Wyniki badań emisji dla rozpalania od góry

Niezależne badania z kilku ośrodków na świecie pokazują, że rozpalanie od góry w przebadanych piecach obniżało emisję pyłów o 50-80% a benzo-a-pirenu (badane tylko w jednym przypadku) o ~80%. Potwierdza to obserwacje z domowych kotłowni: mniej dymu, mniej sadzy, mniejsze zużycie opału – to mniejsza emisja zanieczyszczeń. Zebrane zostały tutaj wszystkie znane jak dotąd badania efektów rozpalania od góry. Daj znać jeśli masz coś, co nie zostało tu wymienione.

Badania polskie

W kraju zbyt wielu badań nie przeprowadzono, ale są dane pozwalające oceniać efekty rozpalania od góry węgla kamiennego, czego w zachodnich badaniach najbardziej brakuje.

Wskaźniki emisji z różnych typów urządzeń grzewczych

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu wypuścił raport zestawiający wskaźniki emisji z urządzeń grzewczych różnych rodzajów. Nie ma tam bezpośredniego porównania takiego samego rodzaju kotła rozpalanego od dołu i od góry. Ale jest kocioł zasypowy rozpalany od dołu (z dmuchawą i bez, na grubym węglu, flocie i drewnie) oraz kocioł miałowy (rozpalany od góry).

Powinno dawać do myślenia, że kocioł z nadmuchem spalający miał współprądowo (od góry) emituje o połowę mniej pyłów i DWADZIEŚCIA RAZY MNIEJ benzo-a-pirenu niż podobny kocioł spalający gruby (lepszy!) węgiel, tyle że od dołu.

Dane z artykułu dra Zawistowskiego

Skrótowe informacje o emisjach dla różnych kotłów i metod palenia przytacza dr inż. Jacek Zawistowski w swoim artykule z 2008 roku. Są to tylko liczby będące ilustracją do tekstu, bez detali badań, które byłyby bardzo przydatne. Poniżej dla jasności dane z artykułu zostały przerysowane w formie wykresów.

Porównanie emisji z kotła rozpalanego od dołu i od góry z artykułu dr. inż. Jacka Zawistowskiego. W artykule użyta jest błędna jednostka dla benzo-a-pirenu: powinny być mikrogramy a nie miligramy.

Z powyższych wykresów interesują nas głównie kolumny: pierwsza, trzecia i czwarta. Brak tu niestety porównania takiego samego kotła i paliwa dla dwóch różnych metod palenia, ale jest porównanie spalania węgla orzecha od dołu i miału – od góry. Taki układ powinien faworyzować rozpalanie od dołu, wszak orzech to węgiel lepszej jakości.

A jednak kocioł miałowy rozpalany od góry (kolumna czwarta) emituje 65% mniej pyłu i 90% mniej benzo-a-pirenu niż kocioł rozpalony od dołu na lepszym węglu (kolumna pierwsza). Podobne wyniki osiąga kocioł dolnego spalania zasilany węglem orzechem, który również spala paliwo współprądowo, czyli w sposób prawidłowy – tak samo jak kocioł górnego spalania rozpalony od góry, choć powinien być w stanie robić to lepiej.

Dr Zawistowski w momencie publikacji w/w artykułu był pracownikiem Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu – i to nie byle jakim, bowiem przez lata szefował tamtejszemu laboratorium badającemu kotły, jego podpisy widnieją na certyfikatach wydawanych swego czasu przez Instytut. Wnosimy więc, że są to dane przytoczone na podstawie badań przeprowadzonych w Instytucie.

Badania IChPW na zlecenie Krakowskiego Alarmu Smogowego

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla na zlecenie Krakowskiego Alarmu Smogowego, za pieniądze z małopolskiego programu LIFE, wykonał badania porównujące emisje przy paleniu od dołu i od góry w kilku różnych urządzeniach grzewczych. Tutaj pełny raport z tych badań. W 2019 roku ten sam raport został dodany na stronie KAS. Autorami raportu są: dr inż. Katarzyna Matuszek (kierownik projektu), mgr inż. Piotr Hrycko, Zygmunt Kamiński, Michał Pańczyk.

Przebadano następujące urządzenia:

  • kocioł miałowy typu Generator 35kW – z nadmuchem
  • kocioł węglowy PEREKO KSW Plus 20kW – z nadmuchem
  • kocioł węglowy Moderator 25kW – z nadmuchem
  • kocioł węglowy typu SKI 17,5kW – naturalny ciąg, z doprowadzeniem powietrza wtórnego
  • piec żeliwny typu koza o nieznanej mocy – naturalny ciąg, bez powietrza wtórnego

W każdym z urządzeń przeprowadzono po jednym cyklu palenia każdą z metod i każdym z paliw: węglem sortymentu orzech (w miałowcu: miałem) oraz drewnem kawałkowym. Parametry zastosowanego węgla są bardzo wysokie – kaloryczność aż 29MJ, więc mamy tu do czynienia z typem co najmniej 32.2.

Tabela poniżej pokazuje względną zmianę emisji w próbie palenia od góry w porównaniu do próby palenia od dołu (im większy minus, tym lepiej). Przeliczone na podstawie wartości emisji na GJ energii w paliwie podanych w pełnym raporcie.

Kocioł (paliwo podst.) Paliwo Emisja pyłów Emisja b(a)p
Generator (Miał) Miał -95% +150%
Generator (Miał) Drewno -5% -14%
KSW Plus (Węgiel) Węgiel -79% -74%
KSW Plus (Węgiel) Drewno -23% +1880%
Moderator (Węgiel) Węgiel -43% -68%
Moderator (Węgiel) Drewno -26% +132%
SKI (Węgiel) Węgiel -33% -74%
SKI (Węgiel) Drewno -81% -89%
Piec koza Węgiel +3% -50%
Piec koza Drewno +103% +374%

I jeszcze zmiana emisji z podziałem na rodzaje paliw:

Paliwo Emisja pyłu Emisja b(a)p
Węgiel -50% -25%
Drewno -6% +480%

Skąd takie a nie inne wyniki – zarówno duże spadki jak i niebywałe wzrosty emisji? Tego się z raportu nie dowiemy. Wszelkie negatywne spostrzeżenia zostają zrzucone na technikę rozpalania od góry jako taką.

Skąd tak ogromne nieraz wzrosty emisji b(a)p przy spalaniu drewna? Po pierwsze trzeba zauważyć, że większość przebadanych urządzeń nie jest fabrycznie przystosowana do spalania drewna. Objawia się to głównie tym, że powietrza wtórnego jest podawane mniej lub nie ma go wcale (koza). Właśnie w takich urządzeniach stwierdzono największe wzrosty emisji b(a)p przy spalaniu drewna od góry.

Emisję węglowodorów aromatycznych (WWA, takim jest m.in. b(a)p) obniża się po prostu je spalając, a to wymaga min. 2 sekund przebywania tych substancji w temp. min. 800st.C i w atmosferze min. 6% tlenu (źródło, strona 223). Być może zadecydowały różnice w ilości gazów i skłonności do formowania się WWA w zależności od temperatur w palenisku, a może powietrze wtórne nie trafiło tam, gdzie powinno. Brak danych, które pozwalałby dokładniej zgadywać.

Co jest pewne: kocioł miałowy, mimo że również nie został fabrycznie przewidziany do spalania drewna, nie zanotował takich wzrostów emisji b(a)p jak pozostałe kotły z nadmuchem. Może to być kwestia zarówno ilości powietrza wtórnego (miał potrzebuje go więcej niż grubsze węgle, bo spala się bardziej "gazowo") jak i miejsc jego podania.

Skąd wzrost emisji b(a)p w kotle miałowym rozpalonym na miale zgodnie z instrukcją – od góry? Trzeba zajrzeć do raportu z badań, gdzie w tabeli nr 2 podano stężenie tlenu w spalinach przy rozpaleniu miałowca od góry: 2,77% – najmniej spośród wszystkich prób; znaczy to, że kocioł pracował na skrajnym niedoborze tlenu, czyli rzecz prawdopodobnie wynika z błędów obsługi. Ten sam rodzaj kotła na badaniach certyfikacyjnych w 2004 roku w tym samym instytucie osiągnął dużo lepsze wyniki – emisja benzo-a-pirenu była wtedy przeszło sześćdziesiąt razy niższa.

B(a)P: 483μg/m3 w badaniu niniejszym vs 7,3μg/m3 w badaniu certyfikacyjnym

Miałowiec to jedyny przypadek wzrostu b(a)p przy spalaniu od góry węgla. To on zaniża średni spadek emisji b(a)p do zaledwie 25%. Średni spadek emisji b(a)p z jego pominięciem wynosiłby dla węgla aż -70%.

Z uwagi na liczne niedostatki merytoryczne trudno całościowo poważnie traktować wyniki tych badań – nawet wtedy, gdy wychodzą bardzo dobre.

  • W przedmiocie badań Instytut pozostaje w konflikcie interesów: autorzy badania pracowali przy komercyjnym projekcie bezdymnego paliwa – tzw. błękitnego węgla. – w którego promocję zaangażowany jest także dyrektor Instytutu. Sam ten fakt stawia rzetelność badań pod wielkim znakiem zapytania. Cel błękitnego węgla jest dokładnie taki, jak cel stosowania rozpalania od góry. Zatem pozytywna ocena merytoryczna efektów rozpalania od góry kolidowałaby z interesem ekonomicznym Instytutu wynikającym z ew. komercjalizacji błękitnego węgla.
  • Każdy wariant (kocioł + paliwo + metoda palenia) został przebadany tylko jeden raz. To dalece za mało, aby wyciągać jakiekolwiek generalne wnioski. Takie a nie inne wyniki bardziej wynikać będą z braku wprawy operatora prowadzącego badania niż reprezentować faktyczne granice możliwości tej metody palenia. W sprawozdaniu zresztą widać pewne problemy typowe dla nowicjuszy, np. trudności z rozpaleniem w kotle Olsztyn SKI, gdzie jak widać choćby tutaj, jak najbardziej da się rozpalić na naturalnym ciągu. Podobnie wspomniany wcześniej kiepski wynik kotła miałowego w porównaniu do badań certyfikacyjnych z 2004 roku jest także efektem kiepskiej regulacji kotła.

Uważam, że badania te przedstawiają technikę rozpalania od góry w niesłusznie niekorzystnym świetle – a ich siła rażenia jest znaczna z uwagi na renomę Instytutu, który je wykonał. Dlatego podejmuję wszelkie dostępne kroki prawne, aby powyższe zarzuty zostały niezależnie ocenione a winni nierzetelności ponieśli tego konsekwencje. O efektach będę na bieżąco informował.

 

Czemu sami nie zlecimy badań?

Od kilku lat – niemalże od początku istnienia portalu – poszukiwałem sposobów, by zlecić przebadanie efektów rozpalania od góry w profesjonalnym laboratorium. Nic z tego jak dotąd nie wyszło.

O jakie kwoty chodzi? Początkowo myślałem, że wystarczające byłoby zlecenie badań na wzór atestacyjnych, czyli jeden nowy kocioł rozpalony raz tak, a raz tak. To byłby koszt "tylko" ok. 15 tys. zł. Teraz widzę, że byłoby to dalece za mało. Dla maksymalnie pełnego obrazu sytuacji trzeba by przebadać przynajmniej kilkanaście różnych kotłów najlepiej w miejscu i warunkach ich codziennej pracy. Bez min. 50 tys. zł nie ma co do tematu podchodzić. I nie, żadne uczelnie nie zrobią tego dużo taniej niż komercyjne laboratoria, bo to wymaga stosownego sprzętu, czasu i nakładu pracy fachowców, więc swoje będzie kosztować jeśli ma być wykonane profesjonalnie.

  • Próbowaliśmy uzbierać przynajmniej część funduszy wśród ludzi. Chwała wszystkim, co dorzucili się do zbiórki – niestety uzyskana kwota jest daleka od potrzeb.
  • Próbowaliśmy znaleźć jakieś "dotacje" bo przecież każdy laik powie: "to proste, weźcie dotacje". NIE MA. Chcesz ładować ludziom łopatą do głów, że smog jest i jest tak bardzo zły? Proszę bardzo, tu jest garniec ze złotem na te cele. Chcesz udowodnić, że jest prosty sposób, by smogu było mniej? Sorry, to nam do żadnej szufladki nie pasuje.
  • Próbowaliśmy poprosić o wsparcie różnych producentów kotłów. Odpowiedzialność społeczna fauny w tym bajorze, z największymi rybami włącznie, jest gdzieś w mule poniżej dna.
  • Próbowaliśmy poprosić o wsparcie kopalnie. Biedakom brakowało wtedy do pierwszego.
  • Próbowaliśmy poprosić o wsparcie sprzedawców węgla. Tu zdarzały się chęci, ale możliwości nie wystarczyło.

Co do sensu jakichkolwiek badań na obecną chwilę... One nigdy nie były potrzebne zwykłym ludziom. W kotłowni liczy się efekt: oszczędzone paliwo, zlikwidowane problemy, cieplej w domu. Natomiast ci, co aktywnie zwalczają czystsze palenie, nie potrzebują do tego wyników rzetelnie i miarodajnie przeprowadzonych badań. Ich motywacją jest albo ideologia walki z węglem jako takim, albo nieco naiwne dążenie do szybkiej wymiany wszystkich starych urządzeń grzewczych na nowoczesne. To drugie jest bardzo słuszne – naiwne dlatego, że z uwagi na koszty i skalę problemu, nierealne do szybkiego wdrożenia. A wcale nie musimy siedzieć w dymie i smrodzie do czasu, aż wszyscy będą mieli nowoczesne kotły. Właśnie dlatego bawimy się w półśrodki, bo podczas gdy wymiana kotłów dająca 100% efektu pełza, zmiana nawyków dająca ok. 50% efektu pójdzie co najmniej truchtem, bo kosztuje nieporównanie mniej.

Poza okopanymi obozami "za" i "przeciw" jest jeszcze całe mnóstwo ludzi "pomiędzy": nieobeznanych w temacie, dla których wyniki rzetelnych badań mogłyby być przekonującym argumentem. Dlatego jeśli ktoś ma pomysł, jak tego typu badania doprowadzić do skutku – zapraszam do kontaktu.

Badania zagraniczne

Większość badań dotyczy pieców na drewno i kominków, bowiem to drewno jest podstawowym paliwem stałym w większej części Europy. Wyjątkiem jest RPA, która leży na węglu.

RPA

Badania przeprowadzone w RPA wykazują spadek emisji pyłów o ~85% dzięki zastosowaniu rozpalania od góry. Na tej podstawie przeprowadzono w tym kraju szeroko zakrojoną kampanię informacyjną promującą tę metodę palenia. Badania przeprowadzono na takich urządzeniach, jakie są tam stosowane – prostych piecach kuchennych dosłownie wykonywanych ze starych wiader, co sprawia, że wyniki nie są do przełożenia 1:1 na naszą sytuację, ale dają jakieś pojęcie o efektach rozpalania od góry.

Badania z RPA, porównanie emisji pyłów w przeliczeniu na 1MJ uzyskanego ciepła: węgiel kamienny rozpalany od dołu (pierwsza kolumna od lewej), węgiel kamienny rozpalany od góry (druga kolumna).

Niemcy

W Niemczech metodę rozpalania od góry przebadał instytut Technologie- und Forderzentrum Straubing. W swojej publikacji na temat poprawnej obsługi pieców na drewno opisuje i zaleca rozpalanie od góry.

Portugalia

Badania z Portugalii dotyczące spalania drewna (sosny i buka) pokazują spadek emisji pyłów od kilkunastu procent do nieco ponad połowy (zależnie od gatunku drewna). Dotyczą spalania w zamkniętym piecyku bez dopływu powietrza wtórnego, co ogólnie nie jest najkorzystniejszym scenariuszem spalania drewna.

W badaniach portugalskich badano emisje pyłów przy pracy na różnych mocach, wpływ powietrza wtórnego a także metody rozpalania. Słupki czarne to wyniki dla drewna bukowego, słupki "cętkowane" to wyniki dla sosny. Pierwszy od prawej zestaw kolumn dotyczy rozpalania od dołu, drugi od prawej – rozpalania od góry.

Szwajcaria

Badania szwajcarskie (2008) dotyczące spalania drewna w piecu na drewno, piecu kaflowym i murowanym kominku wykazują spadek emisji pyłów dzięki rozpalaniu od góry o 50-80%. Podobne wnioski prezentują nieco wcześniejsze (2007) szwajcarskie badania porównawcze różnych niskoemisyjnych metod spalania drewna. Kolejna ze szwajcarskich publikacji opisuje wpływ bardzo wielu czynników na emisje zanieczyszczeń ze spalania drewna i również konkluduje, że rozpalanie od góry daje dobre efekty.

Emisje przy rozpalaniu od góry (oben - szary kolor) i od dołu (unten – czerwony) wg badań szwajcarskich podane dla trzech faz palenia: rozpalania, normalnej pracy i wygaszania. Wykresy po lewej to dane z pięciu pomiarów, po prawej – z pojedynczego. Autorzy podkreślają możliwą ogromną zmienność emisji w zależności od wiedzy operatora. Gros emisji przypada na czas rozpalania, gdzie rozpalanie od góry jest wyraźnie lepsze, stąd metoda ta wygrywa pod względem całkowitej emisji.

Najszerszy zakres miały w/w badania z 2007 roku. Przebadano w nich kilkanaście różnego rodzaju kotłów, pieców i kominków w warunkach rzeczywistych. Nacisk położono na etap rozpalania, ponieważ to wtedy (przy nieprawidłowym jego wykonaniu) występują najwyższe emisje. Opracowano "wzorcową rozpałkę", która zapewnia szybki i pewny start – to dosłownie parę szczap suchego drewna + podpałka kominkowa.

Przeprowadzono dwie serie pomiarowe. Po pierwszej z nich konsultowano wyniki z producentami urządzeń i tam, gdzie nie uzyskano od razu znaczącej poprawy, poszukiwano sposobów na zmniejszenie emisji – co następnie weryfikowano w drugiej serii pomiarowej.

Na podstawie tych badań podjęto w Szwajcarii akcję promocji technik poprawnego palenia – Fair Feuern. Jest to akcja na poziomie rządów tamtejszych krajów związkowych przy współpracy producentów drewna i kominków, zdunów, kominiarzy i organizacji społecznych takich jak LuftAus z Winterthur.

Porównanie emisji pyłów przy spalaniu drewna od dołu (lewo) i od góry (prawo).

Porównanie emisji pyłów przy spalaniu drewna od dołu (lewo) i od góry (prawo). Źródło: podsumowanie szwajcarskich badań, 2008, str. 28

Porównanie emisji

Porównanie emisji pyłów kolejno w piecu na drewno, piecu kaflowym i kominku przy paleniu od dołu (pomarańczowe słupki) oraz przy paleniu od góry (szare słupki). Źródło: badania szwajcarskie z 2008 roku.

Norwegia

Norweski instytut SINTEF promuje rozpalanie od góry od 2010 roku a w jednej ze swych publikacji podaje, że metoda ta obniża emisję pyłów dwukrotnie w małych piecach oraz nawet sześciokrotnie w przypadku dużych pieców na drewno i pieców kaflowych. O rozpalaniu od góry i aprobacie dla tej metody ze strony SINTEF-u wspomina też autor książki "Porąb i spal".

Mongolia

Na dokładkę dokumentacja z badań mongolskiego pieca węglowego, w którym zastosowana metoda spalania End-Lit Cross-Draft (ELCD) (wariant wspomnianego niżej palenia kroczącego) poskutkowała spadkiem emisji pyłów PM2.5 o 83%. Nie jest to klasyczne rozpalanie od góry, ale przykład ten pokazuje, że da się spalać węgiel dużo czyściej w pozornie prostych acz przemyślanych urządzeniach.