Medidas para mitigar as emissões da combustão doméstica de biomassa

Abstract

Estima-se que em Portugal sejam anualmente queimadas 2 Mton de biomassa lenhosa a nível residencial, o que contribui para emissões de PM10 que representam 30 % do total emitido pelos diversos setores de atividade. As partículas atmosféricas resultantes da combustão doméstica têm efeitos prejudiciais na saúde pública e causam perturbações na química da atmosfera e no clima. Atendendo às repercussões das emissões e à necessidade de cumprimento das normas legais, é necessário quantificar e caraterizar as emissões provenientes deste setor e avaliar medidas mitigadoras ajustadas aos equipamentos e espécies lenhosas representativos da realidade nacional. Este trabalho tem por base ensaios efetuados com um recuperador de calor e dois tipos de biomassa (pinheiro e faia) em que foram avaliadas as seguintes variáveis: técnica de ignição, carga de biomassa e grau de clivagem. Os fatores de emissão (FE) de CO2 foram similares entre os ensaios realizados. Os FE mais elevados de CO e hidrocarbonetos totais para o pinheiro e a faia foram registados para carga elevada e reduzida, respetivamente. A análise da evolução destes compostos ao longo de um ciclo de combustão permitiu verificar que a etapa inicial de combustão constitui uma fase crítica. Os maiores FE de PM10 registaram-se com carga reduzida para ambas as madeiras. Verificou-se que a técnica de ignição pelo topo pode reduzir o FE para menos de metade comparativamente com a técnica tradicional. A análise quantitativa do material carbonáceo permitiu aferir que a massa de partículas emitida foi composta maioritariamente por OC e o segundo maior componente foi o EC. A fração de OC na massa das PM10 foi superior na operação com carga elevada e reduzida para o pinheiro e faia, respetivamente. A técnica de ignição pelo topo gerou quantidades substanciais de EC na massa das PM10. Relativamente ao nº de partículas, os maiores FE e menores diâmetros geométricos médios (dg) observaram-se para a carga reduzida. Para a condição de operação com carga elevada sem clivagem, foram registados os dg mais elevados para ambas as madeiras. A distribuição cumulativa por tamanhos das partículas permitiu concluir que as partículas finas submicrométricas são dominantes. Independentemente da condição testada ou combustível, 99% das concentrações numéricas englobam partículas inferiores a 400 nm.

In Portugal, it is estimated that 2 Mton of wood are annually burned in residential wood combustion, which contributes to particulate emissions representing around 30% of the total PM10 emitted by the diverse sectors of activity. The airborne particles arising from residential combustion have harmful effects on public health and cause disturbances in atmospheric chemistry and climate. Taking into account the impact of these emissions and the need for compliance with legal norms, a rigorous quantification and characterization of emissions from this sector is necessary. Moreover, an evaluation of suitable mitigation measures to be applied to old and modern wood-burning appliances representing the national context is needed. This work is based on experiments carried out with a woodstove and two types of biomass (pine and beech) in which the following variables were evaluated: ignition technique, biomass load and degree of cleavage. The CO2 emission factors (EF) were similar for the different tests. The highest CO and total hydrocarbon EF were observed, respectively, for pine and beech, for high and low load. The analysis of these compounds over a combustion cycle has shown that the initial stage of combustion is critical. The highest PM10 EF was recorded for the operation with the low load for both woods. It was found that the top ignition can decrease the PM10 EF to less than half when compared with the traditional technique. Quantitative analysis of the carbonaceous material showed that the mass of particles emitted was mainly composed of OC, while EC represented a minor fraction. The OC content of PM10 was higher when loading a lower amount of wood, in the case of beech, or when increasing loads, in the case of pine. The top ignition contributed to substantial mass fractions of EC in PM10. Regarding particle number distributions, it was found that the highest and lowest geometric mean diameters (dg) were recorded with low loads. The highest dg, for both woods, were observed with the high load of non-split wood. The cumulative size distributions allowed concluding that emissions from all tests were dominated by submicron fine particles. In general, regardless of biofuel or condition tested, 99% of the number concentrations encompass particles below 400 nm.