Emissões de carbono particulado durante a queima doméstica de biomassa

Abstract

O fumo proveniente da queima doméstica de madeira tem sido identificado como um dos principais contribuidores para a poluição atmosférica, motivando medições detalhadas das emissões sob condições controladas. Um conjunto de experiências foi realizado para caracterizar as emissões provenientes da combustão de madeira de três espécies arbóreas comuns em Espanha: o carvalho negral (Quercus pyrenaica), o choupo negro (Populus nigra) e a faia (Fagus sylvatica), numa lareira e num recuperador de calor. Tanto os gases como a matéria particulada foram amostrados do fumo resultante da combustão da madeira. Os hidrocarbonetos totais (HCT) e os óxidos de carbono (CO2 e CO) foram monitorizados utilizando analisadores automáticos, mais especificamente, um detetor de ionização de chama e um de infravermelho não dispersivo, respetivamente. As partículas finas (PM2.5) foram recolhidas em filtros e posteriormente analisadas através de uma técnica termo-ótica por transmitância para determinar o conteúdo em carbono elementar e orgânico (EC e OC). As emissões de CO, CO2, HCT e PM2.5 variaram significativamente entre as diferentes fases de combustão. Geralmente, as emissões de CO, CO2, HCT e PM2.5 provenientes da lareira foram superiores às do recuperador de calor. Os fatores de emissão médios de CO, CO2 e de HCT (g kg-1 de biomassa queimada, em base seca) variaram nas gamas de 54.9–115.8, 1414.8–1879.3 e 5.2–27.8, respetivamente. Por sua vez, os fatores de emissão médios de partículas oscilaram entre 2.8 e 14.0 g kg-1 de biomassa queimada (em base seca). Neste caso, com taxas de combustão mais elevadas, foi produzida significativamente menos massa de partículas por kg de madeira queimada do que com taxas de combustão mais baixas. A matéria carbonácea representou 73–85% da massa de partículas emitidas durante o processo de combustão, independentemente da espécie queimada. Relativamente aos carbonos orgânico e elementar, estes apresentaram fatores de emissão médios que variaram nos intervalos 1.6–10.5 e 0.4–0.9 g kg-1 de biomassa queimada (em base seca), respetivamente. O conteúdo de carbono elementar das partículas emitidas a partir do recuperador de calor foi substancialmente maior do que as emitidas pela lareira, enquanto que o oposto foi observado para a fração de carbono orgânico. A comparação das emissões deste estudo com dados da literatura evidenciou diferenças significativas entre os vários tipos de equipamentos de combustão, especialmente entre os aparelhos convencionais e os fogões modernos com uma eficiência de combustão mais elevada. A taxa de emissão de fumo e a sua composição são altamente variáveis, dependendo do tipo de combustível, das características do aparelho de combustão, das condições de combustão e de operação e ainda das metodologias utilizadas nas análises.

Smoke from domestic wood burning has been identified as a major contributor to air pollution, motivating detailed emission measurements under controlled conditions. A series of experiments was performed to characterise the emissions from wood combustion in a fireplace and in a woodstove of three common species of trees grown in Spain: pyrenean oak (Quercus pyrenaica), black poplar (Populus nigra) and european beech (Fagus sylvatica). Both the gases and particulate fractions of smoke from wood combustion were sampled. Total hydrocarbons (THC) and carbon oxides (CO2 and CO) were measured using automatic analysers with flame ionisation and non-dispersive infrared detectors, respectively. Fine particles (PM2.5) from the smoke were concentrated in filters and analysed by a thermal–optical transmission technique to determine the elemental and organic carbon (EC and OC) content. Emissions of CO, CO2, THC and PM2.5 varied significantly among the different combustion stages. Generally, CO, CO2, THC and PM2.5 emissions from the fireplace were higher than those from the woodstove. The CO, CO2 and THC average emission factors (g kg-1 biomass burned, dry basis) were in the ranges 54.9–115.8, 1414.8–1879.3 and 5.2–27.8, respectively. Average particle emission factors varied between 2.8 and 14.0 g kg-1 biomass burned (dry basis), with higher burn rates producing significantly less particle mass per kg wood burned than the low burn rates. The carbonaceous matter represented 73–85% of the particulate mass emitted during the combustion process, regardless of species burned. The average emission factors for organic and elemental carbon were in the intervals 1.6–10.5 and 0.4–0.9 g kg-1 biomass burned (dry basis), respectively. The elemental carbon content of particles emitted from the woodstove was substantially higher than in the fireplace, whereas the opposite was observed for the organic carbon fraction. The comparison of emissions from this study with literature data showed significant differences between the various types of combustion equipments, especially conventional appliances versus modern woodstoves with higher combustion efficiency. The smoke emission rate and composition varied widely depending on fuel type, characteristics of the combustion equipment, operating and combustion conditions and also with methods used for the analysis.