Kwalifikowane sortymenty węgla - czy to jest proekologiczne paliwo dla kotłów c.o. z automatyzacją procesu spalania w okresie przejściowym odchodzenia od węgla w sektorze komunalno-bytowym? Problemy zanieczyszczenia powietrza, zmian klimatu stały się bardzo ważnym zagadnieniem i przedmiotem wielu strategii i działań legislacyjnych na poziomie międzynarodowym, i tym samym krajowych.
Każda działalność gospodarcza człowieka, w mniejszym lub większym stopniu, obciąża środowisko. Minimalizacja tych obciążeń, zwłaszcza w sektorach produkcji i korzystania z energii, stała się pilną koniecznością od wielu lat.. Jak wynika z corocznych raportów o krajowych emisjach zanieczyszczeń, przygotowywanymi do Konwencji EKG ONZ CLRTAP oraz do UE zgodnie z dyrektywą PE i Rady (UE) 2016/2284 (tzw. dyrektywą pułapową, głównymi źródłami emisji zanieczyszczeń wprowadzanych do powietrza w UE jest sektor komunalno-bytowy i transport. Przy czym udział tych sektorów w poszczególnych krajach zależy od rodzaju źródeł ciepła wykorzystywanych w indywidualnych gospodarstwach domowych. Polska należy do tych krajów w których głównym źródłem emisji pyłu, zwłaszcza drobnych frakcji cząstek stałych, tzw. PM10, PM2.5, CO oraz kancerogennych i mutagennych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), jest sektor komunalno-bytowy, a zwłaszcza gospodarstwa domowe.
Główną przyczyną tej sytuacji jest pozyskiwanie ciepła ze spalania paliw stałych, głównie węgla, ale także drewna kawałkowego w kotłach c.o., przestarzałej konstrukcji. Niestety ilość eksploatowanych tego typu instalacji spalania w dalszym ciągu jest znacząca, pomimo realizowanych od wielu lat lokalnych programów ograniczania niskiej emisji, a także uruchomionego w 2018 roku krajowego Programu Czyste Powietrze. Nie bez znaczenia na tą sytuację mają nasze uwarunkowania gospodarcze, społeczne i zasoby surowcowe, wynikające między innymi z historii.
Pierwsze kotły z automatycznym załadunkiem paliwa węglowego
Województwo śląskie już w latach 90. ub. wieku podjęło intensywne działania na rzecz poprawy jakości powietrza. To w woj. śląskim pojawiły się pierwsze kotły z automatycznym dozowaniem paliwa stałego – węgla, tzw. retortowe produkcji angielskiej w ramach projektu THERMIE finansowanego ze środków Unii Europejskiej.
Wykonano wówczas też bardzo okrojone testy pilotażowe takiego kotła, zainstalowanego w jednym z miast śląskich, a Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu podjął współpracę z jednostkami badawczymi w Wielkiej Brytanii i wybudował stanowisko badawcze, na którym rozpoczęto badania wpływu jakości paliwa i techniki spalania w kotłach c.o. oraz piecach na emisję zanieczyszczeń szkodliwych dla środowiska, nie tylko: CO, SO2, NOx i pyłu, lotnych związków organicznych (VOC/OGC), ale także półlotnych zanieczyszczeń organicznych (OC/TOC), które po wprowadzeniu spalin do atmosfery tworzą aerozole pyłowo-gazowe zawierające związki organiczne o charakterze kancerogennym i mutagennym (WWA, PCDD/Fs), metale ciężkie.
Metody oznaczania zanieczyszczeń
Brak wówczas było standaryzowanych norm w tym zakresie (pierwsza norma EN303-5:2002 r.), dlatego opracowano metody oznaczania zanieczyszczeń organicznych, tzw. całkowitej substancji organicznej zawartej w spalinach, tzw. TOC/OC, implementując metodę wg EPA, wprowadzono także oznaczanie benzo(a)pirenu i pozostałych 15 WWA wg EPA, zaliczanych do grupy kancerogennych i mutagennych. W wyniku szeroko zakrojonych badań dofinansowywanych ze środków Ministerstwa Środowiska i WFOŚiGW opracowano metodę atestacji energetyczno-emisyjnej paliw stałych i urządzeń grzewczych – kotłów i pieców (1996/1998) i zaproponowano kryteria emisyjno-ekologiczne dla nich oraz dobrowolne ekoznakowanie - tzw. zielone jabłuszko (1999 r.).
Jednoznacznie wówczas wskazywano, że w wyniku zastosowania odpowiednich technik spalania kwalifikowanego paliwa stałego - sortymentu węgla o odpowiedniej jakości oraz właściwego systemu odprowadzania spalin (kominy) - można uzyskać ewidentne efekty proekologiczne (znaczne zmniejszenie zużycia paliw stałych, zmniejszenie emisji zanieczyszczeń do środowiska) w porównaniu do stosowanych powszechnie w tym czasie niskoefektywnych urządzeń grzewczych – kotłów c.o. i pieców. Rozwój branży producentów nowoczesnych kotłów z automatycznym załadunkiem węgla, tzw. retortowych, zaowocował dostępnością na rynku kotłów o mocy cieplnej nawet do 1200 kW.
Jakość paliwa i stabilność parametrów
Jak wspomniano, dla uzyskania oczekiwanych efektów redukcji emisji z instalacji spalania małej mocy jest, obok efektywnie energetycznego i niskoemisyjnego urządzenia grzewczego - kotła c.o., ogrzewacz i systemu odprowadzania spalin - komina, ważnym elementem jest odpowiednia jakość paliwa i stabilność tej jakości. W odniesieniu do rozmiaru ziarna wymagania są uzależnione od mocy cieplnej kotła c.o., optymalnie: 5-25 mm dla mocy do 50kW i 5-31,5 mm. W przypadku kotłów retortowych do tych parametrów należy rozmiar ziarna, niski udział podziarna i nadziarna, niska wartość parametru spiekalności węgla i odpowiednio wysokie temperatury charakterystyczne popiołu, które zapewniają bezawaryjną pracę systemu podawania paliwa do palnika retortowego i przebieg procesu spalania paliwa. Oczywistym jest, że z punktu widzenia sprawności energetycznej i emisji kotła bardzo ważna jest niska zawartość wilgoci, popiołu, siarki, azotu, chloru, metali ciężkich.
Te wszystkie istotne wymagania stały się podstawą do intensywnych działań inwestycyjnych w kilku kopalniach, jak np. w działającej wówczas kopalni Julian, czy w kopalniach Katowickiego Holdingu Węglowego. Do nich dołączyły też niektóre kopalnie Kompanii Węglowej SA, a po restrukturyzacji zakłady PGG SA, JSW SA, TAURON Wydobycie SA, a w promocję i dystrybucję włączyła się Izba Gospodarcza Sprzedawców Polskiego Węgla.
Te starania inwestycyjne wymagały wprowadzenia operacji płukania, rozdrabniania większych rozmiarów ziaren węglowych, odsiewania, stabilizacji wilgoci i wprowadzenia węzła paczkowania. Dzięki tym innowacyjnym i inwestycyjnym działaniom obydwu branż – górniczej oraz produkcji urządzeń grzewczych na paliwa stałe na rynku pojawiły się zarówno zautomatyzowane kotły c.o. małej mocy dla sektora komunalno-bytowego, jak i kwalifikowane sortymenty węgla, które gwarantowały wysoki stopień redukcji emisji powyżej wspomnianych aerozoli pyłowo-gazowych, w porównaniu do eksploatowanych wówczas starych niskoefektywnych urządzeń grzewczych – kotłów c.o. i pieców.
Sukces programu
Wprowadzenie Programu Ograniczenia Niskiej Emisji w woj. Śląskim i jego realizowanie w wielu gminach kończyło się bardzo dobrymi rezultatami, co potwierdzono bieżącymi badaniami terenowymi (np. ICHPW), a wybrane zaliczonoi do Dobrych Praktyk (http://www.dobrepraktyki.pl/index.php?p1=2&p2=6&art=148). Brak wówczas rozporządzenia krajowego dotyczącego paliw stałych dla sektora komunalno-bytowego spowodował nazwanie tego kwalifikowanego sortymentu węgla „ekogroszkiem”, dla rozróżnienia go od standardowego sortymentu groszek, ale przede wszystkim dla podkreślenia jego parametrów jako paliwa wymaganego do zasilania kotłów c.o. z automatyzacją procesu. Przez ponad 20 lat ta nazwa weszła do powszechnego stosowania i stała się wyznacznikiem dla konsumenta – właściciela instalacji spalania wyposażonego w kocioł c.o. z palnikiem retortowym, do zaopatrywania się w odpowiedniej jakości paliwo.
W latach 2014-2015 Ministerstwo Gospodarki podjęło prace nad rozporządzeniem dla paliw stałych, kontynuowane przez Ministerstwo Energii w latach 2017-2018. W zaproponowanym drafcie propozycji rozporządzenia pozostawiono nazwę „ekogroszek” kwalifikowanego sortymentu węgla, z szerokim zakresem wartości poszczególnych parametrów. Mając na uwadze wprowadzenie w 2015 r. Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1189 ws. wykonania dyrektywy PE i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla kotłów na paliwo stałe (http://data.europa.eu/eli/reg/2015/1189/oj), Ministerstwo Przedsiębiorczości i Technologii w 2018 roku zleciło wykonanie raportu nt.: „Analiza spełnienia wymogów Rozporządzenia Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 1 sierpnia 2017 r. w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe, w kontekście przepisów Projektu z dnia 01.02.2018 r. Rozporządzenie Ministra Energii w/s wymagań jakościowych dla paliw stałych”.
Propozycja klas kwalifikowanego paliwa w sortymencie groszek
W raporcie zaproponowano wprowadzenie klas tego kwalifikowanego sortymentu, uwzględniającego zarówno zróżnicowane wymagania techniczne kotłów, z uwagi na powyżej wspomniano moc cieplną, ale przede wszystkim ze względu na wymagania jakościowe zapewniające spełnienie sezonowych wymagań energetycznych i emisyjnych określonych w Rozporządzeniu Komisji (UE) 2015/1189. Propozycja uwzględniała wyniki eksperymentów badawczo-pilotażowych i testowo-eksploatacyjnych producentów kotłów c.o. z palnikiem retortowym , z zastosowaniem paliwa o parametrach jakościowych określonych w dokumentacji techniczno-ruchowej (DTR). Uwzględniała także wymagane parametry jakościowe paliwa stosowane w badaniach energetyczno-emisyjnych, stanowiących podstawę wydania świadectwa potwierdzającego spełnienie ww. rozporządzenia ekoprojekt, a zgodne z wytycznymi obowiązującej normy badawczej PN-EN 303-5.
Niestety propozycja nie została uwzględniona w dalszych pracach i finalne Rozporządzenie ME z dnia 27.09.2018 r. ws. wymagań jakościowych dla paliw stałych (https://www.dziennikustaw.gov.pl/D2018000189001.pdf) zawiera nazwę „ekogroszek” dla kwalifikowanego sortymentu węgla stosowanego w kotłach z palnikiem retortowym z szerokim zakresem wartości poszczególnych parametrów.
Należy jednak podkreślić, że jak wspomniano powyżej, dokumentacja DTRbędąca na wyposażeniu kotłów z palnikiem retortowym precyzyjnie określa, jakimi parametrami jakościowymi ma się charakteryzować paliwo gwarantujące ich bezpieczną, bezawaryjną pracę, bez konieczności reklamowania jego jakości u producenta. Parametrami, które gwarantują dotrzymanie sezonowych parametrów energetycznych i emisyjnych w trakcie eksploatacji, zawartymi w świadectwie wydanym przez laboratorium badawcze posiadające kompetencje w tym zakresie, potwierdzone przez Polskie Centrum Akredytacji lub inną odpowiednią jednostkę w kraju UE.
Nazwa sposobem odróżnienia
Wieloletnie podnoszenie świadomości społeczeństwa na temat negatywnego wpływu złego sposobu spalania węgla w indywidualnym budownictwie rodzinnym (gminne programy PONE, uchwały antysmogowe, Program Czyste Powietrze) przyczyniły się do dobrych praktyk stosowania, w eksploatowanych kotłach c.o. klasy 5 wg obowiązującej normy PN-EN 303-5, a także spełniających wymogi Rozp. KE (UE) 2015/1189 ws. Ekoprojektu, paliwa - kwalifikowanego sortymentu węgla o właściwościach zgodnych z dokumentacją DTR urządzenia.
Stosowanie pojęcia „ekogroszek” wynika więc z przyjętego i rozpowszechnionego sposobu odróżnienia tego kwalifikowanego sortymentu węgla od standardowego groszku. Jego stosowanie było działaniem proekologicznym dla redukcji emisji z sektora komunalno-bytowego w okresie, kiedy podstawowym paliwem stałym w sektorze mieszkalnictwa był węgiel, zwłaszcza w budownictwie jednorodzinnym , a rozszerzanie dostępności ciepła systemowego czy gazu sieciowego wymagało wysokich nakładów ekonomicznych, w okresie transformacji gospodarczej w Polsce.
W edukacyjnych działaniach na rzecz poprawy jakości powietrza, a także komercyjnych branży górniczej i branży kotlarskiej promujących wysokoefektywne kotły c.o. zasilane tym kwalifikowanym sortymentem, nie stosowano pojęcia paliwo ekologiczne. Instalowanie kotłów retortowych nim zasilanych promowano jako działanie proekologiczne, uzasadnione jego lokalną dostępnością oraz względami ekonomicznymi.
Potrzebne dalsze działania
Podjęte aktualnie prace nad nowelizacją krajowego rozporządzenia w odniesieniu do jakości paliw stałych – kopalnych i stałych biopaliw, dotychczas nie objętych obowiązującym uregulowaniem (pellet, brykietów drzewnych), winny uwzględnić jednoznaczną klasyfikację groszku – kwalifikowanego sortymentu węgla dla kotłów węglowych z automatycznym zasilaniem paliwem, z uwzględnieniem mocy cieplnej, a także ewentualna zmianę nazewnictwa. Te działania są niezmiernie istotne, ponieważ potencjał zainstalowanych retortowych kotłów c.o. jest znaczący i będzie potrzebował standaryzowanego paliwa o stabilnych parametrach jakościowych przez kolejne lata. Polityka energetyczna Polski do 2040 r., przyjęta 2 lutego br. przez Radę Ministrów, zakłada odejście od spalania węgla w gospodarstwach domowych w miastach do 2030 r., a na obszarach wiejskich do 2040 r.; przy utrzymaniu możliwości wykorzystania paliwa bezdymnego do 2040 r. (Streszczenie_PEP2040_2021_01_27.pdf; https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski).
Prowadzona kontrola paliw stałych przez UOKiK w handlu, zgodnie ze znowelizowaną w 2019 r. ustawą o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw, wykazuje niestety zdarzające się odstępstwa dostępnego w handlu jakości kwalifikowanego sortymentu od deklarowanego w dokumentacji/fakturach, na opakowaniach. Wprowadzenie jednoznacznej jego klasyfikacji w procedowanej noweli rozporządzenia ws. jakości paliw stałych dla sektora komunalno-bytowego zminimalizuje występowanie tego typu przypadków.
Wzrastające wymogi ochrony
Oczywistym jest, że wzrastające wymogi ochrony środowiska i ochrony zdrowia człowieka, a także postępujące zmiany klimatu narzucają konieczność odchodzenia od paliw kopalnych , z jednoczesnym wykorzystaniem nowoczesnych urządzeń grzewczych zasilanych OZE (kotłów, ogrzewaczy pomieszczeń, pomp ciepła, instalacji fotowoltaicznych), jednoznacznie wskazują na intensyfikację zweryfikowanych kierunków działań w realizowanym od 2018 r. krajowym Programie Czyste Powietrze.
Należy jednak wykorzystać i wspierać wszystkie dostępne rozwiązania, które charakteryzują się najwyższą efektywnością kosztową w relacji redukcji emisji do ich kosztu, dostępnością źródła energii, zapewnieniem bezpieczeństwa energetycznego, w aspekcie wymogów redukcji emisji zanieczyszczeń określonych w dyrektywie pułapowej NEC (EKOLOGIA nr 2/94/2020, str. 29 - 32; http://www.pie.pl/materialy/_upload/Ekologia_02-2020_sierpien.pdf; EKOLOGIA nr 3/95/2020, str. 31-34; http://ekologia-info.com.pl/images/stories/pdf/ekologia-3-2020.pdf).
Należy też mieć na względzie, że nad Polską wisi widmo odroczonej w 2018 r. kary za niespełnienie wymogów dyrektywy CAFE (dotyczącej jakości powietrza). Sprawa została zawieszona wraz z deklaracją Polski o podjęciu konkretnych działań, które materializują się m.in. w programach Czyste Powietrze i Stop Smog Wymiana urządzeń zaplanowana w ramach tych programów to długotrwały proces. Od 2019 roku w ramach PCzP wymieniono około 70 tyś. z 3-4 mln przestarzałych urządzeń, zainstalowanych w gospodarstwach indywidualnych, czyli tylko około 2%. Łatwo obliczyć niezbędny czas..... (w 2 lata 2 proc. czyli 100 proc. w 100 lat). Czy mamy potrzebne 100 lat?
Na czas transformacji - wdrożenia rozwiązań docelowych, w tym OZE z wykorzystaniem biomasy (https://biznesalert.pl/smog-czyste-powietrze-polska-biomasa-krystyna-kubica-tomasz-mirowski/), potrzebujemy skutecznych, doraźnych rozwiązań. Tymi rozwiązaniami przejściowymi są z pewnością metody techniczne takie jak stosowanie paliw kwalifikowanych, dobrej jakości w tym stosowanie paliw niskoemisyjnych, (https://biznesalert.pl/smog-wymiana-kotlow-paliwa-bezdymne-krystyna-kubica-energetyka-cieplownictwo/). Szereg badań, w tym zagranicznych dowodzi skuteczności tych rozwiązań.
Dobrym przykładem w tym zakresie jest Wielka Bratania. Równie istotne są tzw. pozatechniczne metody ograniczenia emisji - powszechna edukacja społeczeństwa w zakresie czystego spalania, a także monitorowanie stanu instalacji spalania w indywidualnym budownictwie jednorodzinnym, z wykorzystaniem służb kominiarskich wzorem krajów UE, w tym obszarze niezbędne są regulacje prawne.
xxx
Dr inż. Krystyna Kubica – chemik, emerytowany pracownik naukowy Zakładu Fizykochemii i Energetycznego Przetwórstwa Paliw Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu oraz Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach, stypendysta EU JRC IES. Kierowała wieloma projektami naukowo-badawczymi i badawczo-wdrożeniowymi w dziedzinie fizykochemii i technologii energochemicznego wykorzystania węgla i węglopochodnych oraz biomasy (spalania i współspalania węgla) ukierunkowanych na optymalizację procesową i ekologiczną.
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
