Inverkan av förbränningsbetingelser på emitterade vedpartiklar Esbjörn Pettersson 1 Det finns inga övertygande bevis på att vedeldningspartiklar är mindre farliga än andra förbränningspartiklar i samma storlek med avseende på sjukdomar i andningsorganen. Det finns för lite underlag för att bedöma relativa toxiciten för vedpartiklar för hjärt-kärl sjukdomar eller cancer. Naeher 2007 2
Bakgrund Partikelkarakteristik från småskalig biobränsleeldning Påverkar förbränningsbetingelserna hälsoeffekterna? Sammanfattning 3 Partikelemissioner Vedpannor, tjärdalar 350-2200 mg/mj Vedpanna, gammal, satseldning 73-260 mg/mj* Vedpanna, gammal med tank 87-100 mg/mj* Vedpanna, nyare med tank 11-450 mg/mj* Vedkaminer 22-180 mg/mj* Pellet 10-66 mg/mj Stoft uppsamlat på filter vid rumstemperatur upp till12 ggr större än varm provtagn, pellets 1,2 ggr 4
3 typer av vedpartiklar Sfäriska organiska part. Sot (elementärt kol) Oorg. ask part. Mobilitets diam. 100-300 nm 50-300 50-100 Löslighet (H2O) löslig-olöslig olöslig löslig Innehåller organiskt kol elementärt kol alkali salter (metoxifenoler, (kondenserade org, levoglukosan) tex PAH) Betingelser låg temperatur hög temperatur, hög temperatur, ofullständig förbr fullständig förbr Påträffas startfas i vanliga eldstäder vid optimerad låg effekt och pannor förbränning skogsbränder 5 Pelletskamin Fullständig förbränning dn/dlog(dp) [particles/cm3] 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 50 PM 15-20 mg/mj 80 Stove A Stove B 1,0E+06 10 100 1000 KCl, KSO 4, K 2 CO 3 ΣPAH 3 μg/mj Vedpanna, PM 5 mg/mj 6
Sämre vedförbränning Vedkamin PM 110 mg/mj ΣPAH 2 mg/mj 7 Påverkar förbränningsbetingelserna hälsoeffekterna?
Effekt av olika förbränningsförhållanden Pelletseldning jämfördes med 3 olika vedkaminer - gammal vedkamin - modern vedkamin - kamin med tvåstegs förbränning Cell överlevnad Partiklar på filter och kondenserbart organiskt material Klippel & Nussbaumer 2007 9 Klippel & Nussbaumer 2007 10
Klippel & Nussbaumer 2007 11 mängd (mg/l) PAH μg/l Bra förbränning 39 40 Normal förbränning 1257 520 Dålig förbränning 8215 110 Bra förbränning < normal förbränning < dålig förbränning Kondensatet orsakade högre celldödlighet än partiklarna Kondensatet samma toxicitet, men olika mängd Mängd PAH ger ej toxicitet Klippel & Nussbaumer 2007 12
Wood stove Klippel & Nussbaumer 2007 13 Olika förbränningsbetingelser vedkamin/pelletspanna ROS (Reactive oxygen species) För pelletspannan inget utslag (start, kontinuerlig, strypt luft) Dålig förbränning för vedkamin mer ROS, som korrelerar med kolvätehalten. Miljevic et al. 2010 14
Modern vedkamin- låg och hög lufttillförsel + omgivningsprov med vedrök omgivn hög O2 låg O2 sot? org? Levoglukosan 44 40 56 PAH 0,28 3,3 1,3 Lösl komp 3,7 2,5 2,7 Djurförsök- inflammation, omgivn vedrök=hög O2 < låg O2 Celler- inflammation, ROS, omgivn vedrök= hög O2 < låg O2 DNA skador, omgivn vedrök < hög O2 = låg O2 Danielsen et al. 2010, 2011 15 Jämförelse normal förbränning och pyreldning i finsk tung murad (något strypt drag, större vedinlägg, mindre vedstorlek och ändrat vedinlägg gav samma bränsleförbrukning) GMD (FMPS) GMD (ELPI) PM1 PM10 (nm) (nm) (g/kg) (g/kg) Normal 56 65 1,8 2,1 Pyreldning 118 160 11,1 11,3 Tissari et al. 2008 POM EC Ions Normal 33% 32% 19% Pyreldning 68% 25% 2% Frey et al. 2009 16
Jalava et al. 2010 17 AMS på partikelemissionerna från en vedkamin Pagels et al. 2011 18
AMS på pelletskamin normal part storlek densitet vid GMD (nm) 140 nm (g/cm 3 ) Normal 63 1,94 Sotande 216 1,02 org kol elementärt kol (mg/mj) (mg/mj) Normal < 0,2 < 0,2 Sotande 7,5 70 sotande Pagels et al. 2011 19 Oxidativ potential för olika biobränslepartiklar Carbon black Urban PM B1- Björk- Nominell effekt B2- Björk Låg effekt B3-Björk-Start B4-Björk-Hög effekt B5- Pellets- Sotande B6-Pellets-Normal A1-Björkpellets-Stamved A2-Pellets-Stamved A3- Näverpellets A4- Barkpellets A5- Havre A6- Salix pellets A7- Torv pellets A8- Kol Boman et al. 2011 20
Samma kamin, annat projekt 21 Emissioner mg/mj (PAH μg/mj) 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 CO Pettersson et al. 2011 TOC NMVOC Methane PM tot PAH tot 134 000 Mode 1a Mode 1b Mode 2 Mode 3 normal kallare intensivare 22
Vedpanna med omvänd förbränning 25 16000 14000 20 15 O2 CO HC 12000 10000 8000 10 6000 5 0 0-5 ppm CO 4000 2000 0 Secondary air supplied through holes Dividers 16:34:23 16:51:03 17:07:43 17:24:23 17:41:03 17:57:43 18:14:23 18:31:03 18:47:43 19:04:23 19:21:03 19:37:43 19:54:23 20:11:03 20:27:43 20:44:23 21:01:03 Pannan brinner bra med lagom fuktig ved av lagom storlek Mindre och torrare ved gör att pannan brinner för hårt. Lätt att tillverka sot med mycket PAH. 23 Sammanfattning Förbränningsbetingelserna förefaller kunna påverka hälsoeffekterna. Ev har sot med höga PAH halter kraftigare inverkan än andra partiklar. De uppkommer i varm syrefattig miljö. I litteraturen har den typen av förbränningsbetingelser inte beskrivits i någon större utsträckning. Arbetet med att fastställa hur förbränningsbetingelserna påverkar hälsoeffekterna har bara börjat och kräver samarbete mellan olika områden, bland annat eldningsteknik, karakterisering av utsläpp/stoft och medicin/toxikologi. 24