Skip to content

Spalování biomasy v domácnostech

Přehled spalování biomasy v domácnostech

Dřevo se jako zdroj tepla využívá již tisíce let, ale teprve nedávno byly plně vyhodnoceny problémy s kvalitou ovzduší, které z toho vyplývají.

V ideálním světě by jedinými látkami ve spalinách ze spalování biomasy byly oxid uhličitý a voda, ale ve skutečnosti se uvolňují i některé látky, které jsou škodlivé pro lidské zdraví, včetně plynů, jako je oxid uhelnatý a oxidy dusíku, a také jemné částice.

V důsledku rostoucího povědomí o zdravotních problémech, které mohou způsobovat nebo zhoršovat znečišťující látky vznikající při skutečném spalování dřeva, se zpřísňují předpisy týkající se krbových kamen a kotlů, a proto musí být nejnovější zařízení konstruována tak, aby spalovací proces probíhal kvalitněji než v minulosti.

Jednou z technologií, která pomáhá snižovat hmotnostní koncentrace znečišťujících látek ve spalinách z kamen spalujících dřevo, je katalyzátor, který podporuje chemické reakce mezi jednotlivými složkami spalin, což může být označováno jako sekundární spalovací proces.

Chemie spalin ze spalování biomasy v domácnostech

Spalování dřeva se zdá být jednoduché, ale ve skutečnosti jde o překvapivě složitý proces, který zahrnuje několik samostatných fází, během nichž se pevné dřevo postupně mění na hořlavé plyny, které se následně oxidují, čímž je uvolňováno teplo. Při ideálním spalovacím procesu uhlíku a vodíku (prvky hořlaviny obsažené ve dřevě) by jedinými produkty byly oxid uhličitý a voda, ve skutečnosti však vznikají i jiné znečišťující látky.

Tyto znečišťující látky lze rozdělit do tří kategorií:

  • Látky vznikající při nedokonalém spalovacím procesu
  • Látky vznikající reakcemi mezi složkami vzduchu
  • Anorganické složky paliva

V první kategorii jsou hlavními znečišťujícími látkami oxid uhelnatý, saze (tj. uhlík), uhlovodíky a dehtové sloučeniny.In the first category the principle pollutants are carbon monoxide, soot (i.e. carbon), hydrocarbons and wood tar compounds (creosote etc).

Do druhé kategorie patří především oxidy dusíku (NOx), které vznikají jak ze spalovacího vzduchu, tak z obsahu dusíku v samotném dřevě. Při rozdělení skupiny látek souhrnně označovaných jako NOx je zřejmé, že většinu tvoří oxid dusnatý (NO) a většinu zbytku tvoří toxický oxid dusičitý (NO2).

Třetí kategorie je popel.

Snížení znečištění pocházejícího ze spalování biomasy v domácnostech

Objevte, jak mohou katalyzátory minimalizovat znečištění ze spalování dřeva v kamnech

Snížení množství znečišťujících látek ze spalování dřeva

Znečišťující látky vznikající při nedokonalém spalování biomasy mohou být při správné teplotě doreagovány na oxid uhličitý a vodu.

Účelem katalyzátoru je tuto teplotu snížit, aby bylo možné snáze dosáhnout vhodných podmínek pro danou reakci.

Ve spalinách vznikajících při spalování biomasy je však přítomna řada různých organických znečišťujících látek, přičemž každá z nich vyžaduje pro doreagování jinou teplotní úroveň.

Navíc se tyto znečišťující látky mohou nacházet v plynné, kapalné nebo pevné fázi, přičemž většina katalyzátorů používaných pro tuto aplikaci umožňuje pouze oxidaci znečišťujících látek v plynné fázi.

Naštěstí se při oxidaci organických znečišťujících látek uvolňuje teplo (tzn. je exotermická). Katalyzátor nejprve začne fungovat (slangově se “rozsvítí “) s těmi znečišťujícími látkami, které mají nejnižší teplotu reakce (přibližně 225oC), a pak se díky probíhajícím rekcím postupně zahřívá.

Zvyšující se teplota umožňuje doreagování dalších znečišťujících látek, které díky zahřátí plynu přešly do plynné fáze. Další reakce uvolňují další teplo a tak dále v kruhu.

Z tohoto důvodu dobře fungující katalyzátor často žhne do červena.

Jakmile teplota dosáhne přibližně 600oC, všechny organické látky (bez ohledu na to, v jaké fázi se nacházejí), které dosud odolávaly katalytické oxidaci, jednoduše shoří. Proto se katalyzátory používané v kamnech na biomasu často označují jako “katalytické spalovače”.

Navrhnout účinná katalytická kamna na biomasu neznamená jen začít se standardním modelem a vložit do kouřovodu katalyzátor.

Dobře navržená katalytická kamna pro spalování biomasy využívají teplo získané z katalytické oxidace na katalyzátoru jako součást svého výkonu, místo toho, aby jej mařila v komíně, a také zajišťují, aby katalyzátor pracoval při dostatečně vysoké teplotě, tak, aby spálil veškeré saze, které se na něj usadí.

Tato problematika je poměrně složitá, ale společnost Whitebeam nabízí pokyny, rady a tipy, které pomáhají výrobcům kamen, kteří tuto technologii neznají.

Analýza složení spalin z domácích kamen na biomasu

Kvantifikace znečišťujících látek z kamen spalujících dřevo je překvapivě složitá.

Staovení koncentrací znečišťujících látek ve spalinách z lokálních zdrojů spalujících biomasu

Stanovení koncentrací znečišťujících látek ve spalinách z lokálních zdrojů spalujících biomasu je samostatná disciplína, a proto i poměrně velcí výrobci kamen využívají externí laboratoře, které jsou k tomuto účelu speciálně vybaveny.

Jednou z komplikací je, že pro opakovatelnou analýzu spalin je nutné znát tepelný výkon kamen během testování přičemž jeho kvantifikace je poměrně obtížná.

Stanovování koncentrace organických plynných sloučenin (OGC) ve spalinách vyžaduje použití přístroje zvaného plamenoionizační detektor, jehož koupě nebo pronájem jsou velmi nákladné a k jeho obsluze je zapotřebí vyškolená osoba.

Na celém světě se používají různé zkušební postupy, což znamená, že je mnohdy obtížné porovnávat naměřené hodnoty složení spalin mezi sebou.

Hlavní rozdíl spočívá ve způsobu, jakým jsou definovány částice (co všechno je za částice považováno). V EU se částice kvantifikují metodou horkého filtru, což znamená, že „částice“ zahrnují pouze látky, které jsou v pevné nebo kapalné fázi při zvýšené teplotě filtru (obvykle 180oC).

Dehty, které jsou při této teplotě v plynné fázi, jsou definovány jako “OGC” (organické plynné sloučeniny), i když při ochlazení na teplotu okolí kondenzují a stávají se částicemi. Naproti tomu v Severní Americe se částice kvantifikují pomocí metody ředícího tunelu, která zahrnuje ochlazení spalin na teplotu okolí před jejich analýzou.

Výsledkem je definice částic, která se více shoduje s definicí používanou vědci v oblasti kvality ovzduší.

V současnosti většina předpisů a norem obsahuje pouze limity pro částice stanovené na gravimetrickým principem, tj. hmotnost částic obsažených v jednom metru krychlovém spalin.

Protože však účinky částic na zdraví člověka závisí především na jejich velikosti, přičemž nejnebezpečnější jsou ty nejmenší, objevují se snahy o zavedení předpisů obsahující limitní hodnoty dle počtu částic.

Předpisy týkající se znečišťujících látek ze spalování biomasy v domácnostech

S cílem zlepšení kvality ovzduší se zpřísňují předpisy týkající se složení spalin vznikajících ze spalování dřeva v kamnech.

Limity pro koncentrace znečišťujících látek obsažených ve spalinách z kamen a kotlů určených pro spalování dřeva

Nejčastějším důvodem spalování biomasy v domácnostech je vytápění vnitřních prostor, například pomocí kamen na dřevo, nebo využitím topného okruhu s teplovodním kotlem na biomasu.

Předpisy týkající se složení spalin se obvykle liší podle toho, zda je ohříváno bezprostřední okolí zdroje (obyčejná kamna), nebo voda (typicky teplovodní kotel), přičemž existují i překryvy, například v případě kamen s teplovodním výměníkem.

V Evropě platí pro lokální zdroje (kamna) na pevná paliva s výkonem do 50 kW a teplovodní kotle na pevná paliva s výkonem do 1 MW normy směrnice o ekodesignu (EN16510-1:2022, Nařízení Komise (EU) 2015/1189 a Nařízení Komise (EU) 2015/1185)). Tyto dokumenty stanovují limitní hodnoty pro hmotnostní koncentrace znečišťujících látek ve spalinách (oxidy dusíku, pevné částice, oxid uhelnatý a organické plynné sloučeniny) při uvádění výrobků na trh.

Limitní hodnoty ve výše uvedených dokumentech stanovené jsou však obecně považovány za velmi málo ambiciózní, a proto se některé členské státy EU rozhodly zavést vlastní normy, které jsou přísnější. Například v Německu nyní platí nařízení označované jako BlmSchV.

Stále častěji se ozývají hlasy bojovníků za kvalitu ovzduší, kteří požadují úplný zákaz kamen určených pro spalování dřeva ve městech, což vytváří tlak na jejich producenty a motivuje je k výrobě kvalitnějších zdrojů s nižším dopadem na kvalitu ovzduší. Příkladem je systém Flammeverte ve Francii a Nordic Swan ve Skandinávii.

Případný zákaz provozu kamen určených pro spalování dřeva ve městech by mohl významně ovlivnit jejich budoucnost a existenci bez ohledu na další platné předpisy.

Produkty pro snížení znečištění z lokálních topenišť pro spalování biomasy

Nabízíme řadu katalyzátorů ke snížení znečištění z kamen pro dřevo.

Katalytická technologie pro lokální topeniště určené pro spalování dřeva

V jednoduchých kamnech určených pro spalování dřeva obvykle není spalinový ventilátor, takže katalyzátor nesmí způsobovat výrazný pokles komínového tahu.

Dalším faktorem je přítomnost pevných částic (sazí a popela) vyskytujících se ve spalinách, které mohou zablokovat buňky katalyzátoru.

Z těchto dvou uvedených důvodů je nejvhodnější použít tělo katalyzátoru s nízkou hustotou buněk, například 18 nebo 25 buněk na čtvereční palec.

Teplota spalin ve zdrojích spalujících kusové dříví může během spalovací periody významně kolísat, což znamená, že je vhodnější použít tělo katalyzátoru, které může fungovat jako akumulátor tepla a tím vykrývat tyto výkyvy.

Z tohoto úhlu pohledu je keramické tělo katalyzátoru vhodnější než kovové tělo katalyzátoru.

Kovová těla katalyzátoru mají tu výhodu, že je lze přímo přivařit k jiným kovovým součástem bez nutnosti použití těsnění, a jsou také méně náchylné na mechanické poškození, což ulehčuje manipulaci, například při běžném čištění.