Emissievorming bij houtverbranding

De emissies als gevolg van houtverbranding kunnen worden onderverdeeld in 3 groepen:

• Primaire emissies als gevolg van onvolledige verbranding
• Primaire emissies als gevolg van anorganische bestanddelen in het hout
• Secundaire deeltjes (aerosolen) gevormd door condensatie en/of chemische reacties in de atmosfeer.

Een gedetailleerd overzicht van de reacties betrokken bij de emissievorming wordt voorgesteld in onderstaande Figuur.

Figuur: Vorming van emissies bij biomassaverbranding (Nussbaumer, 2017)

Emissies door onvolledige verbranding

Bij volledige verbranding wordt de koolstof in het hout volledig omgezet in CO₂ . In de praktijk echter is een verbrandingsproces nooit helemaal volledig, en wordt een fractie van het C niet omgezet in CO₂, maar in producten van onvolledige verbranding. Deze producten zijn onder te verdelen in volgende componenten:

• Roet: fijn stofdeeltjes bestaande uit C, mogelijk verontreinigd met bv. PAK’s en metalen, afhankelijk van de meetmethode bepaald als elementair koolstof (EC) of black carbon (BC)
• Condenseerbare organische stoffen (COC): organische componenten die in gasvormige toestand aanwezig zijn in de rookgassen, maar bij afkoeling condenseren op vaste deeltjes of als druppeltjes
• Vluchtige organische stoffen (VOS), ondermeer benzeen, fenolen, aldehyden, PAK's (met name benzo(a)pyreen): organische componenten die in gasvormige toestand aanwezig zijn in de rookgassen, en ook na afkoeling gasvormig blijven
• CO: koolstofmonoxide
• Dioxines en furanen: Bij een te lange verblijftijd tussen +/- 180 en 500 °C kunnen eventueel dioxines gevormd worden door de novo synthese. Hiervoor zijn naast koolstof, waterstof, zuurstof en chloor ook katalytisch actieve metalen (bv. Cu, Fe of Cd) nodig, die aanwezig zijn op de asdeeltjes.
• Houtstof: kleine deeltjes onverbrand hout

Emissies door aanwezigheid van anorganische componenten in het hout

Naast producten van onvolledige verbranding, doen zich bij houtverbranding ook emissies voor als gevolg van de aanwezigheid van anorganische componenten in het hout. De belangrijkste emissies zijn:

• Zouten (KCl, K₂SO₄, CaCO₃, CaO, …): Aanwezigheid van mineralen in het hout leidt tot aanwezigheid van zouten in het fijn stof. Bij onvolledige verbranding hebben deze zouten slechts een beperkt aandeel in de totale fijn stof emissie, omdat deze voornamelijk uit roet bestaat. Naarmate de verbranding vollediger is, daalt het aandeel roet in het fijn stof en neemt het aandeel zouten toe.
• (Zware) metalen: Aanwezigheid van (zware) metalen in het hout, kan leiden tot emissies van (zware) metalen (oa. Cd, Cr, Zn), veelal gebonden aan het fijn stof.
• NO_x: Stikstof in het hout leidt tot de vorming van NOx (zogenaamde brandstof NOx). Daarnaast kan NO_x ook gevormd worden uit N₂ aanwezig in de verbrandingslucht (zogenaamde thermische NO_x).

Aerosolen gevormd door afkoeling van de rookgassen

Naarmate de rookgassen afkoelen in het rookgaskanaal, zullen bepaalde condenseerbare organische stoffen (COC) condenseren onder vorming van aerosolen. Deze leveren een bijdrage aan de totale stofuitstoot. Ook anorganische verbindingen (oa metalen) kunnen condenseren.

De COC zijn niet altijd inbegrepen in de gerapporteerde emissiecijfers. Dit komt doordat met de gangbare meetmethoden stof gemeten wordt in de nog hete rookgassen. Er zijn ook alternatieve meetmethoden waarbij de condenseerbare fractie wel deels wordt meebepaald (zie paragraaf 3.4.1voor meer informatie over de gebruikte meetmethoden).

Secundair, in de atmosfeer gevormde aersolen

De uitgestoten primaire emissies zullen in de atmosfeer aanleiding geven tot secundair gevormde aerosolen (stofdeeltjes), door omzetting van gas- en dampvormige koolwaterstoffen (VOS) en CO tot secundaire organische aerosolen (SOA). De vorming van secundaire deeltjes wordt mede beïnvloed door omgevingsfactoren (bv. atmosferische omstandigheden (wind, temperatuur, …) en aanwezigheid van precursoren van andere oorsprong).

Onderzoek geeft aan dat de vorming van secundaire organische aerosolen in de atmosfeer zeer intens is, en binnen een relatief korte tijdsschaal (uren) plaatsvindt (Tiitta, Leskinen, Hao, Yli-Pirila, & Kortelainen, 2016). De vorming van secundair gevormde aerosolen levert hierdoor een aanzienlijke bijdrage aan de impact van huishoudelijke houtverwarming op de luchtkwaliteit. Deze componenten zijn niet inbegrepen in de gerapporteerde emissiecijfers.