Může jedna vesnice vyprodukovat stejné množství B(a)P jako průměrná koksovna?
Koksovny jsou vnímány jako dominantní producent karcinogenního B(a)P. Výsledky spalovacích zkoušek, které byly realizovány na zkušebně Výzkumného energetického centra na VŠB-TU Ostrava ukazují, že také malá spalovací zařízení mohou vyprodukovat významné množství emisí PAU, potažmo B(a)P. Na různých typech spalovacích zařízení, která jsou běžně používána pro vytápění domácností, bylo spalováno jak černé a hnědé uhlí, tak také biomasa v různých podobách. Porovnání množství emisí B(a)P z jedné „průměrné české vesnice“, která je vytápěna spalováním pevných (tuhých) paliv, a „průměrné české koksovny“ umožní odpovědět na úvodní otázku.
Úvod
S příchodem topné sezóny se kvalita ovzduší v mnoha regionech ČR dramaticky horší. Příspěvek se zaměřuje na produkci karcinogenního benzo(a)pyrenu (dále jen B(a)P) patřícího do skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU). Příčinou výskytu B(a)P v ovzduší je jednak nedokonalé spalování (stacionární i mobilní zdroje), ale také některé technologie, jako např. výroba koksu a železa. Dle oficiální bilance emisí za rok 2012 spalovací zdroje v sektoru lokálního vytápění domácností vyprodukovaly 90 % emisí B(a)P. Mobilní zdroje se na znečišťování ovzduší B(a)P podílely 7 % a ostatní stacionární zdroje 3 %. Podstatně se tento poměr změní z pohledu aglomerace Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek, kde podíl emisí B(a)P z vyjmenovaných stacionárních zdrojů uvedených v příloze č. 2 zákona č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší představoval v roce 2012 [1] cca 38 %. Do skupiny vyjmenovaných stacionárních zdrojů, které v Moravskoslezském kraji produkují nejvíce emisí PAU, patří zdroje v sektoru výroby železa, oceli a koksu [2].
Na zkušebně Výzkumného energetického centra se uskutečnily spalovací zkoušky (hnědé, černé uhlí a biomasa) se zaměřením na stanovení emisí znečišťujících látek, které jsou produkovány ze spalovacích zařízení pro vytápění domácností. Na základě výsledků experimentální kampaně byly navrženy nové hodnoty emisních faktorů, které umožnily aktualizaci republikové bilance emisí znečišťujících látek [3] a bilanci na úrovni průměrné (hypotetické) české vesnice.
Roční produkce B(a)P z koksoven provozovaných v ČR
Bilancování emisí znečišťujících látek (ZL) z koksárenských provozů je komplikovanější než u jiných technologických zdrojů, neboť jsou produkovány především fugitivní emise ZL. Bilanci těchto fugitivních emisí ZL řeší „Jednotný metodický postup vyčíslování emisí z koksoven České republiky“ (dále jen jednotný postup [4]), který je závazný pro všechny koksárenské provozy v ČR. Princip spočívá v podrobném stanovení úniku emisí na jedné koksovací komoře, kde se stanoví základní emisní faktor (dále jen EF) pro všechny sledované ZL. Následně během provozu koksovacích baterií jsou vizuálně pozorovány úniky emisí na jednotlivých komorách. Když je pozorován mírný únik, tak se základní EF pro danou komoru zvyšuje dvacetkrát, a když je pozorován větší únik, tak se EF zvyšuje dvěstěkrát.
Provozovatelé koksoven jsou dle platné legislativy [1, 5] povinni do Souhrnné provozní evidence zdrojů znečištění ovzduší (dále jen SPEZZO) vykazovat pouze celkové emise PAU. Informace o podílu jednotlivých PAU (tedy i B(a)P) není ve SPEZZO uvedena a bilancování jednotlivých PAU je problematické. Pro stanovení roční produkce B(a)P z koksoven jsme použili tyto čtyři zjednodušující interpretace (metody):
Metoda č. 1
Používá EF dle Emission Inventory Guidebook 2009 [6] a roční produkci koksu koksoven. EF má hodnotu 750 mg B(a)P na 1 tunu koksu. Jedná se o zastaralý přístup, který od roku 2011 ČHMÚ nepoužívá.
Metoda č. 2
Používá hodnoty celkových PAU ze SPEZZO a podíl B(a)P je stanoven podle již výše uváděného Emission Inventory Guidebooku 2009 [6]. Pro bilance za rok 2011 byl tento podíl pro B(a)P 48 % z celkových PAU vykázaných ve SPEZZO [1, 5].
Metoda č. 3
Stejně jako metoda č. 2 používá hodnoty celkových PAU vykazovaných v databázi SPEZZO a pro výpočet množství B(a)P je použit podíl ve výši 10 % z celkových PAU. Tento podíl vychází z doporučení „Jednotného postupu“ [4].
Metoda č. 4
Využívá výsledky jednotlivých kongenerů PAU (tedy i B(a)P) z protokolů z měření emisí a bilance vychází z „Jednotného postupu“ [4].
Množství emisí B(a)P se podle jednotlivých metod (interpretací) liší v extrémních případech až o více než 2 řády. U metody č. 4 jde o skutečně stanovené množství emisí B(a)P na základě měření a bilancování.
Všechny ostatní metody (č. 1 až 3) se opírají o různá zjednodušující zobecnění, která slouží v podstatě jako náhrada těžce dostupných nebo nedostupných dat. Na druhou stranu je zřejmé, že vlastní měření má svá specifika a omezení včetně specifik provozních.
Dále definujme pojem „průměrná česká koksovna“ (viz tab. 1). Její výroba je průměrem všech tří koksoven provozovaných v ČR (OKK Koksovny, a.s. – Koksovna Svoboda, ArcelorMittal Ostrava a.s. – závod 10 – Koksovna, TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s. – Koksochemická výroba) a bilance B(a)P je váženým průměrem bilancí, kde jako váha je použita výroba koksu.
| bilance B(a)P kg/rok | ||||
|---|---|---|---|---|
| metoda č. 1 | metoda č. 2 | metoda č. 3 | metoda č. 4 | |
| Průměrná česká koksovna | 650,1 | 55,3 | 11,4 | 4,0 |
Metodika bilance emisí znečišťujících látek z lokálních topenišť
Bilance emisí znečišťujících látek vyprodukovaných spalováním pevných (tuhých) paliv pro potřebu vytápění domácností se provádí na základě výpočtů ze statistických dat, klimatologických informací a aktualizovaných emisních faktorů z roku 2014 [7], které Výzkumné energetické centrum poskytlo ČHMÚ na základě rozsáhlé experimentální kampaně zaměřené na reálné spalovací zkoušky. Pro stanovení EF byla použita platná metodika z roku 2013 s názvem „Metodika stanovení „váhy“ typu paliva a typu spalovacího zařízení pro výpočet emisních faktorů znečisťujících látek měrných emisí znečišťujících látek“ [3]. Použité emisní faktory pro bilanci emisí B(a)P jsou uvedeny v tab. 2. Tabulka 2 taktéž ukazuje na hodnoty EF, které ČHMÚ používalo před aktualizací EF před rokem 2014.
| Druh paliva | Emisní faktor B(a)P | |
|---|---|---|
| mg/t(paliva) | ||
| VEC [7] | ČHMÚ (již nepoužívané) | |
| Hnědé uhlí | 3 577 | 845 |
| Černé uhlí | 7 118 | 1 500 |
| Dřevo | 1 447 | 2 480 |
VEC – Výzkumné energetické centrum, VŠB – TU Ostrava
ČHMÚ – Český hydrometeorologický ústav
Roční produkce B(a)P jedné průměrné (hypotetické) české vesnice
| Spotřeba paliva pro jednu domácnost | Výhřevnost paliva | ||
|---|---|---|---|
| t/rok | MJ/kg | ||
| Hnědé uhlí | 6,4 | 18,0 |
| Černé uhlí | 4,6 | 25,4 | |
| Dřevo | 7,9 | 14,6 |
Stanovení parametrů průměrné české vesnice pro potřeby bilance vychází z mnoha zjednodušení. Pro tento příspěvek byl pojem „průměrná česká vesnice“ definován podle tab. 3.
Dle výše uvedených předpokladů byla vypočtena spotřeba jednotlivých druhů paliv, která by byla dostačující pro vytápění průměrné české vesnice. V kombinaci s EF uvedenými v tab. 2 byly vypočteny emise B(a)P z průměrné české vesnice. Roční emise B(a)P jsou uvedeny v tab. 4.
| Jedna vesnice | spotřeba paliva | bilance B(a)P |
|---|---|---|
| t/rok | kg/rok | |
| VEC | ||
| Hnědé uhlí | 4 454 | 15,9 |
| Černé uhlí | 3 202 | 22,8 |
| Dřevo | 5 498 | 8,0 |
VEC – Výzkumné energetické centrum, VŠB – TU Ostrava
Hodnoty v řádcích představují množství B(a)P, které by bylo vypouštěno komíny dané vesnice, pokud by byla vytápěna daným palivem při jmenovitém výkonu. V reálných vesnicích budou jednotlivá paliva a způsoby vytápění zastoupeny odlišně dle daných lokalit a také kvalita paliva a provozu bude horší.
Závěr
Průměrná česká koksovna vyrobila za rok 2011 cca 812 000 tun koksu a přitom vypustila ve formě fugitivních emisí dle jednotlivých metod bilance přibližně:
- 650 kg B(a)P,
- 55 kg B(a)P,
- 11 kg B(a)P,
- 4 kg B(a)P.
Jedna průměrná vesnice s dvěma tisícovkami obyvatel, která by byla vytápěna:
- hnědým uhlím (4 454 tun/rok), by za topnou sezónu vypustila do ovzduší cca 15,9 kg B(a)P,
- černým uhlím (3 202 tun/rok), by za topnou sezónu vypustila do ovzduší cca 22,8 kg B(a)P,
- dřevem (5 498 tun/rok), by za topnou sezónu vypustila do ovzduší cca 8,0 kg B(a)P.
Obr. 1 Bilance ročních emisí B(a)P z koksárenských provozů a z malých spalovacích zařízení
Jedna průměrná vesnice dle použitého paliva může za jednu topnou sezónu vypustit komíny cca 8 až 23 kg B(a)P. Můžeme tedy říci, že má velký potenciál vyprodukovat podobné množství B(a)P jako průměrná koksovna. Je potřeba si také uvědomit, že průměrná česká koksovna je v provozu celoročně a průměrná česká vesnice převážně v období topné sezóny, což je v zimním období cca 4 až 5 měsíců v roce, kdy je zvýšená pravděpodobnost vzniku teplotních inverzí.
Na obr. 1 je zobrazeno porovnání bilance B(a)P. Bilance pro koksovnu je na obrázku prezentována dle metodiky č. 2 až 4. Bilance jedné vesnice byla provedena pro spalování předepsaných paliv při jmenovitém výkonu zařízení, jedná se tedy o „nejméně možné“ množství B(a)P. Pokud budou lidé spalovat nekvalitní palivo (např. mokré dřevo či odpadky) při sníženém výkonu (např. nedostatečný přívod spalovacího vzduchu), bude kvalita spalování výrazně horší, takže také produkce B(a)P se navýší.
V ČR je cca 620 000 domácností vytápěno pevnými (tuhými) palivy ve spalovacích zařízeních, která v roce 2012 vyprodukovala cca 9000 kg B(a)P. To je množství, které je hodno pozornosti, nemyslíte?
Poděkování
Tento článek vznikl v rámci řešení projektu „INEF“ (VaVpI), „INEF-G“ (NPUI), „Příležitost pro mladé výzkumníky“ (OPVK) – CZ.1.07/2.3.00/30.0016, „Měrné emise znečišťujících látek a provozní vlastnosti malých spalovacích zdrojů“ SP2014/125.
Použité zdroje
- ČESKO. Zákon č. 201 ze dne 2. května 2012 o ochraně ovzduší. In: Sbírka zákonů České republiky. 2012.
- OSTATNICKÁ, J., VLASÁKOVÁ, L. a kol. Znečištění ovzduší na území České republiky v roce 2013 [online]. ČHMÚ Praha, 2014. Dostupné z: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/grafroc/13groc/gr13cz/Obsah_CZ.html
- HORÁK, J., HOPAN, F. Metodika stanovení „váhy“ typu paliva a typu spalovacího zařízení pro výpočet emisních faktorů znečisťujících látek měrných emisí znečišťujících látek [online]. VŠB – TU Ostrava, metodika VEC, 2013. Dostupné z: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/oez/embil/MetodikaStanoveniVahy.pdf
- AŠER, L., ČECH, B., SURÝ, A. Jednotný metodický postup vyčíslování emisí z koksoven České Republiky. Ostrava: Hutní Projekt Frýdek – Místek, 2011.
- ČESKO. Vyhláška 205/2009 Sb. o zjišťování emisí ze stacionárních zdrojů a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší ze dne 23. června 2009.
- EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook — 2009. European Environment Agency [online]. 2009 [cit. 2014-11-5]. Dostupné z: http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-emission-inventory-guidebook-2009
- HORÁK, J., HOPAN, F., Výpočet emisních faktorů znečišťujících látek pro léta 2001 až 2012 a tři varianty pro rok 2022 na základě experimentálních a statistických dat [online]. VŠB – TU Ostrava, metodika VEC, 2014. Dostupné z: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/oez/embil/VypocetEF.pdf
Coke ovens are perceived as the dominant producer of carcinogenic B(a)P. The results of combustion tests, which were performed in testing laboratory of VSB-TUO Energy Research Center show that a small-scale appliances burning solid fuels can produce significant emissions of PAHs hence B(a)P. The hard, brown coal and biomass in various forms were burned in different types of small-scale appliances, which are commonly used for household heating. Comparison of emissions of B(a)P from one “average Czech village”, which is heated by combustion of solid fuels and “average Czech coking plant” will allow to answer the initial question.