Emissies in reële omstandigheden versus emissies volgens genormeerde testprocedures

De beschikbare informatie over emissies onder reële omstandigheden is relatief beperkt. Onderstaande bespreking is gebaseerd op 4 onderzoeken die afgelopen jaren gevoerd werden over emissies van huishoudelijke houtverwarming in reële omstandigheden, en vergelijking ervan met emissies gemeten in labo-omstandigheden volgens genormeerde testprocedures:

• een uitgebreide studie van de wetenschappelijke literatuur over de emissies van moderne houtverwarmingstoetsellen onder reële omstandigheden (Tytgat, Walpot, Cools, & Lenaerts, 2017)
• het Europese onderzoeksproject BeReal waarbij een meetprotocol werd ontwikkeld en metingen werden uitgevoerd op diverse types toestellen, zowel in labo’s onder genormeerde testcondities als in labo’s onder gesimuleerde praktijkcondities en bij toestellen die in huishoudens geïnstalleerd en gebruikt werden (Reichert, et al., Final Report: Definition of suitable measurement methods and advanced type testing procedure for real life conditions, 2016)
• een onderzoek door het Franse INERIS in opdracht van ADEME, waarbij een aantal recente toestellen gemeten werden door middel van een testopstelling met simulering van praktijkcondities (Ademe - Ineris, 2016)
• een studie voor de Nordic Council of Ministers waarbij metingen werden uitgevoerd op oude en nieuwe toestellen onder diverse omstandigheden, met het oog op de bepaling van emissiefactoren (Kindbom, et al., 2017)

Literatuurstudie (Tytgat, Walpot, Cools, & Lenaerts, 2017)

Onderstaande Tabel 1 geeft een overzicht van de emissiegegevens in mg/MJ die in de literatuurstudie (VMM-UA, 2017) gevonden werden voor diverse types toestellen voor huishoudelijke houtverwarming. Het betreft hier een combinatie van gegevens bekomen door labotests met gebruik van genormeerde testprocedures (LAB), gegevens bekomen door metingen in labo’s onder gesimuleerde praktijkcondities (PSEUDO), en gegevens van metingen in de praktijk bij mensen thuis (REAL).

Uit de metingen werden volgende conclusies getrokken:

• De emissies volgens de genormeerde testmethodes zijn aanzienlijk lager (typisch factor 3) dan de emissies volgens de BeReal procedure (gesimuleerde praktijkcondities), en dit voor alle bestudeerde parameters (CO, OGC als PM). De emissies volgens de BeRealprocedure en de emissies gemeten bij reële gebruikers lagen globaal in dezelfde grootte orde.
• De emissies volgens de genormeerde testmethodes zoals vermeld op de officiële documenten bij het toestel, waren lager dan de emissies gemeten door de projectpartners onder de genormeerd testcondities. Hiervoor werd in het rapport geen verklaring teruggevonden. De door de projectpartners gebruikte methode week wel af van de standaardmethode doordat de staalname voor de analyse verder weg van de kachel gebeurde (= in reeds deels afgekoelde rookgassen).
• De energetische efficiëntie bepaald volgens de genormeerde testmethodes was hoger dan deze bepaald volgens de BeRealprocedure (gesimuleerde praktijkcondities) en bij reële gebruikers.
• Wanneer de resultaten bij reële gebruikers op dag 1 en dag 2 vergeleken worden, wordt een lichte verbetering vastgesteld op dag 2 ten opzichte van dag 1, hetgeen voor de houtkachels toegewezen wordt aan het verbeterde gebruikersgedrag (toepassing van de richtlijnen) en voor de pelletkachels aan de kwaliteit van de brandstof. De resultaten op dag 3 wijken het minst af van de resultaten met gebruik van de BeReal procedure.

Studie in opdracht van de Nordic Council of Ministers (Kindbom, et al., 2017)

Met het oog op het verbeteren van emissiefactoren gebruikt in emissie-inventarissen, werden in deze studie metingen uitgevoerd op verschillende kachels en ketels, enerzijds volgens Europese en Noorse genormeerde testmethoden, en anderzijds in aangepastse testen, waarbij oa gewerkt werd met vochtiger hout en bij deellast, om de invloed van gebruikersgedrag op de emissies in te schatten. Op basis van het onderzoek werden volgende conclusies getrokken (zie ook Figuur 2 en Figuur 3):

• Emissies van traditionele ketels op stukhout zijn een factor 5 tot 10 hoger (afhankelijk van de parameter) dan deze van moderne ketels, ketels op pellets of ketels of houtsnippers. Voor deze laatste 3 categorieën zijn de emissieniveaus vergelijkbaar.
• Het stoken bij deellast ipv vollast leidt bij ketels tot een verhoging van de emissieniveaus met een factor 2-6 (soms hoger), afhankelijk van de parameter en de technologie.
• Het gebruik van vochtige brandstoffen verhoogt de emissies van stookketels met een factor 1,5-2. 
• Voor kachels waren de verschillen tussen verschillende technologieën minder uitgesproken dan voor ketels. De hoogste emissieniveaus werden gemeten bij tegelkachels, gevolgd door oudere kacheltypes (1,5-2 keer hoger dan bij moderne houtkachels). Pelletkachels hebben de laagste emissieniveaus voor alle parameters
• Het stoken bij deellast ipv vollast leidt bij kachels tot een verhoging van de emissieniveaus met een factor 1,5-3,5.
• Moderne kachels bleken gevoelig voor het vochtgehalte van het hout, met een stijging van emissieniveaus met een factor 5-8 voor PM en OC. Voor oudere kachels en tegelkachels werden de emissies daarentegen weinig beïnvloed door het vochtgehalte van het gestookte hout. De hogere impact bij moderne kachels wordt toegewezen aan de beperktere capaciteit van het luchtsysteem in deze toestellen.
• Zowel voor kachels als voor ketels worden de emissies van elementair koolstof (EC) in vergelijking met andere parameters relatief weinig beïnvloed door stoken bij deellast of door het vochtgehalte van het hout. Emissies van EC vertoonden ook geen goede correlatie met PM emissies.

Figuur 2: Gemiddelde meetwaarden bij testen op 2 moderne stukhoutketels (Kindbom, et al., 2017)

Figuur 3: Gemiddelde meetwaarden bij testen op 2 moderne houtkachels (Kindbom, et al., 2017) (NOM =  nominale belasting, HIGH = hoge belasting, PART = deellast, SLW= standaard houtblok, DLW = droog houtblok, MLW = vochtig houtblok)

Onderzoek door INERIS in opdracht van ADEME (Ademe - Ineris, 2016)

In Frankrijk werden verschillende toestellen bij verschillende omstandigheden getest op een testbank van INERIS, met de bedoeling om reële praktijkcondities te simuleren. Er werden 2 kachels en 2 (gesloten/inzet) haarden gestest die representatief geacht werden voor toestellen die op dat ogenblik in Frankrijk op de markt werden aangeboden. De resultaten van de metingen zijn samengevat in Tabel 20.

Tabel 20: Overzicht van gemiddelde meetresultaten (Ademe - Ineris, 2016)

Uit deze cijfers werden volgende conclusies getrokken:

• De gebruikte houtsoort beïnvloedt op statistisch significante wijze de emissies. Met name bij het stoken van eik werden hogere emissies van CO, VOS, CH₄ en PM vastgesteld. Dit wordt verklaard door een mogelijk zuurstoftekort tijdens de verbranding (tekort aan primaire verbrandingslucht). Dit effect zou meer uitgesproken zijn naarmate de toestellen luchtdichter zijn uitgevoerd. Voor PAK’s, benzo(a)pyreen en EBC werd een omgekeerde invloed vastgesteld (lagere emissies bij eik).
• Het stoken bij deellast ipv vollast leidt tot een verhoging van de emissies van CO, VOS, CH₄ en PM. Ook hier werd voor PAK’s, benzo(a)pyreen en EBC een omgekeerde invloed vastgesteld (lagere emissies bij deellast).
• Ook de aanmaakprocedure is van grote invloed op de emissies, met voor alle parameters hogere emissies bij koud aanmaken dan bij warm aanmaken.
• De invloed van de overige variabelen (toesteltype, aantal blokken hout) is in vergelijking met bovenstaande parameters van ondergeschikt belang.

Vergelijking van de emissiewaarden voor PM (solids) en PM (solids + condensables) leert dat de waarden inclusief condensables een factor 2,7 tot 7,2 hoger liggen dan de waarden zonder condenseerbare fractie. Dit ligt in lijn met de conclusies uit andere vergelijkende studies in de literatuur, waar sprake is van een factor 2,5 tot 10 (European Environment Agency, 2019).

Conclusie

Milieuprestaties in reële omstandigheden, onder wisselende en niet steeds optimale verbrandingscondities, kunnen sterk kunnen afwijken van deze die gemeten worden in labo’s bij gebruik van de genormeerde testprocedures onder optimale verbrandingscondities. De punten waarop de testprocedures onder meer afwijken van reële omstandigheden zijn:

• Zelden meenemen van opstart (en uitdoven)
• Meestal niet meenemen van stoken in deellast
• Doorgaans niet meten van de condenseerbare fractie van stof
• Ideale onderdruk
• Ideale brandstofkwaliteit (vochtgehalte, geen schors, ….)
• Ideale houtsoorten (bv. geen harshoudende naaldhoutblokken)
• Ideale brandstofafmetingen
• Ideale brandstofhoeveelheid
• Ideale installatie
• Ideale afstelling en gebruik (o.a. regeling van luchttoevoer)
• Voorverwarmd toestel.

Het aantal metingen onder reële omstandigheden (bij mensen thuis) is zeer beperkt. Er zijn relatief meer gegevens beschikbaar van milieuprestaties gemeten in labo’s onder gesimuleerde praktijkomstandigheden. Hieruit is duidelijk dat gebruikersgedrag (in het bijzonder de gebruikte houtsoort, het gebruik van vochtig hout, het stoken bij deellast en de gebruikte aanmaakprocedure) kan leiden tot aanzienlijk hogere emissies. Door gebrek aan eenduidige en preciese informatie over gemiddeld of typisch gebruikersgedrag (oa gebruikte houtsoort, vochtigheidsgraad van het hout, gebruikte aanmaakprocedure, …, en de combinatie van deze individuele aspecten), blijft er echter een relatief grote onzekerheid over de milieuprestaties in reële omstandigheden.