Drewno

W przeciwieństwie do węgla kamiennego lub brunatnego, drewno jest często uważane za opał „ekologiczny”, przyjazny środowisku i „naturalny”. Jednak dym powstający przy spalaniu biomasy (w tym drewna) zawiera wiele substancji szkodliwych dla naszego zdrowia.

Skład chemiczny dymu ze spalania biomasy

Z punktu widzenia wpływu na zdrowie najważniejszą substancją występującą w dymie ze spalania drewna i innych rodzajów biomasy roślinnej jest pył zawieszony (PM, od ang. particulate matter). Nieco upraszczając, dym – także ten powstający przy spalaniu biomasy – to w dużej mierze właśnie pył. Pył jest substancją niejednorodną, jego cząstki mogą mieć różną wielkość, kształt i skład chemiczny.

W dymie ze spalanego drewna znajdziemy też m.in. tlenek węgla (CO), czyli czad, benzen, toluen, styren, formaldehyd czy akroleinę. Występują w nim również rakotwórcze i mutagenne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), na przykład benzo(a)piren, a także pochodne WWA oraz wiele innych związków chemicznych, w tym dioksyny (PCDD/F), czyli polichlorowane pochodne dibenzodioksyny i dibenzofuranu^{, , ,} . Wymienione związki chemiczne występują w fazie gazowej lub wchodzą w skład pyłu zawieszonego.

Wpływ jakości opału i urządzenia grzewczego na poziom emisji zanieczyszczeń

W przypadku wielu substancji – przede wszystkim czadu (tlenku węgla), pyłu i WWA – ich ilość w dymie może mocno zależeć od rodzaju i jakości opału, w tym od jego wilgotności. Zależy też silnie od urządzenia grzewczego, w którym spalamy drewno lub paliwa produkowane na bazie drewna, takie jak pellet. Szerzej – zależy od warunków spalania. Emisja zanieczyszczeń z pieca kaflowego, z prymitywnego kotła, tzw. „kozy” lub też z prostego, tradycyjnego kominka, będzie zwykle znacznie wyższa niż w przypadku nowoczesnego kominka (zwłaszcza wyposażonego w elektrofiltr), a tym bardziej wyższa niż w przypadku kotła zgazowującego drewno kawałkowe lub nowoczesnego kotła na pellet drzewny.

Duży wpływ na wielkość emisji zanieczyszczeń mają też umiejętności i doświadczenie osoby palącej w piecu czy kominku (oczywiście wpływ ten jest zwykle znacznie mniejszy w przypadku zautomatyzowanych urządzeń grzewczych). Rzeczywiste emisje pyłu i WWA z kominków mogą być jednak wysokie, nawet w przypadku takich państw jak Austria, wykazujących duży poziom troski o jakość powietrza i stan środowiska naturalnego.

Od 1 stycznia 2022 roku wszystkie kominki, kotły, piece i inne urządzenia grzewcze na paliwa stałe (w tym drewno i pellet) będą musiały spełniać normy tzw. ekoprojektu. Normy te określają jakie parametry energetyczne i emisyjne będą musiały spełniać urządzenia grzewcze, zarówno te wprowadzane do obrotu, jak i te użytkowane. Określona została zarówno maksymalna sezonowa emisja pyłu (PM), tlenku węgla (CO), organicznych związków gazowych (OGC), tlenków azotu (NO_x), jak i minimalna sezonowa efektywność energetyczna. Przykładowo, emisja pyłu (PM) nie może przekraczać: 20 mg/m³ dla ogrzewaczy (kominek, piec, koza) z zamkniętą komorą spalania wykorzystujących pellet, 40 mg/m³ dla ogrzewaczy z zamkniętą komorą spalania wykorzystujących paliwo inne niż pellet oraz dla kuchenek i 50 mg/m³ dla ogrzewaczy z otwartą komorą spalania.

Drewno lakierowane lub impregnowane i materiały drewnopochodne

Wszystkie podane do tej pory informacje dotyczyły wyłącznie spalania czystego drewna, a nie płyt wiórowych albo drewna lakierowanego lub impregnowanego. Palenie takich materiałów może prowadzić do znacznie większej emisji różnych toksycznych substancji, w porównaniu z sytuacją, gdy palimy czystym drewnem. W szczególności przy niewłaściwych warunkach spalania wyższa może być emisja substancji z grupy dioksyn, większe ilości tych związków mogą też znajdować się w popiele.

Używanie jako opału płyt wiórowych, drewna lakierowanego lub drewna impregnowanego jest niezgodnym z prawem spalaniem niebezpiecznych odpadów. Podobnie jest w przypadku jednoczesnego palenia wraz z drewnem odpadów z tworzyw sztucznych, takich jak np. plastikowe butelki czy kawałki opon.

Porównanie emisji: drewno a węgiel

Wiele substancji szkodliwych dla zdrowia występuje zarówno w dymie pochodzącym ze spalania drewna, jak i w tym ze spalania węgla. Taką substancją jest też oczywiście pył zawieszony. Pył emitowany przy spalaniu biomasy jest zwykle drobniejszy niż pył powstający przy spalaniu węgla. Oznacza to, że zawartość pyłu PM_2,5 w pyle PM₁₀ jest bardzo wysoka. Jest to istotne o tyle, że z reguły im mniejsze są cząstki pyłu, tym groźniejsze są one dla naszego zdrowia. (Zakładając, że cząstki pyłu mają dokładnie ten sam skład chemiczny, co nie jest prawdą w przypadku spalania węgla i drewna).

W obu przypadkach (węgiel i drewno) mamy też zwykle do czynienia z wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi (WWA) oraz z dioksynami.

W porównaniu ze spalaniem węgla, spalanie drewna może w niesprzyjających warunkach (prymitywny kocioł, opał niskiej jakości) prowadzić do podobnej lub nawet większej emisji WWA i pyłu. Jeśli zarówno opał i urządzenie grzewcze (kocioł, piec) są podobnej klasy, to przy spalaniu drewna możemy zazwyczaj spodziewać się niższych emisji WWA i dioksyn niż przy spalaniu węgla.

Porównuje się tzw. współczynniki emisji, czyli ilość danej szkodliwej substancji wyemitowanej przy spaleniu kilograma danego paliwa. Używa się też często ilości wyemitowanej substancji przypadającej na jednostkę energii uzyskanej z danego paliwa, jednostką jest wtedy np. gram/megadżul (g/MJ).

Zwykle jednak skład dymu ze spalania węgla i tego ze spalania drewna różnią się od siebie na tyle, że nie pomylimy ich, kierując się nawet jedynie zmysłem węchu. Tym bardziej nie mają problemu z ich odróżnieniem specjaliści od zanieczyszczeń powietrza: w trakcie spalania drewna powstaje lewoglukozan – związek chemiczny, który jest często używany jako wskaźnik spalania biomasy.

Drewno (ogólniej biomasa) zawiera zazwyczaj znacznie mniej siarki niż węgiel kamienny. Przy spalaniu biomasy emisje dwutlenku siarki są więc znacznie mniejsze niż w przypadku spalania węgla. W porównaniu z węglem kamiennym niższe są też emisje tlenków azotu (ze względu na niższą temperaturę spalania biomasy). W przeciwieństwie do węgla kamiennego i brunatnego, biomasa zawiera najwyżej śladowe ilości rtęci. Dlatego kiedy palimy biomasą odpada praktycznie problem emisji tego toksycznego pierwiastka.

Istnieje jednak wiele substancji – na przykład niektóre kwasy karboksylowe, aldehydy i ketony – które występują w dymie ze spalania drewna, a nie występują (albo występują w znacznie mniejszych ilościach) w przypadku spalania węgla (tabela na s. 57–61 w opracowaniu „Household Use of Solid Fuels and High-temperature Frying”).

Warto jednak pamiętać, że podobnie jak w przypadku drewna, skład chemiczny spalin i ilość zanieczyszczeń emitowanych przy spalaniu węgla zwykle silnie zależą od warunków spalania (zatem również od urządzenia grzewczego), jak i od jakości paliwa.

Wpływ dymu ze spalania drewna na zdrowie ludzkie

Skład chemiczny dymu ze spalania drewna różni się od składu dymu tytoniowego czy dymu pochodzącego ze spalania węgla. Podobieństwa są jednak na tyle duże, że we wszystkich trzech przypadkach możemy spodziewać się podobnego wpływu na nasze zdrowie i życie. Używanie drewna do ogrzewania często niesie podobne konsekwencje dla zdrowia, co ogrzewanie węglem.

Najważniejsze skutki zdrowotne i szczególnie narażone grupy

Istnieje wiele prac naukowych, poświęconych konsekwencjom zdrowotnym narażenia na dym ze spalania drewna ^{, ,} . Według Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (US EPA):

„Największym zagrożeniem dla zdrowia wynikającym z narażenia na dym [ze spalania drewna] są drobne pyły – cząstki pyłu zawieszonego o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrometra, czyli PM_2,5. Drobne cząstki pyłu mogą dostać się do oczu, gdzie mogą powodować pieczenie, oraz do układu oddechowego, gdzie mogą zwiększać ryzyko wystąpienia chorób takich jak zapalenie oskrzeli czy płuc”.

„Drobne pyły mogą zaostrzyć objawy astmy lub wywołać ataki tej choroby. Mogą również powodować ataki serca, udar, zaburzenia rytmu serca i niewydolność serca, szczególnie u osób, które są już zagrożone tymi stanami”.

Kto jest najbardziej podatny na skutki oddychania zanieczyszczeniami pochodzącymi ze spalania biomasy? US EPA podaje następujące informacje:

„Dym ze spalania drewna może mieć wpływ na każdego, ale dzieci, osoby poniżej 18 roku życia, osoby starsze, osoby z chorobami układu oddechowego, w tym z astmą lub przewlekłą obturacyjną chorobą płuc, a także osoby z chorobami układu krążenia są wśród najbardziej wrażliwych. Badania wskazują także, że otyłość i cukrzyca również mogą zwiększać ryzyko [negatywnych efektów zdrowotnych, związanych z narażeniem na dym]”.

W wielu miejscach na świecie spalanie drewna jest bardzo istotnym, a często nawet głównym źródłem „smogu” – zanieczyszczeń powietrza zewnętrznego, przede wszystkim zanieczyszczeń pyłowych (pyłu zawieszonego).

Rakotwórczość dymu ze spalania drewna

Do tej pory Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (ang. International Agency for Research on Cancer, IARC) sklasyfikowała zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego związane ze spalaniem biomasy (przede wszystkim drewna) jako „prawdopodobnie rakotwórcze dla człowieka”. (W wykazie czynników rakotwórczych IARC należy szukać pod hasłem „Biomass fuel (primarily wood), indoor emissions from household combustion of”).

Ta sama masa dymu ze spalania drewna zawiera zwykle dużo większe ilości benzo(a)pirenu (BaP) i wielu innych rakotwórczych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) niż w przypadku dymu tytoniowego. Podobnie jest zresztą w przypadku dymu pochodzącego ze spalania węgla: zawiera on również więcej WWA niż dym tytoniowy.

Z tej perspektywy dym ze spalania drewna (podobnie jak ten ze spalania węgla) jest bardziej szkodliwy niż dym ze spalania liści tytoniu – o ile oczywiście jednego i drugiego wdychalibyśmy tyle samo. Nie jest to jednak prawdą w przypadku czynnych palaczy papierosów, którzy wdychają znacznie więcej (nawet 2–3 rzędy wielkości) pyłu niż osoby mieszkające w bardzo silnie zanieczyszczonych rejonach, ale niepalące tytoniu. Podobnie może być w przypadku biernego narażenia na dym tytoniowy – ilość (masa) wdychanego pyłu wchodzącego w skład dymu tytoniowego może znacznie przekraczać masę wdychanego pyłu pochodzącego z innych źródeł.

Emisja dwutlenku węgla (CO₂)

Drewno i produkowane z niego paliwa da się spalać tak, by w małym stopniu zanieczyszczać powietrze substancjami bezpośrednio szkodliwymi dla naszego zdrowia. Skoro emisje „składników smogu” – substancji takich jak pył zawieszony czy WWA silnie zależą od warunków spalania, to można je znacznie ograniczyć, stosując lepsze, bardziej zaawansowane technicznie urządzenia grzewcze i odpowiednio wysokiej jakości opał.

Inaczej jest, jeśli chodzi o najważniejszy gaz cieplarniany: dwutlenek węgla (CO₂). CO₂ powstaje zawsze, gdy pali się cokolwiek zawierającego węgiel (w znaczeniu pierwiastek chemiczny – szósty pierwiastek układu okresowego). Spalając kilogram drewna w domowym kotle lub komiku zwykle emitujemy ponad 1,5 kg CO₂^{, , .} Warunki spalania, klasa urządzenia grzewczego oraz jakość opału zazwyczaj niewiele w tej kwestii zmieniają.

Nieco inaczej jest, gdy patrzymy na emisję CO₂ przypadającą na jednostkę energii uzyskaną z danego paliwa w konkretnym urządzeniu grzewczym. Wówczas ilość wyemitowanego CO₂ zależy od efektywności (sprawności) energetycznej tego urządzenia grzewczego. Redukcja emisji CO₂ na jednostkę energii w przypadku nowoczesnych urządzeń (w porównaniu z urządzeniami starego typu) może być ponad dwukrotna.

Mówiąc o wpływie spalania drewna na klimat musimy jednak pamiętać, że biomasa (w tym drewno) jest zaliczana do odnawialnych źródeł energii (OZE) i traktowana jako „neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla”. Zakłada się bowiem, że węgiel (pierwiastek) uwolniony do atmosfery w postaci CO₂ przy spalaniu biomasy zostanie w końcu dzięki procesowi fotosyntezy w całości związany z powrotem w biomasie nowych roślin.

Zwykle zakłada się nawet więcej: że w miejscu, w którym wycięto drzewa w przyszłości dalej będzie rósł las. To założenie nie musi być słuszne: w międzyczasie warunki klimatyczne mogą zmienić się na tyle, że na danym terenie dotychczasowy ekosystem leśny nie będzie mógł dłużej istnieć. Zagrożenie to występuje także w Polsce – z powodu szybko postępującej zmiany klimatu praktycznie pewna jest zmiana składu gatunkowego drzew w naszych lasach. Jak przewidują eksperci: „nie grozi nam wylesienie, tylko wyparcie jednych gatunków przez inne, a w konsekwencji rewolucyjna zmiana ekosystemów”. Naukowcy ostrzegają też, że jeśli drzewa będą narażone na fale upałów, niedobór wody i wysokie stężenia CO₂, to będą pochłaniać mniej tego gazu niż dziś.

Bardzo ważne jest to, jak długo potrwa „wyciągnięcie” z atmosfery (w procesie fotosyntezy) dwutlenku węgla wyemitowanego przy spalaniu biomasy. W przypadku drzew, w warunkach polskich jest to najprawdopodobniej kilkadziesiąt lat. (W Polsce tnie się zwykle drzewa mające nie mniej niż 60–80 lat). W przypadku gospodarki leśnej, takiej jaka prowadzona jest w niektórych stanach USA byłoby to od 25 do 30 lat.

Pomimo tych zastrzeżeń, z punktu widzenia wpływu na klimat właściwe używanie odpowiedniej biomasy jako paliwa może być istotnie mniej szkodliwe niż używanie paliw kopalnych.

Przemysł drzewny i racjonalnie prowadzona gospodarka leśna mogą pomóc w łagodzeniu zmian klimatycznych dzięki dodatkowej sekwestracji (wychwytywaniu i wiązaniu) CO₂. Zwiększenie popytu na drewno wiąże się często z zalesianiem obszarów, które wcześniej nie były lasem. Korzystne dla klimatu może być też używanie drewna w budownictwie zamiast produktów obciążonych dużym śladem węglowym (stal, beton). W dodatku drewno konstrukcyjne wiąże węgiel na wiele lat.

W realiach europejskich na cele energetyczne nie używa się zwykle całego drzewa: pień przeznaczony jest na drewno konstrukcyjne a reszta drzewa (np. gałęzie) idzie na opał.

Szerzej, produkcja energii cieplnej lub elektrycznej opiera się w dużej mierze na produktach ubocznych powstałych przy produkcji drewna tartacznego, palet itd. (zrębki tartaczne). Jednak w niektórych regionach świata (np. w południowo-wschodnich stanach USA) do celów energetycznych są też czasem wykorzystywane całe drzewa.