Combuatia ecologica si eficienta a biomasei lemnoase - poluarea exterioara si interioara

1. Poluarea exterioara

Arderea combustibilor solizi (printre acestia fiind cuprinsa si biomasa lemnoasa) reprezinta o activitate necesara vietii oamenilor, indifirent daca beneficiile sunt directe (prepararea hranei, incalzire, spalat etc) sau prin industriile pe care le intretin. De asemenea este cunoscut faptul ca nu exista ardere fara noxe. Problema care se pune este in primul rand sa se folosesca materiale combustibile regenerabile, a caror emisie de noxe sa fie compensata de consumul echivalent de bioxid de carbon prin fotosinteza, la cresterea si dezvoltarea biomasei. In al doilea rand, dar nu in ultimul rand, trebuie sa se cunosca mecanismul combustiei, pentru a se lua toate masurile necesare pentru reducerea noxelor provocate la ardere. In tabelul 2.8. se prezinta comparativ emisiile de bioxid de carbon.

Cel mai important lucru de la combustia biomasei (spre deosebire de petrol si gazele naturale) este acela ca, in urma unei conduceri corecte a procesului de combustie, se obtine un bioxid de carbon neutru. Din momentul in care s-a demostrat ca bioxidul de carbon reprezinta unul dintre poluantii rezultati din casele taranesti, cresterea utilizarii biomasei lemnoase in locul gazelor naturale si a produselor petroliere va reduce semnificativ emisia de CO₂.

Tabel 2.8

Emisia de bioxid de carbon din sistemul rezidential de incalzire

* electricitatea luata in calcul este produsa din surse hidro sau nucleare. Electricitatea produsa din combustibili fosili are un nivel inalt al emisiei de CO₂.

Folosirea biomasei lemnoase inatura si pericolul aruncarii acesteia in natura, poluand in acest fel mediul natural, mai ales apele de suprafata. Daca se pune problema lemnului in general trebuie sa se gandeasca un proces de taieri constante si legate de cresterile anuale ale copacilor. Numai in acest fel se poate spune ca avem o dezvoltare durabila a taierilor lemnoase.

O casa taraneasca obisnuita are nevoie de circa 100 GJ/an pentru incalzire, aceasta reprezentand o emisie de bioxid de carbon de peste 5 tone/an daca se foloseste gazul natural si de peste 7 tone/an daca se folosesc produse petroliere. Folosirea biomasei lemnoase ar diminua sau elimina aceasta emisie de CO₂. Oricum ramane deschisa problema altor factori nocivi care rezulta din casele taranesti, care nu s-au studiat niciodata. Multe organizatii ecologice au identificat, printre sursele de poluare si sobele pe lemn. In Canada emisiile de la arderea lemnului in casele taranesti sunt la nivel de 8 %, iar daca se iau in consideratie si alte substante organice volatile nivelul este de 9,7 %. Fata de aceste emisii se pot spune urmatoarele:

experimentele in laborator au aratat o reducere cu aproape 80 % prin utilizarea sobelor cu combustie avansata sau catalitica;

sobele actuale au un nivel de poluare de circa 40 % din nivelul maxim posibil, dar protipurile viitoarelor modele vor avea numai 15 % din maximul posibil;

toate studiile nu au luat in vedere combustia noilor produse pe baza de biomasa lemnoasa, respectiv brichetele si peletii.

Emisiile nocive de la sistemele de combustie ce utilizeaza brichete de lemn sunt impresionant mai mici, fata de sistemele care folosesc derivati petrolieri. De aceea folosirea biomasei lemnoase sub forma de brichete va elibera in atmosfera mai putini poluanti decat la arderea lemnului de foc.

Document online: La Mezza - una regione storica del Medio Oriente che include l'Antico Egitto Proiect: Italia - relieful, natalitatea, sistemul legislativ si Economia

Impactul asupra mediului a arderii lemnului include si impactul pe care il are taierea unei impresionante cantitati de material din padure. In primul rand trebuie vazuta pierderea unei cantitati impresionante de minerale, apoi schimbarea habitatului vieti salbatice si multe altele.

In momentul in care lemnul devine o sursa majora de energie, trebuie sa se gandeasca si metode de remineralizare a terenului, una dintre aceste metode este un program coerent de reciclare a cenusei de la combustie. Din momentul ce toate mineralele din lemn ramin in cenusa, se impune folosirea acesteia pentru echilibrarea continutului in minerale a terenurilor defrisate. Viata salbatica are un impact negativ prin taierea padurilor, dar practicile forestiere durabile vor limita acest impact. Se poate spune ca trebuie efectuata o balanta, minimizand impactul nedorit al taierii pe masura ce maximizam beneficiul adus de inlocuirea combustibililor fosili.

Biomasa lemnoasa reprezinta o sursa regenerabila de energie. Aceasta nu contribuie la problema schimbarii mediului, deoarece recicleaza bioxidul de carbon din atmosfera. De asemenea sistemele avansate de combustie a acesteia inseamna mai putin fum de la arderea lemnului. Trebuie cuoscut faptul ca orice combustil am alege pentru incalzire si celelate activitati casnice, combustia acestuia va afecta mediul intr-o masura mai mare sau mai mica.

O ardere necorespunzatoare a lemnului va avea efecte negative asupra calitatii aerului interior si exterior. Fumegarea, respectiv focul cu fum care produce un nor de fum de culoare gri-albatriu la iesirea din cos este principala cauza a poluarii de la combustia lemnului.

Cantitatea de fum ce iese din cos se poate reduce prin mai multe cai, respectiv:

schimbarea sistemului de combustie vechi cu unul nou, daca este posibil cel putin arzatorul

selectarea unui sistem de incalzire pe masura necesitatilor si plasarea acestuia intr-o pozitie centrala fata de toate utilitatile casnice;

folosirea unui cos de fum adecvat ca marime si pozitie pentru sistemul de incalzire ales;

inlaturarea posibilitatii fumegarii, prin folosirea sistemelor avansate de combustie, obtinandu-se o reducere la jumatate a emisiilor nocive;

folosirea numai a brichetelor la forma corecta pentru camera de ardere a sistemului de combustie;

trebuie luate toate masurile de eficientizare a sistemului de combustie, pentru ca prin folosirea unei cantitasi reduse de material combustibil impactul asupra mediului se va reduce simtitor.

Exista numai cateva gaze nocive care au un impact inalt asupra mediului inconjurator. Principala sursa din cadrul acestor gaze este arderea petrolului, gazelor si carbunilor pentru producerea energiei. Acesti combustibili sunt numiti combustibili fosili pentru ca au preluat din beneficiile pamantului, unde s-au format cu milioane de ani in urma. Cand se ard acesti combustibili fosili se elibereaza in atmosfara gaze de ardere. Cel mai important dintre acestia din punct de vedere al poluarii este bioxidul de carbon. Cresterea concentratiei acestor gaze in atmosfara capteaza razele soarelului si le pastreza caldura in atmosfara, cauzand in acest fel cresterea temperaturii globale a pamantului. Lemnul difera de celalalte forme de combustibil fosil datorita carbonului neutru. Biomasa lemnoasa este regenerabila pentru ca recicleaza bioxidul de carbon. Pe masura ce plantele cresc, folosesc CO₂ – ul din atmosfara ca sursa de carbon pentru necesitatile fiziologice de crestere. Acest carbon reprezinta cam 50 % din greutatea lemnului. Atunci cand se arde biomasa lemnoasa, acesta se descompune rapid si bioxidul de carbon revine din nou in atmosfera. O cantitate similara de bioxid de carbon se va ridica incet in momentul in care copacul moare si ramane in padure, in descompunere. Ca urmare arderea lemnului nu contribuie la schimbarile climatice, precum o fac combustibili fosili.

Exista, in principal, doua grupe de surse poluante, generatoare de praf, cenusa si fum, in atmosfera, anume: surse artificiale si surse naturale. Sursele artificiale generatoare de praf, cenusa si fum cuprind, in general, toate activitatile omenesti bazate pe arderea combustibililor lichizi, solizi sau gazosi.

O alta sursa importanta generatoare, in special, de fum si cenusa, este arderea combustibililor solizi, lichizi si gazosi in scop domestic. Astazi, in  multe tari in curs de dezvoltare, lemnul de foc sub orice forma este la fel de vital ca alimentele, iar ca pret, in unele locuri, inregistreaza un ritm de crestere mult mai mare decat la alimente. Cauza cresterii zi de zi a pretului este restrangerea suprafetelor de padure. Multe tari care fusesera candva exportatoare de produse forestiere au devenit importatoare, in masura in care nu s-au preocupat de regenerarea fondului forestier. In SUA si India se ard anual circa 130 milioane de tone de lemn de foc; in SUA aceasta cantitate asigura doar 3 % din consumul de energie, in timp ce in India, aceeasi cantitate asigura circa 25 % din consum. Deci, pentru tarile in curs de dezvoltare, lemnul de foc constituie o necesitate legata de satisfacerea consumurilor energetice. Dar nu numai pentru tarile in curs de dezvoltare consumul de lemn este o necesitate; tari ca Suedia, Danemarca si Finlanda au ca obiectiv, in politica lor economica, reducerea consumului de petrol si, in compensatie, cresterea contributiei energetice a lemnului de foc si a biomasei lemnoase. Chiar in SUA, acolo unde pretul altor surse de energie a crescut considerabil, s-a produs o orientare spectaculoasa catre folosirea lemnelor de foc. Se apreciaza, de exemplu, ca in SUA dupa 1973, folosirea energiei obtinute din lemn, in sectorul casnic, a sporit de doua ori. Vanzarile anuale de sobe, intre 1972 si 1979, au sporit de noua ori, iar in 1981 s-au vandut pe teritoriul SUA circa 2 milioane de sobe pentru incalzirea locuintelor cu lemne. Fumul emis din sobele cu lemne are o culoare albastra-fumurie si contine o cantitate insemnata de materii organice, care se apreciaza ca pot fi toxice si cancerigene. Tot in scop domestic se ard astazi, in lume, cantitati enorme de carbuni, petrol si gaze naturale. De exemplu, numai in S.U.A., in 1966, s-au utilizat in scop domestic peste 2.1011 m³ gaze si 1.1011 litri produse petroliere lichide, ambele cu un echivalent caloric de 2.54015 Kcal.

Principalul dezavantaj al folosirii combustibilor fosili la ardere este acela al cresterii concentratiei de dioxid de carbon in atmosfera, facand sa creasca incalzirea globala cu 30 % decat in perioada pre-industrializata (inainte de 1760). Concentratia de  CO₂ din zilele noastre se afla la cel mai inalt nivel din ultimii 1600 ani, iar temperatura globului la cel mai inalt nivel din evul mediu. La inceputul revolutiei industriale (1760) concentratia de CO₂ era de 280 parti pe milion (ppm), fata de anul 2000 cand a atins 370 ppm, respectiv a avut o crestere de 32 %. Gazele nocive, in special CO₂ acumuleaza caldura in atmosfera, facand sa creasca temperatura medie a globului. In ultimele trei sute de ani, temperatura medie a globului a crescut de la 13 ⁰C la 14,43 ⁰C. Cand se va atinge o concentratie de 550 ppm in atmosfera, temperatura medie a globului va creste cu 1,4-5,8 ⁰C (in functie de diferitele zone ale globului), acest lucru avand consecinte dezastruoase asupra schimbarilor climatice. Peste 6 miliarde tone de carbon sunt evacuate annual in atmosfera prin arderea combustibililor, iar prin taierea padurilor circa 1 miliarde tone vor ramane in atmosfera. Stabilizarea concentratiei de CO₂ in atmosfera la un nivel sigur, care sa nu produca schimbari majore ale mediului si climei va necesita o descrestere a noxelor actuale cu 70 %. Consumul energetic in societatea agricola era de 2 000 kcal/zi^.om, dar a atins in zilele noastre la 250 000 kcal/om^.zi, adica de 125 ori mai mult.

Pentru a obtine o ardere eficienta, este necesar sa controlam temperatura, turbulenta si timpul de combustie. Temperatura de ardere este in mod curent mentinuta  intre 850 sC si 1.050 sC pentru combustia lemnului. O temperatura inadecvata va conduce la o combustie incompleta si un nivel mare de monoxid de carbon. O temperatura excesiva va permite formarea de zgura, un rezidiuu solid format prin topirea cenusei. Zgura se poate lipi pe peretii camerei de combustie, facand greoaie circulatia aerului. Temperatrura la care incepe sa se formeze zgura depinde in mare masura de natura materialului care se arde.

2. Poluarea interioara

Prezenta mirosul de fum de lemn intr-o incapere este un semn clar ca sistemul de ardere nu lucreaza corespunzator. Fumul contine poluanti nocivi ai aerului, care irita in cantitati mici sau omoara in cantitati mari. Sistemele de combustie ale lemnului care sunt proiectate si instalare corespunzator nu vor imprastia fum in casa. In orice caz, pentru a preintampina orice surpriza neplacuta, acestea trebuie verificate periodic. Exista in general doua cauze principale ale imprastierii de fum in interiorul camerei, anume:

- proiectarea necorespunzatoare a sistemului de ardere, face posibila imprastierea fumului in interiorul locuintei. In majoritatea cazurilor acest lucru se datoreaza temperaturii joase din focar sau a tirajului scazut. Spre exemplu cosul de fum care iese imediat din sistemul de ardere in afara peretului camerei va pierde caldura si va produce un tiraj scazut. Cosul de fum realizat din multe ansamble, mai ales cand sunt zidite, fac posibila pierderea unei cantitati mari de caldura pe traseu. De asemenea fiecare cot la 90 ⁰ a cusului de fum va restrictiona curentul de gaze si-l va cobori. De obicei mai mult de un cot in teava de gaz va restricttiona suficient de mult curentul de gaze incat sa cauzeze imprastierea unei parti din gaze in interiorul locuintei. Exista trei cauze principale ale existentei unor gaze de ardere in locuinta, anume;

- presiunea negativa in locuinta se intampla in noile locuinte, care sunt din ce in ce mai etanse. Reducerea pierderilor de caldura printr-o etanseitate superioara fac locuintele mai confortabile si mai usor de incalzit. Dar acest lucru poate crea probleme atunci cand este nevoie de o cantitate mare de aer care trebuie circulata in timpul combustiei. Probleme de aceasi natura se pot intampla daca in bucatarii exista ventilatoare de inlaturare a gazelor de bucatarie, uscatoare de haine etc. Cand se intampla acest lucru, presiunea din interiorul casei devine negativa si trage fumul din sistemul de combustie inapoi in camera. Acest curent reversibil este mai probabil sa se intample cand focul se stinge pe patul de cat buni, iar tirajul din cos este scazut. Pentru a se inlatura acest incovenient se recomanda amplasarea sistemului de incalzire in spatii inalte, bine ventilate sau folosirea limitata a ventilatoarelor de bucatarie sau baie. In conditiile in care nu se poate limita folosirea ventilatoarelor de curatire a aerului din incapere, trebuie sa se monteze un ventilator care sa porneasca sau sa introduca aer ori de cate ori este necesara marirea cantitatii de aer in locuinta;

- tehnica improprie de ardere, reprezinta una dintre cele mai comune pricine pentru eliminarea gazelor de ardere, iar aici se regaseste focul mocnit, cu mult fum. Un foc care nu are aer suficient va fumega mult, iar temperatura de exhaustare va fi prea mica pentru a produce un bun tiraj. Daca se deschide usa de incarcare cu material a sobei in timpul unui foc mocnit, fumul se va raspandi repede in camera. Chiar atunci cand usa este inchisa, o fumegare severa poate produce raspandire de fum, care poate avea efecte dramatice daca se intampla pe timpul noptii.

Este bine cunoscut faptul ca se poate opri eliminarea gazelor de ardere in camera prin marirea cantitatii de aer printr-o conducta, ori direct in camera de ardere sau indirect in camera in care se afla dispus sistemul de combustie. Exista cercetari care arata ca introducerea de aer de afara poate sa nu imbunatateasca situatia. Chiar mai mult, aceleasi cercetari arata ca efectul vantului din zona cladirii poate inversa curentul de aer in conducta de alimentare cu aer si sa creeze riscul unui foc in conducta sau la materialul lemnos care se gaseste in imediata vecinatate a sistemului de combustie.

3. Combustia eficienta si ecologica a biomasei lemnoase

Arderea eficienta a biomasei lemnoase se poate realiza prin trei metode principale: combustie avansata sau totala, combustie catalitica si sistemul de combustie sub forma de peleti. Tehnologiile de ardere eficienta a lemnului au aparut la mijlocul anilor 1980, atunci cand cercetatorii si proiectantii de instalatii de combustie a aerului au inceput sa dezvolte noi tehnologii care sa reduca semnificativ cantitatea de fum si alti poluanti pe care combustia lemnului ii produce. Combustia completa necesita trei conditii simultane: temperatura inalta, suficient oxigen (aer) si suficient timp pentru ca, gazele de combustie sa arda  inainte de a se raci. Sistemele de combustie cu eficienta ridicata au creat conditiile necesare sa arda gazele inainte de a parasi incita de ardere. Tehnologia are urmatoarele caracteristici:

izolarea arzatorului pentru a pastra temperatura ridicata;

aerul de combustie primara este preincalzit, pentru a nu raci focul;

preincalzirea aerului secundar care este alimentat spre foc prinnt-un set de gauri mici in zona de ardere a gazelor, deasupra sau in spatele patului de combustibil;

existenta unor deflectoare interioare, care sa dea gazelor o ruta lunga si suficienta de calda, pentru a arde complet.

Sistemul de combustie avansata este cea mai la indemana cale de a reduce emisia de fum si de a sprijini eficienta. Acest lucru se face prin inlocuirea sistemelor de incalzire invechite cu altele noi, performante. Acest prim pas poate reduce emisiile de fum cu pana la 90 % si va reduce de asemenea consumul de biomasa lemnoasa cu mai mult de o treime. Sistemele de combustie cu inalta eficienta a arderii au creat conditiile necesare sa arda toate gazele combustibile inainte ca acestea sa paraseasca sistemul. Cea mai buna cale de a reduce emisiile nocive este aceea de a folosi sobele cu eficienta inalta, certificate ca vor avea o emisie slaba de gaze nocive. La aceste sobe, in mod virtual nu trebuie sa se observe fum iesind pe cos. Cand se arde biomasa lemnoasa in conditii bune, trebuie sa se vada deasupra in apropiere o flacara transparenta, in timp ce o flacara normala iese din interiorului materialului lemnos.