Puunpolton päästöt - pienpoltto tulisijoissa vai pellettien poltto voimalaitoksessa

Transkriptio

1 Puunpolton päästöt - pienpoltto tulisijoissa vai pellettien poltto voimalaitoksessa Hilkka Timonen, Sanna Saarikoski, Risto Hillamo, Minna Aurela, Anna Frey, Karri Saarnio In co-operation with:

2 Sisältö Motivaatio Miksi nämä puunpolton ja pelletin polton päästöt tärkeitä ja ajankohtaisia? Tulokset Minkälaisia päästöt ovat Puun pienpoltto Pelletin poltto kotitalouksissa ja voimalaitoksissa Puun poltto vs pelletinpoltto Johtopäätökset

3 Miksi puun pienpolton päästöt ovat kiinnostavia? Yksi isoimmista hiukkasten päästölähteistä tiuhaan asutuilla alueilla Päästöt lähellä maanpintaa Puunpolton päästöt on suurimmillaan kun on kylmää ja sekoituskorkeus on pieni sekä sekoittuminen vähäistä Suomen hallitus suosii biomassan polttoa uusiutuvien energian tuotantomuotojen lisäämiseksi

4 Miksi pelletin polton päästöt kiinnostavat? Ilmasto- ja energiapakettiin kuuluva Uusiutuvan energian direktiivi (RES-direktiivi) linjaa unionin sitovaksi tavoitteeksi nostaa uusiutuvien energialähteiden osuus 20 % kaikesta EU:n energiankulutuksesta vuoteen 2020 mennessä Suomelle direktiiviehdotus asettaa 38 % tavoitteen uusiutuvien energialähteiden osalta. Lisäysvelvoite on 9,5 prosenttiyksikköä. Suomen valttikorttina biomassan hyödyntäminen. 70 % Suomen uusiutuvasta energiasta tuotetaan metsäteollisuuden sivutuotteilla

5 Miksi pelletinpolton päästöt kiinnostavat? Pelletit ovat uusiutuvaa energiaa, pellettipoltto ei lisää ilman hiilidioksidipäästöjä vähentää riippuvuutta tuontienergiasta ja luo esimerkiksi työpaikkoja tyypillisesti heikosti työllistäville syrjä-alueille. Haittana on pelletin valmistukseen kuluva energia ja siitä johtuva puuta korkeampi hinta. Hinta on kuitenkin öljy- ja sähkölämmitystä halvempi. Pellettienergiayhdistyksen mukaan noin suomalaista pientaloa lämmitetään pelletillä Puupellettien poltto aloitetaan esim. Salmisaaren voimalaitoksessa loppuvuonna 2014 ja Hanasaaren voimalaitoksessa vuoden 2015 aikana (

6 Polttoolosuhteet vaikuttavat päästöihin Tehollisessa palamisessa palaminen tapahtuu kuumassa lämpötilassa ja palaminen on liekillistä. Tällöin syntyy pääasiassa tuhkakomponenteista (epäorgaanisia yhdisteitä, suoloja) koostuvia pienhiukkasia, joiden koko on yleensä pieni (Ultrafine, fine). Epätäydellisessä palamisessa palamislämpötila on alhaisempi, hapen syöttö on rajoitettu ja puhutaan kitupoltosta. Paljon hiukkasia, jotka koostuvat noesta ja orgaanisista yhdisteistä (esim. syöpävaarallisia PAH-yhdisteitä). Hiukkasten koko saattaa olla hieman karkeampaa kuin tehollisesta palamisesta.

7 Puunpolton päästöt Frey A.K., Tissari J., Saarnio K.M., Timonen H.J., Tolonen-Kivimaki O., Aurela M.A., Saarikoski S.K., Makkonen U., Hytonen K., Jokiniemi J., Salonen R.O. & Hillamo R.E.J Chemical composition and mass size distribution of fine particulate matter emitted by a small masonry heater. 7 16/12/2014

8 Puunpolton päästöt Frey A.K., Tissari J., Saarnio K.M., Timonen H.J., Tolonen-Kivimaki O., Aurela M.A., Saarikoski S.K., Makkonen U., Hytonen K., Jokiniemi J., Salonen R.O. & Hillamo R.E.J Chemical composition and mass size distribution of fine particulate matter emitted by a small masonry heater. 16/12/2014 8

9 Puunpolton vaikutus pienhiukkaspitoisuuksiin Ilmatieteenlaitoksen ja HSY:n tutkimuksessa arvioitiin puunpolton vaikutusta pienihiukkasten määriin pääkaupunkiseudulla lämmityskaudella. Kaupunkikeskusalueilla puunpolton arvioitiin aiheuttavan 10-30%:a kokonaishiukkasmäärästä, kun taas pientaloalueilla osuus oli n %:a kokonaishiukkasmääristä. Saarnio K., Niemi J.V., Saarikoski S., Aurela M., Timonen H., Teinila K., Myllynen M., Frey A., Lamberg H., Jokiniemi J. & Hillamo R Using monosaccharide anhydrides to estimate the impact of wood combustion on fine particles in the Helsinki Metropolitan Area. Boreal Environment Research 17:

10 Erilaistet polttolaitteet PM 1 : määritetty koostumus (massakonsentraatio-osuudet) 0.35 % 16.9 % 10.9 % Pellettikattila 0,31 mg/m % 37.4 % muu (tuntematon) WSPOM (WSOC 1,8) kalium natrium sulfaatti nitraatti 89.2 % 96.4 % Perinteinen takka 0,52 mg/m 3 Saunakiuas 50,4 mg/m % 3.8 % 3.4 % 2.3 % 0.48 % 0.85 % WSPOM 3.0 % 21.8 % 5.3 % kloridi muut ionit 3.6 % ionit 0.54 % Saarnio K., et al Using monosaccharide anhydrides to estimate the impact of wood combustion on fine particles in the Helsinki Metropolitan Area. Bor. Environ. Res. 17:

11 Pellettien poltto kivihiili voimalaitoksessa Kivihiilen sekä kivihiilen + pellettien (4-10%) seospoltosta syntyviä päästöjä tutkittiin Hanasaaren voimalaitoksella Pienhiukkasnäytteitä kerättiin laboratorioanalyysejä varten prosessin eri vaiheista: sähkösuodattimen jälkeen ennen rikinpoistolaitosta sekä tämän jälkeen piipusta juuri ennen päästöjen vapautumista ilmakehään: 1) Hiili + ESP 2) Hiili + ESP+DSP 3) Hiili + pelletti + ESP 4) Hiili + pelletti + ESP+DSP. Tutkimus tehtiin osana CLEEN Oy:n (Cluster for Energy and Environment) energian ja ympäristön strategisen huippuosaamisen keskittymän Ympäristön mittaus ja monitorointi, Measurement, Monitoring and Environmental Efficiency Assessment (MMEA) -tutkimusohjelmaa. Tutkimukseen osallistuivat Ilmatieteen laitoksen lisäksi Tampereen teknillinen yliopisto, Metropolia Ammattikorkeakoulu ja Helsingin seudun ympäristöpalvelut. 11

12 Päästöjen kemiallinen koostumus Lähde: Frey Anna, väitöskirja, 2014:Study on soot and other refractory components from various combustion processes 12

13 Kivihiilen ja pelletin seospoltto

14 Yksittäisten hiukkasten koostumus (TEM/EDX) Yksittäiset hiukkaset (# ~ 1500) luokiteltiin alkuaine koostumuksen perusteella (ei sis. O, N and H) käyttäen hierarchical cluster -analyysiä. TEM/EDX= transmission electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray microanalyses After ESP: Coal Coal-pellet mixture Pictures courtesy of Jarkko Niemi, Helsingin Seudun ympäristöpalvelut

15 Yksittäisten hiukkasten koostumus (TEM/EDX) After ESP+DSP: Coal Coal-pellet mixture Pictures courtesy of Jarkko Niemi, Helsingin Seudun ympäristöpalvelut

16 Päästöt: Pienpoltto vs voimalaitos HUOM! Eri skaalat kuvissa! Lähde: Frey Anna, väitöskirja, 2014:Study on soot and other refractory components from various combustion processes

17 Päästöt: Pienpoltto vs voimalaitos Frey A.K., Saarnio K., Lamberg H., Mylläri F., Karjalainen P., Teinilä K., Carbone S., Tissari J., Niemelä V., Häyrinen A., Rautiainen J., Kytömäki J., Artaxo P., Virkkula A., Pirjola L., Rönkkö T., Keskinen J., Jokiniemi J. & Hillamo R Optical and Chemical Characterization of Aerosols Emitted from Coal, Heavy and Light Fuel Oil, and Small-Scale Wood Combustion. Environmental Science & Technology 48:

18 Johtopäätökset Pienpolton päästöt merkittävä pienhiukkaslähde erityisesti kaupunkialueilla Polttolaite, polttoaine ja polttotapa vaikuttavat päästöihin! Nykyaikaisilla puhdistusmenetelmillä varustetun kivihiilivoimalan savukaasun hiukkaspitoisuudet olivat suhteellisen pieniä ja niiden vaikutus kaupunkialueen ilmanlaatuun pieni. Kemiallisen analyysin perusteella savukaasun pienhiukkaset koostuivat lähinnä hiilenpoltossa syntyneestä mineraalituhkasta sekä rikinpoistolaitoksen sivutuotteista kuten kipsistä ja suoloista Pelletin muutti päästöjen kemiallista koostumusta hieman