Luchtkwaliteit bij hout pelletverbranding

10/04/2023

Overzicht nieuwe inzichten houtverbrandingFilip Lefebre, Wouter Lefebvre, Frans Fierens, Nele Renders, Charlotte Vanpoucke

[email protected]

mailto:[email protected]

10/04/2023 2© 2013, VITO NV

0: Inleiding: het fijnstofprobleem(aantal / 100000 inwoners)

België W-Eur Globaal USFijnstofvervuiling in de buitenlucht Doden 52.5 39.8 46.8 33.6

YLL 736.8 538.3 1050.4 535.4DALY 830.9 595.6 1105.4 593.9

Verkeersslachtoffers Doden 13.2 9.1 20.3 15.3YLL 517.3 342.2 947.9 653.0DALY 827.9 656.9 1184.1 797.4

Passief Roken Doden 7.9 7.1 8.7 5.0YLL 95.0 84.9 276.3 73.9DALY 112.4 97.0 289.3 84.0

Bron: GBD 2010

10/04/2023 3© 2013, VITO NV

Onderzoeksvraag: effect van houtverbranding op het fijn stof?

» Twee feiten:» Nieuwe inschatting emissies (VITO-studies voor VMM en Eurostat)» Inschatting van concentraties in de lucht (Chemkar-VMM-campagnes)

» Koppeling van beide: bevestigen beide (onafhankelijke) sporen mekaar?

10/04/2023 4© 2013, VITO NV

Eerste spoor: Emissie-inschattingen

» Emissies = Activiteitsdata x Emissiefactor

(gram) (GJ) (g/GJ)

» Houtverbrandingsemissies:Epol= Houtverbruik x EFpol

10/04/2023 5© 2013, VITO NV

Houtverbruik

» Berekening gebaseerd op basis van enquêtes» VMM-studie: Nieuwe enquête in 2010 => onderschatting van het

houtverbruik (nieuwe schatting: ~25 PJ)» Eurostat-studie: Update van het houtverbruik gebaseerd op de resultaten

van de Energy Consumption Survey (ECS, 2012)4.6 PJ 15.6 PJ

x 3.4 Bronnen:

» Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en landbouw (VITO, november 2011)

» Energy Consumption Survey for Belgian households, 2012, http://www.energiesparen.be/node/880

http://www.energiesparen.be/node/880



10/04/2023 6© 2013, VITO NV

Emissiefactoren

» Vroeger gebruikt door de Belgische Regio’s:» Gebaseerd op FOD studie

Mean EF = Totale emissies/Houtverbruik

Mean EF (ton/PJ) 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010PM2,5 121 122 121 121 121 122 122PM10 128 128 128 128 128 128 128TSP 135 135 135 135 135 135 135NOx 100 79 79 79 79 79 79PAH (kg/PJ) 16695 16697 16695 16698 16695 16696 16696

10/04/2023 7© 2013, VITO NV

Emissiefactoren» Nieuwe emissiefactoren:

» Gebaseerd op literatuur, expert-inschatting» Prioriteit: recent gepubliceerde emissiefactoren,

internationale consensus, en consistentie» Gemiddelde EF varieert doorheen de tijd op basis van

veranderingen in ‘kachelpark’ en wetgeving

Mean EF = Totale emissies/Houtverbruik


Bron: Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en landbouw (VITO, november 2011)

10/04/2023 8© 2013, VITO NV

Installaties in Vlaanderen

» Verdeling van houtverbrandingsinstallaties en types hout

Aandeel type

installatie

Per type installatie: Aandeel type hout

Houtblokken

houtbriketten Pellets

onbehandeld afvalh

out

behandeld

afvalhout

houtkrullen/chips

snoei/sprokkelhout

Open haard 8,49% 51,41% 4,93% 1,90% 10,01% 5,29% 0,74% 25,72%Cassette 33,19% 61,93% 1,58% 0,78% 13,34% 1,56% 0,13% 20,68%Kachel 39,80% 53,06% 0,99% 7,62% 15,19% 0,68% 0,37% 22,08%

Accumulatiekachel 14,04% 51,56% 0,42% 1,75% 26,19% 0,96% 0,00% 19,11%

Ketel 4,48% 92,54% 1,63% 3,67% 1,63% 0,00% 0,00% 0,53%

Aandeel houttype 57,42% 1,47% 3,86% 15,08% 1,37% 0,26% 20,54%


10/04/2023 9© 2013, VITO NV

Installaties in Vlaanderen (emissiefactoren)

Installatie PM/TSP (g/GJ) PM10 (g/GJ) PM2,5 (g/GJ)Open haard 900 860 850Moderne open haard 250 240 240Houtkachel ouder type 850 810 810Houtkachel modern 250 240 240Houtketel ouder type 900 850 850Houtketel manueel 80 76 76Houtketel automatisch 70 66 66Pelletkachel 80 76 76

Type installatie Gemiddelde leeftijd (jaar)

Centrale verwarming, ketel

11

Open haard 25

Cassette 13

Kachel 15

Accumulatiekachel 7

Grootteordes ook bevestigd door ander Europees onderzoek (met andere categorieën, wel afwijkingen voor pellets):EMEP emission inventory Guidebook 2013


10/04/2023 10© 2013, VITO NV

• Vroeger:

• Nu:

Mean EF = Total emissions/total wood consumption

Emissiefactoren



x4


10/04/2023 11© 2013, VITO NV

Gecombineerd effect

» Totale PM10 emissies van huishoudelijk houtverbruik :» Stijging met een factor 13,5 in 2010 (3,4 door houtverbruik, 4

door emissiefactoren)

10/04/2023 12© 2013, VITO NV

Een zijsprongetje

» 50g fijn stof (PM2.5) wordt uitgestoten door:

» 3,8 kg hout te verbranden in open haard (850 g PM2,5/PJ houtblokken, 15,47 MJ/kg warmte-inhoud)

» 13,5 kg in een moderne houtkachel (240 g/PJ houtblokken, 15,47 MJ/kg warmte-inhoud)

» 40 à 105 kg pellets (29-76 g/PJ pellets, 16,3 MJ/kg)» 1443 km met een gemiddelde Vlaamse wagen» 420 km met een gemiddelde Vlaamse vrachtwagen

10/04/2023 13© 2013, VITO NV

Effect van de nieuwe emissies

» Aandeel van de residentiële sector in de totale primaire fijnstofemissies stijgt van 11% naar 41% voor 2010

Bron: Lozingen in de lucht 2000-2011 (VMM, 2012)

Residential11%

Industry20%

Energy2%

Traffic27%

Off road1%

Agriculture21%

Commercial1%

Resuspension17%

'Old' primary PM10 emissions

Residential41%

Industry13%

Energy1%

Traffic18%

Off road1%

Agriculture14%

Commercial0%

Resuspension11%

'New' primary PM10 emissions

10/04/2023 14© 2013, VITO NV

Effect van de nieuwe emissies

» Aandeel van de residentiële sector in de totale primaire fijnstofemissies stijgt van 11% naar 41% voor 2010

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

'old' primary PM10 emissions

'new' primary PM10 emissions

tonn

es

Residential

Commercial

Agriculture

Off road

Traffic

Resuspension

Energy

Industry

Bron: Lozingen in de lucht 2000-2011 (VMM, 2012)

10/04/2023 15© 2013, VITO NV

Tweede spoor: concentratiemetingen

» 2 ‘Chemkar’ campagnes met metingen van levoglucosan (= tracer voor houtverbrandingsemissies)

PM10,wood = 10.7 x levoglucosan10.7 is vermoedelijk aan de lage kant

» Feb 2010 - Feb 2011» Jun 2011 - Jul 2012

Bronnen:• VMM (2011), Chemkar PM10, Chemische karakterisering van fijn stof in

Vlaanderen - 2010 • VMM (2013), Chemkar PM10, Chemische karakterisering van fijn stof in

Vlaanderen, 2011-2012

10/04/2023 16© 2013, VITO NV

Tweede spoor: concentratiemetingen

» In de winter: ongeveer 10% van de gemeten concentraties te wijten aan houtverbranding

» In de zomer: veel lager

» Jaargemiddeld: 6%.

» Bij overschrijdingsdagen van de dagnorm: significante bijdrage door houtverbranding!

10/04/2023 17© 2013, VITO NV

41% in de emissies en slechts 6% in de concentraties? Hoe kan dit nu?

» Fijn stof bestaat uit primair en secundair fijn stof:» Primair: rechtstreeks uitgestoten als fijn stof» Secundair: uitstoot als andere stoffen (NOx, NH3, …), door chemische

transformaties omgezet naar fijn stof

» Daarenboven: invoer uit het buitenland => mogelijks in andere verhoudingen.

10/04/2023 18© 2013, VITO NV

Zijn de twee sporen verzoenbaar?

» In andere woorden: zijn de nieuw ingeschatte emissies voor fijn stof realistisch?

» Om deze vraag te beantwoorden :» Modeloefening met oude en nieuwe emissies» Vergelijking met de metingen

Emissies ↔ Concentraties

10/04/2023 19© 2013, VITO NV

Measurements

» Monitoring sites : Antwerpen (AT30), Brugge (BB26), Hamme (HA02), Lier (LR02), Mechelen (ML01), Houtem (N029), Oostende (OS09), Gent-Baudelo (R701) (2x), Borgerhout (R801), Retie (RT01)

Hamme (HA02): Belangrijke bron van houtverbranding dicht bij de meetpost

10/04/2023 20© 2013, VITO NV

Modelopzet

» Gebruik van IFDM, een bi-gaussiaans dispersiemodel» Vlaamse ruimtelijke verdeling van houtverbruik» Totaal ‘nieuw’ houtverbruik op basis van ECS, 2012» Oude emissiefactoren (EIL-EF): EFEIL= 128 ton/PJ

» Nieuwe emissiefactoren (WoET-EF): EFwoet= 510 ton/PJ

» Modelberekening van de PM10-concentraties door houtverbranding op de meetlocaties

» Geen bronnen buiten Vlaanderen(achtergrond = 0)

Bron: Deeltaak houtverbrandingsemissies uit Referentietaak Luchtkwaliteitsmodellering (VITO, 2013)

10/04/2023 21© 2013, VITO NV

Modelresultaten• Ruimtelijke validatie

N029

OS09

AT30

RT01

R801

R701BB26R701

LR02

ML01

HA02

N029

OS09AT30RT01

R801R701BB26R701LR02ML01

HA02

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Mo

de

l (µ

g/m

³)

Observations (µg/m³)

WoET-EF

EIL-EF


10/04/2023 22© 2013, VITO NV

Modelresultaten

» Ruimtelijke validatie zonder Hamme (HA02)

N029

OS09

AT30

RT01

R801

R701BB26

R701

LR02

ML01

N029

OS09AT30

RT01

R801

R701BB26R701LR02

ML01

y = 1,4408x - 0,8326R² = 0,4896

y = 0,3786x - 0,2249R² = 0,5407

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Mo

de

l (µ

g/m

³)

Observations (µg/m³)

WoET-EF

EIL-EF

Lineair (WoET-EF)

Lineair (EIL-EF)


10/04/2023 23© 2013, VITO NV

ModelresultatenTemporele validatie:

gemiddelde van de daggemiddelde concentraties op alle locaties (periode 1)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

µg/m

³

Measurement

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

µg/m

³

Measurement

Model EIL EF

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

µg/m

³

Measurement

Model WOET EF

Model EIL EF

10/04/2023 24© 2013, VITO NV

ModelresultatenTemporele validatie:

gemiddelde van de daggemiddelde concentraties op alle locaties (periode 2)

0

2

4

6

8

10

12

µg/m

³

Measurement

Model WOET EF

Model EIL EF

10/04/2023 25© 2013, VITO NV

Ontbrekende bronnen in model

» Biomassa elektriciteitcentrales» Emissies afhankelijk van de brandstofmix» % houtverbranding niet gekend» Totale PM10 emissies biomassa elektriciteitscentrales in 2010:

162 ton

» Totale residentiële houtverbrandingsemissies (2010):nieuw houtverbruik, oude EF: 2005 tonnieuw houtverbruik, nieuwe EF: 7991 ton

Bijdrage van elektriciteitscentrales op biomassa is heel klein tov totale residentiële houtverbrandingsemissies.

10/04/2023 26© 2013, VITO NV

Ontbrekende bronnen

» Onbekende bronnen (?)» Achtergrond (incl. Brussel, Wallonië)

» Emissies van lokale bronnen zijn heel waarschijnlijk veel belangrijker dan de bijdrage door lange-afstandstransport

» Moeilijk om de impact van buitenlandse bronnen in te schatten» “expertschatting” : 0.2 – 0.4 µg/m³ (jaargemiddeld)

10/04/2023 27© 2013, VITO NV

Ontbrekende bronnen

• Modelberekeningen met oude emissiefactoren : 80% van PM10 afkomstig van houtverbranding in Vlaanderen te wijten aan bronnen buiten Vlaanderen? Zeer onwaarschijnlijk

• Ook spreiding in metingen tussen Vlaamse stations kan niet verklaard worden

all sources1,46

Domestic wood burning

0,30

Domestic wood burning

1,19

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

µg/m³ PM10 (wood burning)

18% other

80% other

Observations Model (new EF)Model (old EF)

10/04/2023 28© 2013, VITO NV

Conclusies

» Modelberekeningen gebruik makend van de oude emissiefactoren (met de nieuwe houtverbruikscijfers) verklaren slechts 20% van de gemeten PM10-concentraties

» Deze onderschatting kan niet verklaard worden door onbekende bronnen en/of import van lange-afstandstransport

» Modelresultaten met de nieuwe PM10 emissies van houtverbruik zijn consistenter met de metingen:» 41% van de primaire fijnstofemissies : residentiële

houtverbranding» 6% van de fijnstofconcentraties, in de winter 10%,

significante bijdrage aan overschrijdingen» Verder onderzoek naar de achtergrondconcentraties is nodig

Luchtkwaliteit bij hout pelletverbranding

Environment

Transcript of Luchtkwaliteit bij hout pelletverbranding