1. Znečišťovatelé jsou povinni hlásit emise znečišťujících látek do Integrovaného registru znečišťování [7], pokud jejich produkce je větší než ohlašovací práh, což pro PCDD/F je 100 mg PCDD/F (jako TEQ) za rok. Z údajů registru vyplývá, že ohlašovací práh překračují znečišťovatelé z hutního průmyslu a také energetiky [8]. Údaje o spalovnách odpadů pro PCDD/F zde nenajdeme, protože jsou pod ohlašovacím prahem.

Tabulka 1: Roční produkce PCDD/F ze tří největších spaloven komunálního odpadu v ČR

množství spáleného odpadu
(todpadu/rok)
roční emise PCDD/F
(mg TEQ/rok)
vypočtený emisní faktor
PCDD/F dle bilance
(µg TEQ/todpadu)
v roce 2007 v roce 2009 v roce 2007 v roce 2009 v roce 2007 v roce 2009
Pražské služby, a. s., spalovna Malešice 213 387 208 225 70,0 18,0 0,328 0,086
Sako Brno, a. s. 86 029 54 601 7,7 4,3 0,090 0,079
Termizo, a. s., Liberec 91 165 96 810 15,0 18,1 0,165 0,187
Suma (průměr) 390 581 359 636 92,7 40,4 (0,194) (0,117)


METODIKA BILANCE EMISÍ ZNEČIŠŤUJÍCÍCH LÁTEK Z LOKÁLNÍCH TOPENIŠŤ

Bilance emisí znečišťujících látek vyprodukovaných spalováním tuhých paliv pro potřebu vytápění domácností se provádí na základě výpočtů ze statistických dat, klimatologických informací a emisních faktorů (EF) [3]. Zjednodušeně řečeno se množství emisí dané znečišťující látky pro kategorii REZZO 3 vypočítá dle vzorce:

A = Σ ( Bi * EFi ) [kg/rok] kde je:
A roční emise dané znečišťující látky v kg/rok
i druhy paliv (hnědé a černé uhlí, koks, dřevo)
Bi roční spotřeba daného paliva v t/rok
EFi emisní faktor dané látky pro dané palivo v kg/t

Spotřeba paliva „B“ je stanovována mj. také z průměrné teplotytopného období, převedené na počty denostupňů a parametrůjednotlivých domácností. Mezistupněm pro stanovení spotřebypaliva je stanovení potřeby tepelné energie jednotlivých byto-vých jednotek.

POUŽÍVANÉ EMISNÍ FAKTORY

Emisní faktor je veličina, která vyjadřuje střední množství sledované škodliviny vzniklé při spálení daného paliva a obvykle je toto množství vztaženo na hmotnost paliva (např. µg TEQ/t= ng TEQ/kg) anebo na energii obsaženou v palivu (např. ngTEQ/GJ = µg TEQ/TJ). Právě hodnota zvoleného emisního faktoru zásadním způsobem ovlivňuje bilanci emisí PCDD/F produkovaných při spalování uhlí a dřeva v malých spalovacích zařízeních. Hodnota emisního faktoru je zásadně ovlivněna druhem spalovaného paliva (zejména obsah Cl), typem spalovacího zařízení a provozními podmínkami. Zahrnout tyto skutečnosti do bilance není snadné.Pro výpočet emisí PCDD/F z jedné obce jsme použili tři sady emisních faktorů viz tabulku 2. První sada označená jako ČHMÚ představuje emisní faktory, které ČHMÚ používá pro výpočty ročních bilancí emisí PCDD/F z lokálních topenišť pro Českou republiku [2]. Druhá sada faktorů označená jako EEA představuje emisní faktory, které doporučuje European Environment Agency [1]. Sada označená jako VEC představuje výsledky rozsáhlé experimentální kampaně, která se uskutečnila na Výzkumném energetickém centru v rámci řešení projektu SP/1a2/116/07 [5]. Experimenty byly uskutečněny na různých typech spalovacích zařízení, která představují základní konstrukční typy (prohořívací, odhořívací, zplyňovací a automatický kotel, krbová kamna) s různými druhy spalovaných paliv. Celkem bylo provedeno 56 experimentů. Hodnoty uvedené ve sloupci VEC představují vážený průměr, který pro dané palivo zohledňuje skladbu používaných spalovacích zařízení. Výsledky ukazují, že spalování černého uhlí je doprovázeno výrazně vyšší produkcí PCDD/F než spalování hnědého uhlí a dřeva. Jedním z hlavních známých důvodů je to, že černé uhlí ze Slezské pánve obsahuje více chloru než hnědé uhlí a dřevo (náš vzorek obsahoval 0,16 % Cl).Uvedené emisní faktory (vyjma faktoru VEC pro hnědé uhlí a dřevo) jsou ve srovnání s emisním faktorem pro spalování odpadu ve velkých spalovnách (viz tabulku 1) výrazně vyšší (o jeden až dva řády). Hodnoty VEC byly získány při spalování kvalitních tuhých paliv (tříděné černé a hnědé uhlí a suché dřevo) při podmínkách blízkým jmenovitému výkonu. Je zřejmé, že při spoluspalování odpadů a provozu spalovacích zařízení přisníženém výkonu budou hodnoty emisního faktoru vyšší.

ROČNÍ PRODUKCE PCDD/F JEDNÉ PRŮMĚRNÉ(HYPOTETICKÉ) ČESKÉ OBCE

Stanovení parametrů průměrné české obce pro potřeby bilance představuje mnoho zjednodušení a nepřesností, o kterých je možno vést diskuzi a optimalizovat je. Pro základní cíl tohoto příspěvku, tedy porovnání produkce dioxinů z domácností s produkcí dioxinů z velkých spaloven odpadů, by měly být níže uvedené předpoklady dostačující:
– 2000 obyvatel
– 696 domácností (dle průměrného počtu lidí žijících v jedné domácnosti)
– průměrná potřeba tepla (výkon ne příkon) pro vytápění jednoho domu byla stanovena cca na 70 GJ/rok (topná sezóna)
– průměrná účinnost spalovacích zařízení používaná pro spalování tuhých paliv byla odhadnuta přibližně na 65 % (pro různé typy spalovacích zařízení se tento údaj dramaticky liší a také ve většině případů jsou kotle provozovány při sníženém výkonu, odhad se snaží zahrnout i tyto skutečnosti)
– výhřevnost hnědého uhlí 18 MJ/kg, výhřevnost suchého dřeva 14,6 MJ/kg, výhřevnost černého uhlí 25,4 MJ/kg.

Tabulka 2: Emisní faktory PCDD/F pro jednotlivá paliva dlerůzných informačních zdrojů

emisní faktory PCDD/F pro jednotlivá paliva dle různých zdrojů (µg/tpaliva)
ČHMÚ EEA VEC
Hnědé uhlí 6,0 14,4 0,766
Černé uhlí 4,0 20,4 10,5
Dřevo 5,0 10,2 0,368


ČHMÚ – Český hydrometeorologický ústav
EEA – European Environment Agency
VEC – Výzkumné energetické centrum, VŠB-TU Ostrava

Tabulka 3: Roční emise PCDD/F z vytápění průměrnéhypotetické obce pro jednotlivá paliva dle různých výpočtů

roční emise dioxinů z vytápění průměrné obce(2000 ob.) pro jednotlivá paliva v mg TEQ/rok
ČHMÚ EEA VEC
Hnědé uhlí 25 60 3
Černé uhlí 12 60 31
Dřevo 26 52 2


Dle výše uvedených předpokladů byla vypočtena hypotetická spotřeba jednotlivých druhů paliv, která by uspokojila potřeby tepla pro vytápění hypotetické průměrné obce. V kombinaci s emisními faktory uvedenými v tabulce 2 byly vypočteny emise PCDD/F z hypotetické obce a jejich hodnoty jsou uvedeny v tabulce 3. Každý řádek tedy představuje množství PCDD/F, kteréby bylo emitováno komíny dané vesnice, pokud by byla vytápěna daným palivem. V reálných obcích budou jednotlivá paliva zastoupena odlišně dle lokální situace a také podíl ostatního způsobu vytápění se bude lišit dle parametrů dané lokality (zemní plyn, elektřina, dálkové topení apod.). Jednotlivé sloupce představují výsledné hodnoty při použití různých sad emisních faktorů.

OFICIÁLNÍ VÝSLEDKY BILANCE EMISÍ PCDD/FZ LOKÁLNÍCH TOPENIŠŤ PRO ČR

Bilanci emisí znečišťujících látek produkovanými malými spalovacími zařízeními provádí ČHMÚ dle vlastní metodiky [3]. Její výsledky jsou každoročně uveřejňovány v ročenkách „Znečištění ovzduší na území ČR“. Výsledky bilance PCDD/F z malých zdrojů znečišťování REZZO3 (převážně vytápění domácností) jsou uvedeny na obr 1.

ZÁVĚR A DISKUSE

Tři velké spalovny odpadů spálily v roce 2009 cca 360 tis. tun odpadů a přitom emitovaly ve spalinách do ovzduší cca 40 mg PCDD/F (jako TEQ). Jedna průměrná (hypotetická) obec s dvěmi tisícovkami obyvatel, která by byla vytápěna pouze tuhými palivy (cca 4 tis. tun paliva), by za topnou sezónu emitovala ve spalinách do ovzduší cca 2 až 60 mg PCDD/F (jako TEQ). Můžeme konstatovat, že z pohledu produkce PCDD/F do ovzduší má jedna obec vytápěná tuhými palivy potenciál vyprodukovat podobné (v některých případech i větší) množství dioxinů jako velká spalovna odpadů. Hmotnost spáleného odpadu ve spalovně je nepoměrně vyšší než hmotnost spáleného paliva v průměrné hypotetické obci, takže je zřejmé, že kvalita spalování odpadu ve spalovně (0,12 µgTEQ/todpadu) je násobně vyšší než kvalita spalování kvalitního paliva v lokálním topeništi (0,37 ÷ 20 µgTEQ/tpaliva).Tato skutečnost je způsobena kvalitním vybavením technologie spaloven, jejichž součástí je také víceúrovňové čištění spalin. Odhaduje se, že ročně se v ČR v lokálních topeništích spálí minimálně cca 2,3 mil. tun tuhých paliv [3]. Značný rozptyl v odhadu emisí dioxinů z lokálních topenišť je způsoben také tím, že množství vyprodukovaných dioxinů je vlivněno níže uvedenými faktory (tyto faktory jsou v praxi dle lokality velmi proměnlivé a dostupnost těchto informací je minimální):
– typ spalovacího zařízení (prohořívací, odhořívací, zplyňovací a automatické spalovací zařízení),
– druh paliva (hnědé uhlí, dřevo, černé uhlí, koks, velkým nešvarem je spoluspalování domovního odpadu)
– vliv obsluhy (obsluha může dramaticky ovlivnit kvalitu spalovacího procesu – nastavení klapek spalovacích vzduchů)
– vliv instalace (údržba zařízení a komínu, akumulační nádoba, regulace min. teploty vratné topné vody, předimenzování výkonu instalovaného zařízení)
Samozřejmě zůstává otázka ohledně absolutního množství emitovaných dioxinů. Při spalování hnědého uhlí a dřeva bylo v moderních malých spalovacích zařízeních dosaženo úrovně cca 0,77 µTEQ/tuhlí a 0,37 µTEQ/tdřeva, což bychom mohli považovat za velmi dobré hodnoty. Malé zdroje znečišťování neprodukují malé množství emisí a výrazně ovlivňují kvalitu ovzduší, které dýcháme. Jen malá část dioxinů se do lidského těla dostane dýcháním, nejvíce potravou, ale při spalování tuhých paliv vzniká mnoho dalších problematických znečišťujících látek např. PM10 a PAU. Regulační mechanismy a nástroje jsou pro spalovny odpadů vyřešeny, ale nástroje pro regulaci či ovlivnění provozovatele lokálního topeniště jsou minimální a v podstatě nepoužitelné. Co se sousedem, který spaluje nábytek a sváží stará okna? Časem prověřená německá cesta, kdy kominík každý rok musí vidět, vyčistit komín a změřit spalovací zařízení (nad 15 kW), by mohla být inspirací a při pohledu na hustý dým valící se z mnoha nízkých komínů by možná argument s narušením domovní svobody lehce ztratil na jeho vážnosti.

LITERATURA

1. European Environment Agency, MEP/EEA emission inventory guidebook 2009 – Part B – 1. A.4. small combustion. Dostupné na http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-emission--inventory-guidebook-2009/part-b-sectoral-guidance-chapter-s/1-energy/1-a-combustion/1-a-4-small-combustion-tfeip--endorsed-draft.pdf
2. Horák, J., Machálek, P.: Emise POP a těžkých kovů z malých zdrojů a jejich emisní faktory – díl I. Ostrava : VŠB-TU Ostrava,2008. 158 s. ISSN-ISBN 978-80-248-1816-0.
3. Machálek P., Machart, J.: Emisní bilance vytápění bytů malými zdroji od roku 2001, ČHMÚ 2003. Dostupné na http://www.chmi.cz/uoco/emise/embil/metodika_rezzo3.pdf
4. http://www.eea.europa.eu/publications/european-union-emi-ssion-inventory-report
5. http://www.isvav.cz/projectDetail.do?rowId=SP%2F1A2%-2F116%2F07
6. http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/web_generator/incinerators/index_CZ.html
7. http://www.irz.cz/irz/new/
8. http://tomcat.cenia.cz/irz/

Jiří Horák, František Hopan, Kamil Krpec

Zdroj: VŠB-TUO, Výzkumné energetické centrum, Inovace pro efektivitu a životní prostředí, Ostrava-Poruba

<< zpět

Podmenu


Hlavní menu