Luchtkwaliteit bij hout pelletverbranding (Filip Lefebre - VITO)

1. 17/09/2014
Overzicht nieuwe inzichten
houtverbranding
Filip Lefebre, Wouter Lefebvre, Frans Fierens, Nele Renders,
Charlotte Vanpoucke
Filip.Lefebre@vito.be

2. 0: Inleiding: het fijnstofprobleem
(aantal / 100000 inwoners)
België W-Eur Globaal US
Fijnstofvervuiling in
de buitenlucht Doden 52.5 39.8 46.8 33.6
YLL 736.8 538.3 1050.4 535.4
DALY 830.9 595.6 1105.4 593.9
Verkeersslachtoffers Doden 13.2 9.1 20.3 15.3
YLL 517.3 342.2 947.9 653.0
DALY 827.9 656.9 1184.1 797.4
Passief Roken Doden 7.9 7.1 8.7 5.0
YLL 95.0 84.9 276.3 73.9
DALY 112.4 97.0 289.3 84.0
Bron: GBD 2010
17/09/2014 2
© 2013, VITO NV

3. Onderzoeksvraag: effect van houtverbranding
op het fijn stof?
17/09/2014 3
© 2013, VITO NV
» Twee feiten:
» Nieuwe inschatting emissies (VITO-studies voor VMM en Eurostat)
» Inschatting van concentraties in de lucht (Chemkar-VMM-campagnes)
» Koppeling van beide: bevestigen beide (onafhankelijke) sporen mekaar?

4. Eerste spoor: Emissie-inschattingen
» Emissies = Activiteitsdata x Emissiefactor
(gram) (GJ) (g/GJ)
17/09/2014 4
© 2013, VITO NV
» Houtverbrandingsemissies:
Epol= Houtverbruik x EFpol

5. 17/09/2014 5
© 2013, VITO NV
Houtverbruik
» Berekening gebaseerd op basis van enquêtes
» VMM-studie: Nieuwe enquête in 2010 => onderschatting van het
houtverbruik (nieuwe schatting: ~25 PJ)
» Eurostat-studie: Update van het houtverbruik gebaseerd op de resultaten
van de Energy Consumption Survey (ECS, 2012)
4.6 PJ  15.6 PJ
x 3.4
Bronnen:
» Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en
landbouw (VITO, november 2011)
» Energy Consumption Survey for Belgian households, 2012,
http://www.energiesparen.be/node/880

6. Mean EF (ton/PJ) 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010
PM2,5 121 122 121 121 121 122 122
PM10 128 128 128 128 128 128 128
TSP 135 135 135 135 135 135 135
NOx 100 79 79 79 79 79 79
PAH (kg/PJ) 16695 16697 16695 16698 16695 16696 16696
17/09/2014 6
© 2013, VITO NV
Emissiefactoren
» Vroeger gebruikt door de Belgische Regio’s:
» Gebaseerd op FOD studie
Mean EF = Totale emissies/Houtverbruik

7. Emissiefactoren
» Nieuwe emissiefactoren:
» Gebaseerd op literatuur, expert-inschatting
» Prioriteit: recent gepubliceerde emissiefactoren,
internationale consensus, en consistentie
» Gemiddelde EF varieert doorheen de tijd op basis van
veranderingen in ‘kachelpark’ en wetgeving
Mean EF (ton/PJ) 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010
PM2,5 665 583 575 553 550 513 509
PM10 666 584 576 554 551 514 510
TSP 699 612 604 580 578 539 534
NOx 62 68 69 70 70 73 73
PAH (kg/PJ) 12995 12995 12995 12995 12995 12995 12995
Mean EF = Totale emissies/Houtverbruik
Bron: Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en
landbouw (VITO, november 2011)
17/09/2014 7
© 2013, VITO NV

8. Installaties in Vlaanderen
» Verdeling van houtverbrandingsinstallaties en types hout
17/09/2014 8
© 2013, VITO NV
Aandeel
type
installatie
Per type installatie: Aandeel type hout
Houtblokken
houtbriketten
Pellets
onbehandeld
afvalhout
behandeld
afvalhout
houtkrullen/
chips
snoei/
sprokkelhout
Open haard 8,49% 51,41% 4,93% 1,90% 10,01% 5,29% 0,74% 25,72%
Cassette 33,19% 61,93% 1,58% 0,78% 13,34% 1,56% 0,13% 20,68%
Kachel 39,80% 53,06% 0,99% 7,62% 15,19% 0,68% 0,37% 22,08%
Accumulatiekach
14,04% 51,56% 0,42% 1,75% 26,19% 0,96% 0,00% 19,11%
el
Ketel 4,48% 92,54% 1,63% 3,67% 1,63% 0,00% 0,00% 0,53%
Aandeel
houttype
57,42% 1,47% 3,86% 15,08% 1,37% 0,26% 20,54%
Bron: Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en
landbouw (VITO, november 2011)

9. Installaties in Vlaanderen (emissiefactoren)
Installatie PM/TSP (g/GJ) PM10 (g/GJ) PM2,5 (g/GJ)
Open haard 900 860 850
Moderne open haard 250 240 240
Houtkachel ouder type 850 810 810
Houtkachel modern 250 240 240
Houtketel ouder type 900 850 850
Houtketel manueel 80 76 76
Houtketel automatisch 70 66 66
Pelletkachel 80 76 76
Type installatie Gemiddelde leeftijd (jaar)
Centrale verwarming,
11
ketel
Open haard 25
Cassette 13
Kachel 15
Accumulatiekachel 7
17/09/2014 9
© 2013, VITO NV
Grootteordes ook bevestigd door
ander Europees onderzoek (met
andere categorieën, wel afwijkingen
voor pellets):
EMEP emission inventory
Guidebook 2013
Bron: Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en
landbouw (VITO, november 2011)

10. Emissiefactoren
Mean EF (ton/PJ) 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010
PM2,5 121 122 121 121 121 122 122
PM10 128 128 128 128 128 128 128
TSP 135 135 135 135 135 135 135
NOx 100 79 79 79 79 79 79
PAH (kg/PJ) 16695 16697 16695 16698 16695 16696 16696
Mean EF (ton/PJ) 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010
PM2,5 665 583 575 553 550 513 509
PM10 666 584 576 554 551 514 510
TSP 699 612 604 580 578 539 534
NOx 62 68 69 70 70 73 73
PAH (kg/PJ) 12995 12995 12995 12995 12995 12995 12995
17/09/2014 10
© 2013, VITO NV
• Vroeger:
• Nu:
Mean EF = Total emissions/total wood consumption
x4
Bron: Emissies door houtverbranding – sectoren gebouwenverwarming en
landbouw (VITO, november 2011)

11. Gecombineerd effect
» Totale PM10 emissies van huishoudelijk houtverbruik :
» Stijging met een factor 13,5 in 2010 (3,4 door houtverbruik, 4
17/09/2014 11
© 2013, VITO NV
door emissiefactoren)

12. 17/09/2014 12
© 2013, VITO NV
Een zijsprongetje
» 50g fijn stof (PM2.5) wordt uitgestoten door:
» 3,8 kg hout te verbranden in open haard (850 g PM2,5/PJ houtblokken,
15,47 MJ/kg warmte-inhoud)
» 13,5 kg in een moderne houtkachel (240 g/PJ houtblokken, 15,47
MJ/kg warmte-inhoud)
» 40 à 105 kg pellets (29-76 g/PJ pellets, 16,3 MJ/kg)
» 1443 km met een gemiddelde Vlaamse wagen
» 420 km met een gemiddelde Vlaamse vrachtwagen

13. Effect van de nieuwe emissies
» Aandeel van de residentiële sector in de totale primaire
fijnstofemissies stijgt van 11% naar 41% voor 2010
'Old' primary PM10 emissions
Commercial
1%
'New' primary PM10 emissions
Commercial
Agriculture
14%
Off road
Bron: Lozingen in de lucht 2000-2011 (VMM, 2012)
17/09/2014 13
© 2013, VITO NV
Residential
11%
Industry
20%
Energy
2%
Traffic
27%
Off road
1%
Agriculture
21%
Resuspension
17%
Residential
41%
Industry
13%
Energy
1%
Traffic
18%
1%
0%
Resuspension
11%

14. Effect van de nieuwe emissies
» Aandeel van de residentiële sector in de totale primaire
fijnstofemissies stijgt van 11% naar 41% voor 2010
17/09/2014 14
© 2013, VITO NV
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
'old' primary PM10
emissions
'new' primary PM10
emissions
tonnes
Residential
Commercial
Agriculture
Off road
Traffic
Resuspension
Energy
Industry
Bron: Lozingen in de lucht 2000-2011 (VMM, 2012)

15. Tweede spoor: concentratiemetingen
» 2 ‘Chemkar’ campagnes met metingen van
levoglucosan (= tracer voor
houtverbrandingsemissies)
PM10,wood = 10.7 x levoglucosan
10.7 is vermoedelijk aan de lage kant
17/09/2014 15
© 2013, VITO NV
» Feb 2010 - Feb 2011
» Jun 2011 - Jul 2012
Bronnen:
• VMM (2011), Chemkar PM10, Chemische karakterisering van fijn stof in
Vlaanderen - 2010
• VMM (2013), Chemkar PM10, Chemische karakterisering van fijn stof in
Vlaanderen, 2011-2012

16. Tweede spoor: concentratiemetingen
» In de winter: ongeveer 10% van de gemeten concentraties te wijten aan
17/09/2014 16
© 2013, VITO NV
houtverbranding
» In de zomer: veel lager
» Jaargemiddeld: 6%.
» Bij overschrijdingsdagen van de dagnorm: significante bijdrage door
houtverbranding!

17. 41% in de emissies en slechts 6% in de
concentraties? Hoe kan dit nu?
» Fijn stof bestaat uit primair en secundair fijn stof:
» Primair: rechtstreeks uitgestoten als fijn stof
» Secundair: uitstoot als andere stoffen (NOx, NH3, …), door chemische
transformaties omgezet naar fijn stof
» Daarenboven: invoer uit het buitenland => mogelijks in andere
17/09/2014 17
© 2013, VITO NV
verhoudingen.

18. Zijn de twee sporen verzoenbaar?
» In andere woorden: zijn de nieuw ingeschatte
emissies voor fijn stof realistisch?
» Om deze vraag te beantwoorden :
» Modeloefening met oude en nieuwe emissies
» Vergelijking met de metingen
Emissies ↔ Concentraties
17/09/2014 18
© 2013, VITO NV

19. 17/09/2014 19
© 2013, VITO NV
Measurements
» Monitoring sites : Antwerpen (AT30), Brugge (BB26), Hamme
(HA02), Lier (LR02), Mechelen (ML01), Houtem (N029),
Oostende (OS09), Gent-Baudelo (R701) (2x), Borgerhout (R801),
Retie (RT01)
Hamme (HA02):
Belangrijke bron
van
houtverbranding
dicht bij de
meetpost

20. Modelopzet
» Gebruik van IFDM, een bi-gaussiaans dispersiemodel
» Vlaamse ruimtelijke verdeling van houtverbruik
» Totaal ‘nieuw’ houtverbruik op basis van ECS, 2012
» Oude emissiefactoren (EIL-EF): EFEIL= 128 ton/PJ
» Nieuwe emissiefactoren (WoET-EF): EFwoet= 510 ton/PJ
» Modelberekening van de PM10-concentraties door
houtverbranding op de meetlocaties
» Geen bronnen buiten Vlaanderen(achtergrond = 0)
Bron: Deeltaak houtverbrandingsemissies uit Referentietaak
Luchtkwaliteitsmodellering (VITO, 2013)
17/09/2014 20
© 2013, VITO NV

21. ML01
17/09/2014 21
© 2013, VITO NV
Modelresultaten
• Ruimtelijke validatie
OS09
OS09
N029
R801
AT30
RT01
RB7B0216
R701
LR02
HA02
N029
R801
AT30
RT01
RBR7B7020161 LR02
ML01
HA02
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
Model (μg/m³)
Observations (μg/m³)
WoET-EF
EIL-EF
Bron: Deeltaak houtverbrandingsemissies uit Referentietaak
Luchtkwaliteitsmodellering (VITO, 2013)

22. R801
ML01
R801
17/09/2014 22
© 2013, VITO NV
Modelresultaten
» Ruimtelijke validatie zonder Hamme (HA02)
OS09
OS09
N029
AT30
RT01
RB7B0216
R701
LR02
N029
AT30
RT01
RB7B0216
R701 LR02
ML01
y = 1,4408x - 0,8326
R² = 0,4896
y = 0,3786x - 0,2249
R² = 0,5407
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Model (μg/m³)
Observations (μg/m³)
WoET-EF
EIL-EF
Lineair (WoET-EF)
Lineair (EIL-EF)
Bron: Deeltaak houtverbrandingsemissies uit Referentietaak
Luchtkwaliteitsmodellering (VITO, 2013)

23. 17/09/2014 23
© 2013, VITO NV
Modelresultaten
Temporele validatie:
gemiddelde van de daggemiddelde concentraties op alle locaties
(periode 1)
9
9
9
8
8
8
7
7
7
6
6
6
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
μg/m³
Measurement
0
μg/m³
Measurement
Model EIL EF
0
Measurement
Model WOET EF
Model EIL EF

24. 17/09/2014 24
© 2013, VITO NV
Modelresultaten
Temporele validatie:
gemiddelde van de daggemiddelde concentraties op alle
locaties (periode 2)
12
10
8
6
4
2
0
μg/m³
Measurement
Model WOET EF
Model EIL EF

25. Ontbrekende bronnen in model
» Biomassa elektriciteitcentrales
» Emissies afhankelijk van de brandstofmix
» % houtverbranding niet gekend
» Totale PM10 emissies biomassa elektriciteitscentrales in 2010:
17/09/2014 25
© 2013, VITO NV
162 ton
» Totale residentiële houtverbrandingsemissies (2010):
nieuw houtverbruik, oude EF: 2005 ton
nieuw houtverbruik, nieuwe EF: 7991 ton
 Bijdrage van elektriciteitscentrales op biomassa is heel klein tov totale
residentiële houtverbrandingsemissies.

26. Ontbrekende bronnen
» Onbekende bronnen (?)
» Achtergrond (incl. Brussel, Wallonië)
» Emissies van lokale bronnen zijn heel waarschijnlijk veel belangrijker dan
de bijdrage door lange-afstandstransport
» Moeilijk om de impact van buitenlandse bronnen in te schatten
» “expertschatting” : 0.2 – 0.4 μg/m³ (jaargemiddeld)
17/09/2014 26
© 2013, VITO NV

27. Ontbrekende bronnen
μg/m³ PM10 (wood burning)
all sources
1,46
80% other
Domestic wood
burning
0,30
18% other
Domestic wood
burning
1,19
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Observations Model (old EF) Model (newEF)
• Modelberekeningen met oude emissiefactoren :
80% van PM10 afkomstig van houtverbranding in
Vlaanderen te wijten aan bronnen buiten
Vlaanderen?
 Zeer onwaarschijnlijk
• Ook spreiding in metingen tussen Vlaamse stations
kan niet verklaard worden
17/09/2014 27
© 2013, VITO NV

28. 17/09/2014 28
© 2013, VITO NV
Conclusies
» Modelberekeningen gebruik makend van de oude
emissiefactoren (met de nieuwe houtverbruikscijfers)
verklaren slechts 20% van de gemeten PM10-concentraties
» Deze onderschatting kan niet verklaard worden door
onbekende bronnen en/of import van lange-afstandstransport
» Modelresultaten met de nieuwe PM10 emissies van
houtverbruik zijn consistenter met de metingen:
» 41% van de primaire fijnstofemissies : residentiële
houtverbranding
» 6% van de fijnstofconcentraties, in de winter 10%,
significante bijdrage aan overschrijdingen
» Verder onderzoek naar de achtergrondconcentraties is nodig