Czym jest niska emisja

Jednym z bardzo znanych sformułowań używanych w kontekście jakości powietrza atmosferycznego jest niska emisja. Dla osób nie znających tematu określenie "niska" może być mylące, bo nie chodzi w nim o wskazanie, że jest ona niska co do ilości substancji szkodliwych, lecz wskazuje że jest emitowana przez koniny o małej wysokości (niskie). Takie kominy o małej wysokości to kominy domów jednorodzinnych, kamienic, małych zakładów produkcyjnych i temu podobne.

Emisja spalin, zawierających substancje szkodliwe, z dużych zakładów takich jak na przykład ciepłownie czy elektrownie odbywa się poprzez kominy mające kilkadziesiąt metrów wysokości, dzięki czemu spaliny rozpraszane są na bardzo dużym obszarze.

Analizując stan powietrza atmosferycznego w Polsce na przestrzeni wielu lat można zauważyć dwie prawidłowości. Po pierwsze najwyższe stężenia substancji szkodliwych w powietrzu występują w okresie zimowym. Po drugie stężenia niektórych substancji takich jak na przykład dwutlenek siarki na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat radykalnie spadły, podczas gdy stężenia innych takich jak na przykład węglowodorów aromatycznych albo nie spadły w ogóle albo wręcz wzrosły.

Prawidłowości te są łatwo wytłumaczalne dwoma faktami:

Duże zakłady, takie jak na przykład ciepłownie, odpowiedzialne za emisję znaczącej części dwutlenku siarki, tlenków azotu czy tlenku węgla przez ostatnich kilkanaście lat radykalnie obniżyły ilości emitowanych substancji szkodliwych, co wymuszone zostało przepisami regulującymi poziomy emisji. W efekcie stężenie substancji, za których emisję w znaczącym stopniu współodpowiedzialne są duże zakłady przemysłowe, radykalnie spadło.

Za emisję substancji takich jak na przykład węglowodory aromatyczne odpowiedzialne są w dominującym stopniu kotły ogrzewnictwa indywidualnego, które wykorzystywane są przede wszystkim w sezonie grzewczym. Jednocześnie w kotłach tych, szczególnie w rejonie wydobycia węgla, spalane jest niejednokrotnie paliwo niższej jakości  niż to miało miejsce dawniej.

Warto dodać, że kotły ogrzewnictwa indywidualnego, w przeciwieństwie do kotłów dużych używanych gospodarczo, nie podlegają żadnej kontroli co do poziomu emisji. W efekcie ilości niektórych związków szkodliwych emitowanych podczas spalania jednego kilograma węgla w kotle domowym może być kilkadziesiąt razy wyższa niż w przypadku gdy spalenie tego kilograma węgla odbyło się w dużym kotle energetycznym.

Rodzaje małych kotłów na paliwa stałe

W procesie spalania węgla można wyróżnić dwie podstawowe fazy. W pierwszej z nich ulega rozkładowi substancja organiczna węgla i powstają substancje gazowe palne. Pod koniec pierwszej fazy w paliwie z substancji palnych pozostaje niemal wyłącznie pierwiastek węgiel. Druga faza to spalanie pierwiastka węgla, który pozostał w paliwie, co odbywa się w temperaturze przekraczającej 800 stopni Celsjusza. Pod względem ekologicznej szkodliwości procesu spalania bardzo istotnym jest by gazowe substancje uwalniane w pierwszej fazie uległy spaleniu, co możliwe jest pod warunkiem zapewnienia wysokiej temperatury.

W kotłach ogrzewnictwa indywidualnego na paliwa stałe wyróżnić można dwa podstawowe typy: ze spalaniem współprądowym (górnym) oraz ze spalaniem przeciwprądowym (dolnym). W kotłach ze spalaniem współprądowym paliwo i powietrze przepływają w tym samym kierunku (rysunek 1, strona prawa), w efekcie czego szkodliwe produkty rozkładu powstające w pierwszej fazie przepływają przez strefę wysokich temperatur charakterystycznych dla fazy drugiej, gdzie ulegają spaleniu. Tego typu organizacja procesu spalania występuje w kotłach z podajnikiem, nazywanych czasem kotłami retortowymi. W kotłach ze spalaniem przeciwprądowym (rysunek 1, lewa strona) szkodliwe produkty rozkładu powstające w pierwszej fazie nie przechodzą przez strefę wysokich temperatur i często tym samym nie znajdują warunków do spalenia i finalnie są emitowane do otoczenia. Tego typu kotły nazywają się zasypowymi, lub komorowymi.

Rysunek 1. Schemat wzajemnego położenia stref w których zachodzą fazy spalania. Strzała oznacza kierunek przepływu gazów (powietrza i spalin).

Pod względem ekologicznym kotły z podajnikiem charakteryzują się wielokrotnie wyższą emisją niż kotły komorowe. Jednak zaletą kotłów komorowych, niejednokrotnie dominującą przy decyzji o ich zakupie, jest zdecydowanie większa tolerancja na jakość paliwa oraz niższa cena. W kotłach komorowych, chociaż jest to zabronione prawnie, spalane są też często odpady. Świadomość społeczna w zakresie szkodliwości spalania odpadów jest nadal niska.

Jak walczyć z niską emisją

Na to pytanie odpowiedź jest jednocześnie łatwa i trudna. Łatwa, bo bez trudu można wskazać działania techniczne których wprowadzenie przyczyni się do natychmiastowej i radykalnej poprawy jakości powietrza. Trudna, bo działania te związane są ze wzrostem wydatków osób użytkujących obecnie nieekologiczne kotły grzewcze. Ta trudność sprawia, że pomimo wielu lat w których problem niskiej emisji znajduje się pod szczególnym nadzorem gmin, pomimo wielu prac badawczych zrealizowanych w tym obszarze, w wielu rejonach kraju nie obniżyły się poziomy stężeń związków charakterystycznych dla niskiej emisji. Związane jest to ze spalaniem bardzo niskiej jakości paliw, jakie są dostępne na rynku.

Zdaniem autora tego artykułu rozwiązanie problemu niskiej emisji musi być, ze względów społecznych, procesem wieloletnim. Pierwszym krokiem, który powinien być wprowadzony to zakaz sprzedaży odbiorcom indywidualnym paliw o szczególnie niskiej jakości, przy czym początkowo zakaz powinien dotyczyć paliw najgorszych, a z czasem ta granica niskiej jakości paliwa powinna być tak przesuwana, by z roku na rok jakość paliwa spalanego na danym terenie podnosiła się.

Działanie to nie powinno przynieść większych uciążliwości ekonomicznych, bo niejednokrotnie korzystanie z taniego paliwa jest oszczędnością pozorną. Z jednej strony mniejsze są koszty zakupu paliwa, ale z drugiej strony znacząco więcej trzeba go spalić dla zapewnienia właściwego ogrzania budynku.

Bardzo istotnym elementem walki z niską emisją jest przestrzeganie zakazu spalania śmieci. Podczas spalania niektórych rodzajów śmieci emitowane są związki chemiczne takie jak na przykład dioksyny czy furany w ilościach wielokrotnie przewyższających emisje notowane przy spalaniu samego węgla. Spotykane są opinie, że spalanie śmieci nie może być takie szkodliwe, skoro buduje się specjalne instalacje służące spalaniu odpadów. To prawda, jednak konstrukcja takich urządzeń do spalania śmieci zapewnia warunki spalania, w których szkodliwe związki, tworzące się podczas spalania ulegają rozkładowi, a dodatkowo spaliny ze spalarni odpadów podlegają szeregowi procesów oczyszczania.

Przyczyny skłaniające ludzi do spalania odpadów są w zasadzie dwie, obie o naturze ekonomicznej. Pierwsza przyczyna jest taka,  że spalone śmieci pomniejszają strumień odpadów, za których wywóz trzeba zapłacić. Warto tu zauważyć, że od 1 lipca 2013 roku zmieniają się zasady wywozu odpadów uniezależniające opłatę za wywóz od ilości odpadów. Tym samym pierwsza z tych motywacji zniknie. Druga motywacja jest taka, że spalenie śmieci jest źródłem pewnych ilości energii, a tym samym pozwalają oszczędzić nieco węgla. Ilości węgla oszczędzone w ten sposób są jednak tak niewielkie, że można mieć nadzieję, że z dniem 1 lipca 2013 problem spalania odpadów w piecach domowych ulegnie wyraźnemu ograniczeniu.

Kolejnym istotnym elementem walki z niską emisją jest wymiana kotłów na opalane paliwami gazowymi. Ze względu na wyższe koszty ogrzewania związane z tym procesem wskazanym jest proces ten prowadzić jako następujący po procesie termomodernizacji budynków, pozwalającym na ograniczenie ilości energii potrzebnej do ogrzania budynków.

Podsumowanie

Walka z niską emisją, ze względów społecznych jest trudna, bo wymagałaby wzrostu obciążenia ekonomicznego osób gorzej sytuowanych materialnie. Należy jednak mieć nadzieję, że wraz ze wzrostem zamożności społeczeństwa akceptacja do działań mających na celu poprawę jakości powietrza kosztem zwiększenia kosztów ogrzewania będzie rosła. Zdaniem autora konieczne jest jednak wprowadzenie zakazu sprzedaży paliw o najniższej jakości i stopniowe podnoszenie tej granicy poniżej których nie wolno sprzedawać paliw odbiorcom indywidualnym.

Prof. dr hab. inż. Andrzej Szlęk

dyrektor ITC