Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Partikel gelten als wichtiger Luftbelastungsfaktor. In der Schweiz stammen ca. 44 % der Partikelemissionen im Mikron- und Submikronbereich (Partikeldurchmesser < 10 _m) vom Verkehr, 31 % aus der Industrie, 21 % aus Forst- und Landwirtschaft und 4 % aus den Haushalten. Aus lufthygienischer Sicht sind die Partikelfrachten aus Feststofffeuerungen und hier vor allem aus Holzfeuerungen von Interesse. Um eine Aussage über den Feinpartikelausstoss machen zu können, wurden die Partikelemissionen von 14 verschiedenen Holzfeuerungsanlagen unter Praxisbedingungen gemessen. Bei Feuerungen mit einer guten Verbrennung stammen über 90% der Partikelfracht aus den Partikelfraktionen mit Mobilitätsdurchmessern unter 300 nm. Bei Holzfeuerstätten variiert die Partikelgrössenverteilung während des Abbrandes, bei automatischen Holzfeuerungen verändert sie sich kaum. In allen Feuerungskategorien lassen sich Feuerungen mit geringen Partikelemissionen ausmachen. Das Minimum der Partikelemissionsfaktoren bewegt sich dabei im Verhältnis von 1 : 3.8 während dem die Maxima der einzelnen Feuerungskategorien erheblich streuen. Die untersuchten Holzfeuerungen weisen ihre maximale Partikel-Anzahlkonzentrationen bei Durchmessern zwischen 50 nm und 200 nm auf. Die parallel zur Partikelanalytik gravimetrisch erhobenen Gesamtstaubwerte korrespondieren mit den gerechneten Feinstaubfrachten, wenn die Verbrennung gut ist und keine Schleppwirkung für Ascheteilchen im Glutbett besteht. Die zum Vergleich erhobenen Partikelemissionsfaktoren von Energieanlagen (Kessel und Wärme-Kraftkopplungsanlagen) mit fossilen Brennstoffen liegen im Durchschnitt um den Faktor 16 tiefer als die Werte der Holzfeuerungen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ökozentrum Langenbruck ÖZL
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gaegauf,Christian
Macquat,Yves
Wieser,Ulrich
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Wood combustion processes produce smoke emissions, which are of concern to authorities and the public. Recent European studies claim airborne particulate matter (PM) smaller than 10 mm (PM10) as major respiratory irritants (Air pollution and Health, EC-APHEA I and II). The Swiss Federal Environmental Protection Agency (BUWAL) requires emission factors on PM pollutants of various sources in order to establish strategies for aerosol abatement. The work carried out by the Center of Appropriate Technology and Social Ecology covered the investigations of typical wood fuel combustion systems in the field under real world conditions. This to cope with the lack of quantified PM emission factors and characterization in terms of particle number and size distribution.Two analytical methods were used to monitor PM emissions. A Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) was utilized to determine nanoparticle numbers and size distribution in wood combustion stack gases with a mobility diameter from 0.015 up to 0.6 mm (PM0.6). Total Suspended Particles (TSP) were measured simultaneously to compare TSP with the emissions of PM0.6, calculated from the SMPS-analysis.Totally 14 different wood combustion systems were tested including room heating appliances, wood log and automatic fed boilers. The wood based fuel comprised logs, chips and pellets. It could be shown that the major part of the particle sizes is in the range of 30 to 300 nm. Particles coarser than 300 nm do not add substantially to the total emission rate in the flue gases. The particle distribution of manual operated appliances is quite varying during a burn cycle, while wood log and continuous fed boilers show a fairly constant particle size distribution. In each category there have been found low emission equipment. The minimum emission factor of total particle number of the different combustion systems was found in the range of approximately 1:3.8, where as the maximum was widely spread. The TSP emission factors correspond fairly well with the figures calculated from SMPS data as PM0.6 mass based emission factors, if there were little products of incomplete combustion (PIC) and no high grate vent entraining ash particles. The data resulting from these investigations allow prediction of the PM on a particular airshed of a population of different wood combustion systems.For comparison there have been tested several fossil fueled boilers and co-generation plants. The average PM0.6 emission factor is of a factor 16 lower than the one in wood stack gases.Keywords: wood combustion, biomass, particulate matter, emission factor, field measurement, fossil fuelEinleitung1.1 AusgangslageNeuste Ergebnisse der europäischen Studie über die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Gesundheit, APHEA (Air pollution and health), zeigen, dass Feinstaub im Mikron- und Submikronbereich (Partikeldurchmesser dp < 10 Mikron, PM10) zu den markantesten Schadstoffen in der Atemluft zählt. Um griffige Massnahmen zur Reduktion von Feinstäuben treffen zu können, ist es erforderlich, die Feinpartikelquellen zu quantifizieren. Zur Zeit befassen sich verschiedene Forschungsprojekte mit Feinpartikelemissionen aus dem Strassenund Schienenverkehr, da diese einen Anteil von etwa 36 % der PM10-Luftbelastung /1/, /2/ verantworten. Bei der Verbrennung von Holz entstehen auch Feinpartikel. Allerdings beträgt der Anteil von Partikeln aus sämtlichen Heizungsanlagen an der gesamten PM10-Belastung je nach Schätzung nur etwa 2 bis 5 % /3/. Um Quellenzuteilungen machen zu können, gilt es Kenntnisse über die Partikelemissionen im Mikron- und Submikronbereich von Holzfeuerungen zu gewinnen. Dazu sind Praxiserhebungen von Feinstaub aus Holzfeuerungsabgasen erforderlich.In seinem Labor für nachhaltige Energiesysteme hat das Ökozentrum in Kooperation mit der ETH Zürich und den Fachhochschulen Aargau und Bern eine Infrastruktur zur Analyse von Partikelemissionen aus Verbrennungsprozessen aufgebaut. Die Partikelmessinstrumente eignen sich auch für ambulante Messungen im Feld. In einer ersten Projektphase wurde der Messaufbau an vier ausgewählten Anlagen kleinerer Leistung (< 100 kW) im Labor getestet. Dabei wurden der Gesamtstaub (total suspendedparticles, TSP) und die Partikel nach Anzahl und Grössenverteilung in den Abgasen ermittelt. Die TSPStaubmessung basierte auf gravimetrischen Filtermessungen. Die Messung der Feinstaubfraktionen erfolgte mit einem laseroptischen Aerosolspektrometer (LOAS) in 15 Klassen zwischen 0.3 und 20 mm. Die Messung der Fraktionen von 0.01 bis 0.4 mm basierte auf der Mobilitätsanalyse mit DMA (differential mobility analyzer) und CPC (condensation particle counter) Analytik und SMPS Software(scaning mobility particle sizer). Aufgrund der Messergebnisse in der ersten Projektphase wurde für die Feldmessungen auf das LOAS-Gerät verzichtet, da der grösste Anteil der Feinpartikel im Bereich zwischen 30 - 200 nm liegt.Die Ergebnisse der erste Projektphase wurden im Bericht Entwicklung und Test eines Messverfahrens für ambulante Erfassung der Partikelfrachten in Holzfeuerungsabgasen /4/ zusammengefasst.1.2 Projektziel An einem Querschnitt von typischen Vertretern verschiedener Holzfeuerungen galt es die Emissionsfaktoren für Feinstaub unter 600 nm Durchmesser zu erheben. Die Analytik hatte neben den Emissionsfaktoren zusätzliche Aussagen bezüglich der Partikelanzahl und -grössenverteilung zu liefern. Die Partikeluntersuchungen waren zu ergänzen mit Gesamtstaubmessungen. Aufgrund der Emissionsdaten sollen sich für eine gegebene Population von Holzfeuerungen Hochrechnungen zu ihren Quellenanteilen an Feinpartikeln machen lassen. Um die Kenntnisse über den Partikelausstoss von Anlagen mit fossilen Brennstoffen zu gewinnen und um Vergleichszahlen vorliegen zu haben, wurden auch mit Heizöl und Gas betriebene Kessel und Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen untersucht.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ökozentrum Langenbruck ÖZL
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gaegauf,Christian
Macquat,Yves
Wieser,Ulrich
Zugehörige Dokumente
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