Publisher

National Public Health Institute

Suomessa on noin 3,7 miljoonaa puun pienpolttolaitetta, joista 2,2 miljoonaa on tulisijoja ja 1,5 miljoonaa kiukaita ja patoja. Huomattava osa laitteista on omakotitaloissa ja loma-asunnoissa. Yli puolet puun arvioidusta käyttömäärästä, 6,1 milj. m³, palaa omakotitalojen laitteissa. Näistä talouksista yli puolelle puu on tärkeä lisälämmönlähde. Puun pienpoltto tuottaa häkää, hiilivetyjä ja pienhiukkasia, joiden määriin vaikuttavat polttoaine, palamisen täydellisyys ja savukaasujen käsittely.

Vain neljässä Euroopan maassa on asetettu pienkattiloille hiukkaspäästöraja. Näistä Itävallan raja, 60 mg/MJ, on tiukin. Tulisijoille päästörajoja ei ole asetettu missään maassa eikä minkäänlaisille polttolaitteille ole asetettu pienhiukkasrajoituksia Euroopassa. Päästöjä vertailtaessa on tärkeää muistaa, että Suomessa ja Keski-Euroopassa käytössä olevat kattilat poikkeavat toisistaan. Johtuen lähinnä erilaisista päästörajoituksista, kattiloiden yleiselle säädölle ja savukaasujen hallinnalle on asetettu korkeampia vaatimuksia kuin Suomessa.

Pienhiukkaspäästöt vaikuttavat terveyteen välittömästi hengityksen kautta, ja hiukkaspäästöjen selvittämistä on pidettävä vähintään yhtä tärkeänä tehtävänä kuin ilmaston muuttumisen tutkimista. Tiedon puuttuessa päästöjen rajoituksia on vaikea perustella riittävästi. Puun polton pienhiukkaspäästöt (PIPO) yhteishankkeessa on tutkittu puun polton aiheuttamien päästöjen määrää Tekesin rahoittamana vuosina 2002–2005. Tutkimus tehdään Kuopion yliopistossa, VTT:n laboratorioissa ja Työtehoseuralla. Tutkimukseen on osallistunut yhdeksän tulisija- ja kattilavalmistajaa Suomesta, joten selvitys on kattavin puun pienpolton tutkimushanke (taulukko 1).

Taulukko 1. Pipo-tutkimushankkeen tavoitteet.

Mitattavina olleista laitteista – kiukaat, erilaiset takat, uunit ja takkasydämet, ylä- ja alapalokattilat, pellettitakka, kiinteistö- ja aluekokoluokan kattilat – on nyt saatavissa ensimmäiset luotettavat tulokset. Perusteellisia määrityksiä eri laitteilla on tehty toista sataa käyttäen polttoaineena haketta, koivuklapeja tai pellettejä. Panospoltossa on poltettu perättäisiä 3–4 kg:n pesällisiä eri panostustavoin. Laitteiden päästöjen välillä voidaan todeta huomattavia eroja, ja jo kylmän laitteen ensimmäisen panoksen tuottama päästö poikkeaa selvästi muista. Myös sytytystapa vaikuttaa tulokseen.

Palamisen eteneminen, lämpötila ja tuotteiden muodostuminen kytkeytyvät yhteen. Lämpötilan on noustava yli 100 asteeseen, jotta puu kuivuu ja höyrystyminen käynnistyy. Yli 200 asteessa hemiselluloosa hajoaa ja hiiltyy tuottaen häkää ja happoja mutta myös hiiltä ja tervahiukkasia. Lämpötilan ollessa yli 300 astetta pyrolyysi ja ligniinin hajoaminen tuottavat mm. levoglukosaania ja kondensoituvia yhdisteitä kuten metoksifenoleita ja hiukkashiiltä. Hiilloksen liekitön hehku tuottaa jälleen sekä häkää että erittäin pieniä hiukkasia. Panospolton päästöjen suureen vaihteluun on siten luonnollisena syynä polton eri vaiheiden tapahtuminen yhtäaikaisesti palotilan eri osissa ja heikko liekin valvonta, mistä seuraa huono palamisen hyötysuhde ja suurehkot päästöt. Tutkimuksessa mitatut laitteiden hyötysuhteet olivat 65–75 %. Panospolton keskeinen ongelma on sekä suuri hiilivety- että hiukkaspäästö.

Jatkuvakäyttöisten laitteiden, pellettipolttimien ja yli 30 kW:n hakelaitteiden päästöjen vaihtelu on täysteholla käytettäessä selkeästi vähäisempää, mutta ongelman aiheuttaa tarve osatehon käyttöön lämmitystarpeen mukaan. Katkojen ja paloilman säätelyn seurauksena päästöt nousevat, ja häiriötilanteet tuottavat haittaa ympäristölle. Kokoluokan 30–50 kW:n laitteilla mitatut hyötysuhteet olivat 80–85 %.

Öljynpoltossa ongelman muodostaa kuitenkin hiukkasten pieni koko, alle 100 nm. Alle 1 mikrometrin eli PM1 pienhiukkasten osuus oli myös kaikissa laitteissa mittausten mukaan suuri, jopa 80–95 %. Kokojakaumatuloksia on kuitenkin tarkasteltava kriittisesti, määritysmenetelmät tuntien. Tutkimuksessa voitiin osoittaa miten huomattavia eroja syntyy mittaustulokseen, kun näytteenotossa käytetään erilaisia savukaasun laimennusmenetelmiä. Tämä kuvastaa myös sitä, miten päästö ulkoilmaan saattaa merkittävästi vaihdella laimennuksen muuttuessa. Havaittava hiukkasten keskikoko voi suurimmillaan poiketa kertoimella kaksi. Myös käytettävien mittalaitteiden rakenne-erot vaikuttavat tulokseen merkittävästi.

Tutkittujen polttolaitteiden hiukkaslukumäärään perustuva hiukkasten mediaanikoko oli keskimäärin 100 nm. Mediaaniarvosta poikkesivat eniten suurteholuokan hyvän hiukkassuodatuksen laitokset, joissa suodatus vaikuttaa poiston hiukkaskokoon, ja öljykattilat, joiden päästön keskimääräinen hiukkaskoko oli 50–60 nm. Eräillä laitteilla, mm. öljykattiloilla oli lisäksi havaittavissa myös nokimoodin 200–300 nm:n hiukkasia.

Tutkimusten perusteella näyttää, että puun tuhka-aineet vaikuttaisivat merkittävästi savukaasun hiukkaspäästön määrään ja koostumukseen. Näin palotilan lämpöolojen hyvä hallinta olisi keskeistä laitteiden ominaispäästöjen vähentämisessä.

Kuopion yliopistossa jatkettavassa tulisijojen ja puunpolton tutkimuksessa syvennytään nyt mallinnuksen tutkimiseen ja toisaalta päästön tutkimukseen ulkoilmassa. PIPO-tutkimuksen jatkona toteutettavassa PUPO-yhteishankkeessa päästö määritetään ulostulossa piipun päällä laimennuksen alkaessa. Työ yhdistyy yhteishankkeiden kautta hyvin Kansanterveyslaitoksen tutkimuksiin ja hyödyttää molempia. Yliopistossa myös bioenergian käytön teknologia ja suomalaisen saunan tutkimus saanevat jatkoa.

Taisto Raunemaa
Kuopion yliopisto
taisto.raunemaa@uku.fi