GDK: 831.1 :907 Drva so le pogojno ekološko čist vir energije Lojze ŽGAJNAR* Še do nedavna je veljalo splošno prepri- čanje, da je les žlahtno, čisto kurivo, brez posebnih negativnih učinkov na okolje. Tak- šna miselnost je bila pogojena predvsem z dejstvom, da je bila na začetku obdobja ekološkega zavedanja pozornost name- njena predvsem žveplu in njegovim spoji- nam ter trdnim prašnim delcem (smogu). Oba- navedena okolju škodljiva produkta pa pri kurjenju z lesom ne povzročata večjih težav, saj vsebuje les le neznatne količine žvepla (0,01-0, 1% suhe lesne snovi), polu- elje prašnih delcev (dim) pa lahko bistveno omejimo s pravilnim kurjenjem in pri večjih energetskih sistemih s čiščenjem dimnih plinov, s pomočjo cenenih čistilnih naprav (ciklonov). Enako velja tudi za negorljive mineralne sestavine lesa, ki ostanejo v obliki pepela. Količinsko je teh produktov le od 0,4-3% suhe lesne snovi. Ker lesni pepel vsebuje pomembne minerale, je tudi uporabna surovina za nadaljnjo predelavo ali neposredno porabo kot gnojilo. Vemo pa, da vsebujejo slabi premogi do 30 in več odstotkov pepela, ki je še radioaktiven. Novejše, celovitejše raziskave vzrokov in posledic različnih negativnih pojavov v oko- lju, kot so: onesnaženje okolja s polutanti ter sekundarnimi kemičnimi spojinami, kisle padavine, spremembe v ozonski plasti, fo- tooksidanti, pojav -tople grede, umiranje gozdov, spremembe genetskega materiala itd., pa so dokazale, da tudi pri kurjenju z lesom nastajajo škodljivi produkti. Danes je nesporno, da je les le pogojno čisto kurivo, kar je odvisno od številnih dejavnikov, in le v primerjavi z nekaterimi fosilnimi gorivi (premog, nafta). Kot o absolutno čistem kurivu pa lahko o lesu govorimo le v pove- zavi z onesnaževanjem tal in vod, saj ni nevarnosti razlitja (nafta in derivati!), niti * L. Žgajnar, dipl. inž. gozd., Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo, 61000 Ljubljana, Večna pot 2, Slovenija težav pri odlaganju pepela (premog!). Pri popolnem izgorevanju lesa so osnovni produkti izgorevanja C02, H20 in 803• Sproščene količine C02 so enake, kot so bile porabljene pri fotosintezi za izgrad- njo lesa. Delež žvepla in njegovih spojih je tudi zanemarljiv. Žal velja to le teoretično, saj pri kurjenju popolnega izgorevanja ni. Zato se tvorijo tudi škodljivi produkti kot so: CO, 0 3 , S02, NOx, ogljikovodiki itd. Poleg tega pa tudi zaradi vse večjega onesnaže- vanja tal, vode in ozračja, tudi les vsebuje vse več različnih kemičnih elementov in spojin, ki so pomembni polutanti (težke kovine!). Med pomembne okolju škodljive polu- tante pri kurjenju z lesom in drugo biomaso štejejo: - Dušikovi oksidi (NOx): Vir nastanka dušikovih oksidov sta zračni dušik in dušik, ki je kemično vgrajen v lesu. Količina NOx, ki nastaja pri oksidaciji kemično vezanega dušika, je odvisna predvsem od njegove vsebnosti v lesu, ki je med 0,5 in 3% suhe lesne snovi. Na količino pri gorenju spro- ščenega NOx lahko le malo vplivamo, in sicer z izbiro lesa in delov drevesa, ki vsebujejo najmanj N. V splošnem je to les iz drevesnega debla. Z uravnavanjem pro- cesa gorenja pa na ta vir NOx ne moremo vplivati. Nasprotno je oksidacija zračnega dušika močno odvisna od višine tempera- ture pri gorenju. Kritična točka je med 1300 in 1400 °C. Takšne temperature pa so le izjemne, saj pri kurjenju z lesom dosežejo v povprečju le vrednosti med 800 in 11 OO °C. V splošnem je emisija NO x pri kurjenju z lesom manjša kot pri premogu in običajno ne presega 150 mg/m3 dimnih plinov. - Žveplovi oksidi (802, S03): Zaradi majhne vsebnosti žvepla v lesu je emisija manj pomembna. Poleg tega pa je večji del žvepla (do 90 %) negorljivega in ostaja G. v. 4/92 231 vezan v pepelu . V primerjavi s fosilnimi gorivi je torej les, glede žvepla, daleč naj-· čistejši vir energije. -- Emisija organskih snovi: gre pred- vsem za skupino ogljikovih spojin (CxHy), torej za vse molekule, radikale in spojine, ki vsebujejo ogljik in vodik. Posebej po- membni so policiklični aromatski ogljikovo- diki (PAH) in njihovi derivati : aldehidi, fenoli, eteni, benzeni, benzopiren in drugi. Dose- daj je ugotovljenih že prek 120 derivatov PAH, katerih večina je kancerogenih. Vse te snovi nastajajo pri nepopolnem izgorevanju, ki je posledica pomanjkanja kisika in prenizkih temperatur pri gorenju. Večina jih nastaja pri nepopolni oksidaciji lignina, deloma pa se sintetizirajo v procesu gorenja. Dober indikator teh pojavov je povečana prisotnost CO v dimnih plinih ter nastajanje katranskih oblog in saj na stenah kurišča in dimovodnih naprav. Skupaj z dušikovi mi oksidi in pod vplivom ultravijoličnega sevanja tvorijo zelo škod- ljive sekundarne polu1ante, t. i. totooksidan- te, kot so : 0 3, peroksiacetilnitrat (PAN) in druge sestavine totokemičnega smoga. - Težke kovine: Les vsebuje veliko šte- vi lo težkih kovin, ki so škodljive okolju in živemu svetu. Še posebej pomembne so: Hg, Pb, Cd, Ni, Cr, Cu, Zn, As, ki se pri Slika 1. Prerez sodobnega trajnožarnega 1n kombiniranega (trda gonva ~ olJe) kotla . Vir: Prospekt proizvajalca HERZ Armatura, Avstrija 232 G. V. 4/92 gorenju deloma sproščajo v ozračje, de- loma pa se odlagajo v pepelu. Čeprav je vsebnost posameznih kovin v lesu majhna (od nekaj stotink do nekaj miligramov na 1 kg suhe lesne snovi), so tudi te količine nevarne človeku in okolju. Glede težkih kovin je les čistejše kurivo kot premog in manj čisto kot kurilno olje. V splošnem pa je emisija kovin v neposredni povezavi s količino emisije prašnih delcev, še posebej delcev manjših od 1 O mikronov. Ker je pri vseh napravah moči nad 1 MW potrebno čiščenje dimnih plinov (običajno multiciklon- sko), se z izločanjem prašnih delcev izloči tudi večji del težkih kovin. Izjema je Hg, ki je zelo hlapljivo in ga z običajnimi postopki čišče.nja dimnih plinov ni možno izločiti. - Emisija trdnih prašnih delcev: Emisija teh delcev je iz dimnih plinov in pepela. Tudi količina teh emisij je odvisna od več dejavnikov, še zlasti od: - količine in vrste pepela , - granulacije in vrste kuriva {količine praš ne frakcije), - načina kurjenja, kakovosti izgorevanja in načina odstranjevanja pepela. Problem onesnaževanja ozračja s praš- nimi delci je pereč predvsem pri manjših in tehnološko zastarelih zasebnih kuriščih. Odvisnost količine emitiranih prašnih del- cev od vrste kurilne naprave in oblike kuriva je razvidna iz preglednice 1. Preglednica 1: Odvisnost količine emitiranih prašnih delcev od oblike lesnega kuriva Oblika (vrsta) lesnega kuriva pole na (kosi) sekanci briketi pe leti Opomba: Emisija 1rdnih delcev v mg/MJ 10-350 70-500 45-130 30-60 Spodnje vrednosti so ugotovljene pri sodobnih napravah z optimalnim izgorevanjem. zgornje pa pri zastarelih napravah in nepravilnem kurjenju . Pri večjih energetskih napravah (cen- tralne toplarne, elektrarne, industrijske energetske naprave) z močjo nad 1 MW, dovoljujejo standardi emisijo prašnih delcev pod 150 mg/m3 dimnih plinov, novejši stan- dardi celo pod 50 mg/m3 . Za čiščenje trdih delcev običajno uporab- ljajo multiciklone, ki pa so učinkoviti le za delce velikosti nad 5 mikronov. Povprečna učinkovitost multiciklonov je 75% vseh del- cev in le 25% delcev velikosti do 5 mikro- nov. Zelo učinkovito je elektrostatično čiš­ čenje, s katerim očistimo dimne pline v povprečju 97%, drobne delce pa 72%. Za zadostitev vse strožjim predpisom je nujna uporaba elektrostatičnih filtrov. Slika 2. Enak kotel prirejen za samodejno kurjenje z drobnim lesnim kurivom (sekanci, briketi , peleti, lubje, ostružki , iveri) Vir: Prospekt proizvajalca HERZ, Avstrija .--- --- ---------- G. v . 4/92 233 Na ekološko čistost uporabe lesnega ku- riva, oziroma na količino emisij škodljivih snovi, v splošnem vplivajo isti dejavniki kot na stopnjo izkoristka in gospodarnost kurje- nja z lesom. Najpomembnejši so: - vrsta lesnega kuriva (drevesna vrsta, del dreves, kemična in anatomska zgradba; - oblika lesnega kuriva (kosi, polena, trske, iveri, žagovina, sekanci, briketi, pele- ti, oglje); - vlažnost kuriva; - način kurjenja in gorenja (eno- ali več- stopenjsko, vrtinčasto, pnevmatsko vpiho- vanje, odgorevanje, pregorevanje, ročno polnjenje itd.); - intenzivnost in potek procesa gorenja, od faze segrevanja in sušenja do vplinjanja in dogorevanja (dosežena temperatura, zmes zraka in goriva, prekinitve gorenja); - način odstranjevanja pepela, čistost kurišča in dimnovodnih poti; - vrsta, moč in tehnična spopolnjenost naprave ter učinkovitost delovanja dima- vodnih naprav; - tehnično znanje, disciplina in ekološka zavest uporabnika (kurjača). Pri sodobnih napravah večjih zmogljivosti je celoten proces avtomatiziran, računalni­ ško voden in nadzorovan. Vsi osnovni pa- rametri se samodejno uravnavajo in prila- gajajo optimalnemu režimu gorenja. V tak- šnih napravah kurjenje z lesno biomaso ne povzroča posebnih ekoloških problemov. Relativno visoke emisije pa so pri majhnih napravah z močjo do 1 OO kW, kakršne obi- čajno uporabljamo za individualno ogreva- nje in kuhanje. Zlasti problematične so starejše in slabo vzdrževane naprave ter tiste, ki so konstruirane za drugačno vrsto in obliko kuriva ali za več vrst kuriv (kombi- nira ne). Pri teh napravah pa je vpliv naštetih dejavnikov na emisije odločilen, vrsta in količina polutantov pa pomembna. To je razvidno tudi iz preglednice 2. Velike razlike med spodnjo in zgornjo emisijsko vrednostjo najpomembnejših po- lutantov dokazujejo, da je les z ekološkega 234 G. V. 4/92 Preglednica 2: Vrsta in količina polutantov pri kurjenju z lesom v različnih kurilnih napravah (mejne vrednosti) Vrsta emisij co C02 so2 NO x CxHy katran prašni delci prašni delci PAH težke kovine Mejne vrednosti 80-25.000 mg/m3 dimnih plinov 4-16 9-1 O mg/MJ energije 43-350 mg/m3 dimnih plinov 72-10.000 mg~m3 dimnih plinov 3-1600 mg/m dimnih plinov 37-300 mg/m3 dimnih plinov 1 o-soo mg/MJ energije 10-35.000 mg/m3 dimnih plinov 0,4-5,0 mg/MJ energije vidika lahko neoporečno, čisto kurivo. Prav tako očitno pa je, da je kurjenje z lesom ekološko zelo problematično, če ne upošte- vamo vseh vplivnih dejavnikov. V splošnem pa je kurjenje z lesom, v primerjavi s premogom in naftnimi derivati, čistejše glede žveplov ih in dušikovih oksidov, CO in C02 ter pepela in težkih kovin. Njegova odločilna prednost pa je ta, da ni nevarnosti razlitja in onesnaženja tal in vod ter eksplo- zij in poškodb. Tehnološko sodobna kurilna naprava je prvi pogoj za ekološko neoporečno in go- spodarno kurjenje z lesom LITERATURA 1. Bernard, H.: Energie aus Holz. Allgemeine Forstzeitung 7, Wien, 1981 . 2. Hall, D. 0., Oversend, R. P. : Biomass Rege- nerable Energy. National Research Council, Otta- wa, 1987. ~- Hamilton, H.: Energie dem Wald- Moglich- kelten und Probleme in Schweden. Allgemeine Forstzeitung 7, Wien, 1981 . 4. Jonas, A., Goetler, F.: Heizen mit Holz . Holz ist sc~wefelfrei. Salzburg, 1985. . 5._ Zgajnar, L. : Les kot vir energije v Sloveniji m njegov pomen v gospodinj·stvih. GV št. 1 Lj·. 1989. ' ' 6. Žgajnar, L.: Količine, pridobivanje, prede- l~va in upor~b_a drobne drevesne in grmovne b1omase- secn1h ostankov. Raziskovalna naloga, IGLG, 1990.