Niewiele z osób wpatrujących się w romantyczny ogień na kominku, zdaje sobie sprawę z faktu, że dym w nim powstający jest równie szkodliwy, jak ten powstający ze spalania węgla.

Szkodliwość dymu ze spalania węgla jest powszechnie znana. Wszędzie tam, gdzie dostępne są inne źródła energii, węgiel jest coraz rzadziej używany. W niektórych, dbających o czystość środowiska gminach, jego stosowanie jest nawet zakazane.

Drewno jest uważane za materiał wybitnie ekologiczny. Takie jego postrzeganie przenoszone jest automatycznie na jego własności jako surowca energetycznego. W związku z tym powszechne jest przekonanie, że dym pochodzący ze spalania drewna, bardzo naturalnego i czystego składnika środowiska, nie może być w żadnej mierze szkodliwy. Tymczasem, jak wskazuje szereg badań, jest on szkodliwy, i to w wysokim stopniu. Skutki działania dymu drewnopochodnego są widoczne już przy zanieczyszczeniach mniejszych niż 40 mg/m³. Tymczasem dym z tradycyjnego, murowanego, kominka może powodować zanieczyszczenia przewyższające 200 mg/m³. Na szczęście emisję zanieczyszczeń można znacznie ograniczyć, sięgając po nowoczesne paleniska kominkowe i spalając w nich drewno opałowe dobrej jakości. Należy również nauczyć się palić w kominku.

Emisja zanieczyszczeń

Każde spalanie powoduje powstanie produktów ubocznych, które zanieczyszczają powietrze. Z danych przedstawionych na rys. 1 widać, że surowce o mniejszej wartości energetycznej – takie jak drewno i węgiel – produkują tych zanieczyszczeń najwięcej. Paliwa wysokoenergetyczne, takie jak gaz ziemny, mniej zanieczyszczają atmosferę. Ocenia się, że piece opalane drewnem  powodują 2-3 razy większe zanieczyszczenie powietrza niż piece gazowe (rys 1).

                Źródła emisji:

1.     piec gazowy – 0,001 g/godz.;

2.     piec olejowy – 0,02 g/godz.;

3.     papierosy (3 szt.) – 0,04 g/godz. (0,8 g/paczka);

4.     samochód bez katalizatora – 3,5 g/godz.;

5.     samochód z katalizatorem – 0,66 g/godz.;

6.     piec na paliwo granulowane – 2,4 g/godz.;

7.     piec na drewno z certyfikatem – 8,2 g/godz.;

8.     piec na drewno bez certyfikatu – 15,6 g/godz.

9.     ciężarówka, autobus z silnikiem diesla prod. po roku 1993 – 70 g/godz.;

10.   ciężarówka, autobus z silnikiem diesla prod. przed rokiem 1993 – 25 g/godz.;

11.   kominek – spalanie twardego drewna (16 kg drewna przez 3 godz.) – 30 g/godz.;

12.   kominek – spalanie miękkiego drewna (14 kg przez 3 godz.) – 59 g/godz.

Rys. 1. Średnia emisja drobnych cząstek stałych z najczęściej spotykanych źródeł spalania (wg Rozenberg, 1998 [11]).

Spalanie drewna powoduje emisję ponad 100 różnych związków chemicznych. Najważniejsze z nich przedstawia tab. 1.

Tab. 1. Chemiczny skład dymu ze spalania drewna (wg EPA REPORT, 1993 [5])

Toksyny, kancerogeny, mikrocząstki stałe

Wiele ze związków przedstawionych w tab. 1 uważa się za wybitnie toksyczne i kancerogenne. Najbardziej znane z nich, to: tlenek węgla, tlenki azotu i siarki, aldehydy oraz węglowodory aromatyczne. Dym pochodzący ze spalania drewna, jest także źródłem dioksyn, które opadając na ziemię wchodzą w łańcuch pokarmowy [4]. Międzynarodowa organizacja badań nad rakiem – IARC – uznała dym ze spalania drewna w całości za kancerogen grupy pierwszej.

Większość cząstek dymu ma średnicę zawartą w granicach 0,15÷0,4 m [8], co pozwala im unosić się w powietrzu nawet przez trzy tygodnie. Cząstki te są efektywnymi transporterami bakterii, wirusów i zanieczyszczeń toksycznych do pęcherzyków płucnych, a stamtąd do krwioobiegu [1, 2]. Najbardziej niebezpieczne dla człowieka są zanieczyszczenia w postaci cząstek o rozmiarach rzędu mikrometrów, zwłaszcza te najmniejsze (nazywane PM2,5), ale również te nieco większe (PM10). Zawierają one różne związki organiczne, jednak głównym ich składnikiem jest węgiel, w postaci cząstek mniejszych niż 2 m, zawierających sadzę, popiół i kreozot. Powodują one kaszel, podrażnienie, a także zmiany bliznowate w pęcherzykach płucnych. Mikrocząstki te są nośnikami wielu szkodliwych związków chemicznych, w tym wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Skutkiem tego jest wzrost zapadalności na infekcje, alergie, nadciśnienie płucne czy nowotwory.

Szczególnie znaczący związek między ekspozycją na dym ze spalania drewna a chronicznymi i ostrymi chorobami układu oddechowego występuje wśród dzieci [7, 8, 9, 12]. W 1997 roku w raporcie Geneva Global Review of the Environment REAL EARTH SUMMIT oszacowano, że światowa liczba przypadków przedwczesnych zgonów spowodowana spalaniem drewna sięga 2,7 do 3 mln, a najczęstszymi powodami są choroby układu oddechowego u dzieci. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest w dużej mierze obniżenie odporności na infekcje [15].

Ludzie narażeni na dym ze spalania drewna, podobnie jak palacze papierosów, mają wysoki poziom tlenku węgla we krwi [4, 10]. Jak wykazały badania kobiet meksykańskich, gotowanie na kuchniach opalanych drewnem, powoduje cięższe choroby płuc niż uzależnienie nikotynowe [13].

Kominki

W polskim budownictwie jednorodzinnym obserwuje się coraz powszechniejsze instalowanie kominków jako źródeł ciepła. Propaguje się drewno jako paliwo ekologiczne, argumentując to bilansem dwutlenku węgla (rosnące drzewa zużywają go więcej niż palone drewno wydziela). Trudno jednak tak zbilansować emisję innych substancji szkodliwych.

Narażenie ludzi na wdychanie dymu ze spalania drewna (dotyczy to również dymu ze spalania innych paliw) jest największe wtedy, gdy – z powodu nieprawidłowego ciągu w kominie – dostaje się on do wnętrza budynków. Pojawienie się podwyższonego poziomu zanieczyszczeń w budynkach jest możliwe również wtedy, gdy dym z nieprawidłowo przebiegającego spalania wydostaje się do atmosfery.

Cząstki chemiczne zawarte w dymie ze spalania drewna są tak małe, że z łatwością infiltrują do wnętrza budynków, zwłaszcza, że zimą w budynkach panuje lekkie podciśnienie. Infiltrację zanieczyszczeń zwiększa zarówno wiatr, jak i inwersja temperatury powietrza, często występująca zimą w miejscowościach położonych w kotlinach górskich. Wtedy aż 50÷70% z tych zanieczyszczeń może wnikać z powrotem do budynku.

Spalanie drewna jest zbiorem wielu procesów chemicznych, w tym utleniania wielu lotnych i półlotnych związków oraz stałych związków zawierających węgiel. Jeśli zachodzą one w odpowiednio wysokiej temperaturze oraz w obecności odpowiedniej ilości tlenu, to ilość szkodliwych substancji zawartych w spalinach jest w dużym stopniu ograniczona, a ilość popiołu zredukowana. Proces spalania większych kawałków drewna jest jednak bardzo trudny do kontrolowania, gdyż od momentu podpalenia do wygaśnięcia ognia, wszystkie reakcje chemiczne oraz wszystkie warunki fizyczne w komorze (np. geometria paliwa, zapotrzebowanie na powietrze, rozkład temperatur) ciągle się zmieniają. Dlatego też rodzaj i jakość pieca (bo od tego zależy sposób spalania paliwa) wyraźnie wpływają na stopień zanieczyszczenia powietrza.

Również dobre urządzenia grzewcze – z dwustopniowym spalaniem lub katalizatorem (z wyjątkiem tych na paliwo granulowane) – mogą być źródłem pewnej ilości zanieczyszczeń [14]. Spalanie wsadowe drewna jest bowiem procesem, w którym zmienia się temperatura, wilgotność i prędkość ruchu ogrzanego powietrza. Nieuniknione jest więc zachodzenie w palenisku chwilowych, gorszych warunków spalania. Proces spalania można oczywiście optymalizować przez odpowiednią, wspomaganą dystrybucję powietrza w komorze spalania, lub – jeszcze lepiej – przez zastosowanie dodatkowych urządzeń do sterowania przepływem ciepła. Jednak nawet przy tak nowoczesnych technologiach, nie jest możliwe ciągłe utrzymywanie idealnych warunków spalania, bez kosztownych, zewnętrznych (np. elektrycznych) urządzeń kontrolnych. Skutkiem niedokładnego spalania jest wydostawanie się z komory spalania lotnych lub półlotnych substancji, tworzących następnie w wyniku kondensacji niebezpieczne mikrocząstki stałe. Ponadto, piece ulegają degradacji, i po kilku latach użytkowania wykazują większą emisję zanieczyszczeń, niż w pierwotnych badaniach laboratoryjnych (przeprowadzanych w celu uzyskania certyfikatów) [6].

Dlatego też ważna staje się ocena urządzeń grzewczych spalających drewno pod względem emisji zanieczyszczeń. Istotna jest emisja nie tylko tlenków azotu, siarki i węgla, ale także wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, aldehydów, dioksyn, furanów, wielochlorowanych związków organicznych, metali ciężkich oraz małych cząstek stałych PM10 i PM2,5. Jak znaczące mogą być różnice między piecami pokazuje tab. 2.

Tab. 2. Porównanie jakości różnego rodzaju pieców do spalania drewna (nowych, nieużywanych) pod względem emisji mikroczastek stałych (według EPA, 1989)

Działanie tych urządzeń polega na dokładnym dostrojeniu konfiguracji komory spalania do protokołu spalania, co pozwala na optymalizację średnich warunków spalania w ciągu całego cyklu.

W USA obowiązują regulacje prawne w stosunku do nowych pieców na drewno. Te najnowsze, z katalizatorem (produkowane po roku 1992), nie mogą – według standardów EPA –emitować cząstek drobnych (<PM10) więcej niż 4,1 g na godzinę, natomiast piece bez katalizatora – 7,5 g na godzinę. Znaczy to, że piece bez katalizatora, przy średnim tempie spalania 1,4 kg na godzinę, nie mogą emitować więcej niż 5,4 g zanieczyszczeń na kilogram spalanego drewna. Stąd wniosek, że normy spełniają jedynie najlepsze piece z dwustopniowym spalaniem, oraz piece na paliwo granulowane pellets (wysuszone trociny i wióry sprasowane pod wysokim ciśnieniem do postaci niewielkich rolek).

W normach polskich dopuszczalne ilości substancji zanieczyszczających, które powstają w wyniku spalania drewna, dotyczą źródeł o mocy większej niż 1 MW_t. Normy te ograniczają wprawdzie ogólną emisję pyłów (poza zanieczyszczeniami lotnymi, tj. tlenkami azotu, węgla i siarki), jednak o drobnych cząstkach stałych (PM10, PM2,5) nie wspomina się wcale.

Natomiast kominki i piece małe, stosowane w budownictwie jednorodzinnym, takiej regulacji w ogóle nie podlegają. Tymczasem, jak pokazują badania w wielu krajach (USA, Australia, Kanada, Japonia), sumaryczna emisja z tych małych źródeł, zwłaszcza podczas weekendów lub świąt, może być znacząca.

Literatura

1.            J. Anuszewski, T. V. Larson, J. O. Koenig, “A summary of emissions characterisations and non-cancer respiratory effects of wood smoke”, US EPA – 453/R-93-036, 1993.

2.            J. A. Cooper, “Environmental impact of residential wood combustion emissions and its implications”, APCA Journal, vol. 30 (8), 1980.

3.            EPA Report, “A Summary of the Emissions Characterization and Nonrespiratory Effects of Wood Smoke”, US EPA- 453/R-93-036, 1993.

4.            EPA Report, “The health effects of wood smoke. Washington State Department of Ecology”, 1994.

5.            EPA (Environmental Protection Agency) Guidance Document for Residential Wood Combustion Emission Control Measures. EPA-450/2-89-015., 1989

6.            L. H. Fisher, J. E. Houck, P. E. Tiegs, J. G. McGaughey, “Long-term performance of EPA cerified phase 2 Woodstoves, Klamath Falls and Portland”, Oregon:1998/1999. EPA/600/SR-00/100, December 2000

7.            R. E. Honicky, J. S. Osborn, C. A. Akpom, “Symptoms of respiratory illness in young children and the use of wood-burning stoves for indoor heating”, Pediatrics, vol. 75: 587-593, 1985.

8.            J. Q. Koenig, Q. S. Hanley, V. Rebolledo, K. Dumler, T. V. Larson, S. W. Ang, H. Checkoway, G. Van Belle. W. E. Pierson, “Lung function changes in young children associated with particulate matter from wood smoke”, American Review of Respiratory Disease, vol. 139: A425, 1990.

9.            J. Q. Koenig, T. V. Larson i in., “Pulmonary function changes in children associated with fine particulate matter. Environmental research”, vol. 63: 26-38, 1993.

10.          W. A. Pryor, “Biological effects of cigarette smoke, wood smoke and smoke from plastics. The use of electron spin resonance”, Free Radical Biology and Medicine, vol. 13: 659-676, 1992.

11.          M. J. Rozenberg, “Burning Issues, Clean Air Revival”, Inc., 12/1/98, 1998.

12.          J. Schwartz, “Particulates air pollution and chronic respiratory desease”, Env. Res. vol. 62: 7-13, 1993.

13.          J. Sandoval, “Pulmonary arterial hypertension and cor pulmonale associated with chronic domestic woodsmoke inhalation”, Chest, vol. 103: 12-20, 1993.

14.          P. E. Tiegs, “Design and operating factors which affect emmisions from residential wood fired heaters: Review and update”, 88^th Annual Meeting of the Air and Waste Management Association, Texas, 1995.

15.          J. Zelikhof, “Woodsmoke emissions: effect on host pulmonary immune defence”, The Newsletter of The Center for Indoor Air Research, CIAR Currents, November 1994.