TITEL-FOLIE. 1. Emissionsfaktoren von Holzfeuerungen und 2. Klimaeffekt von Aerosolen aus der Biomasse-Verbrennung. Thomas Nussbaumer.

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1 TITEL-FOLIE 1. Emissionsfaktoren von Holzfeuerungen und 2. Klimaeffekt von Aerosolen aus der Biomasse-Verbrennung Thomas Nussbaumer 11. Holzenergie-Symposium ETH Zürich, 17. September 2010

2 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

3 TITEL-FOLIE 1. Emissionsfaktoren von Holzfeuerungen Trend I Heute wird Feinstaub aus Holz unterschätzt [1] Gründe: 1. Betriebseinfluss 2. Kondensierb. org. Verbindungen (COC) 3. Sekundäre organische Aerosole (SOA) [2] > NMVOC als Vorläufer für SOA wichtig II Künftig tiefere Emissionen v.a. für autom. Feuerungen Grund: Luftreinhalte-Verordnung ab , , [1] z.b. PSI, Drei- bis vier-mal mehr Russ aus Holz als aus Verkehr im wint. Misox [2] z.b. [Robinson et al. Science, 2007], [Baltensperger et al. Faraday D. 2005]

4 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten der primären Aerosole 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

5 Partikelarten und -eigenschaften Partikelarten und Flammen-Verbrennung Pyrolyse -eigenschaften T hoch (> 800 C) T hoch (> 800 C) T tief Mix O 2 = 0 O 2 ideal viel oder wenig O 2 CO [mg/m n3 O 2 C A B Luftüberschuss λ [A. Lauber & T. Nussbaumer, ETH Conf. 2009; T. Nussbaumer, Energy & Fuels 2003, 17]

6 Partikelarten und -eigenschaften Partikelarten und Flammen-Verbrennung Pyrolyse -eigenschaften T hoch (> 800 C) T hoch (> 800 C) T tief Mix O 2 = 0 O 2 ideal viel oder wenig O 2 Art Russ Salz Condensable Organic Compounds COC Aufbau EC / BC chemisch / optisch C/H > C als Karbonat (CC) u.a. Salze OC = TC EC CC C/H 2 Farbe schwarz weiss braun keine Gesundheit toxisch karzinogen entzündlich kaum toxisch kaum karzinogen entzündlich (kaum Si) stark toxisch stark karzinogen entzündlich Klima: Direkt absorbiert Licht und wärmt Atm. streut Licht und kühlt Atm. streut und absorbiert Klima: Indirekt Schnee- Albedo Alle Partikel wirken als Keime für Wolken und kühlen durch Cloud albedo und Cloud lifetime effect

7 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

8 Konversion von C und Partitionierung von VOC V e r b r e n n u n g Pyrolyse & Vergasung I Flamme K a m i n Atmosphäre t Koks CO, H 2, VOC VOC VOC C x H y O z Biomasse COC prim Teer >700 C COC sek Teer lokal O 2 =0 > 800 C PAK tert Teer H 2 Russ C brown in PM 10 BC in PM 10

9 Konversion von C und Partitionierung von VOC K a m i n Atmosphäre t 0 Atmosphäre t VOC COC α = NMVOC γ = ε = CH 4 NCNMVOC 0 COC 0 1 δ δ NCNMVOC SOA * POA VOC C brown in PM 10 Russ BC in PM 10 * m(soa) = f δ m(ncnmvoc 0 ) f = 1.6±0.2 für urbane Aerosole f = 2.1±0.2 für nicht-urbane A.e f = (2.4) für Holzrauch [Turpin, B.; Lim, J., Aerosol Science and Technology 35: (2001)]

10 Messungen im Abgas α CH4 T = 160 C VOC NCNMVOC0 NMVOC ε γ COC COC OC Russ SMPS & OPC/OAS Anzahl, x PM TC EC/OC/CC

11 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

12 TITEL-FOLIE 1. Emissionsfaktoren von Holzfeuerungen Basis Nussbaumer, T.; Boogen, N.: Aktualisierung des Arbeitsblatts Emissionsfaktoren, im Auftrag Bundesamt für Umwelt, 2010 Daten [1] Vock, W. et al.: Emissionsbilanzen, AWEL Zürich 2006 [2] Hochschule Luzern: Emissionsmessungen [3] Frischknecht et al.: Umweltetikette Holz, BAFU 2010 [4] Literatur [5] Firmen

13 Emissionsfaktoren BAFU mg/mj = 1,5 mg/m O 2 = 1,9 mg/m O 2 Kategorien nach Holzenergie-Statistik nach unten korrigiert V e r h ä l t n i s k o r r i g i e r t 2008 nach oben korrigiert 2035 nach unten korrigiert [BAFU 2005] VOC und α (blau, kursiv): berechnet

14 Emissionsfaktoren und 2035 [Nussbaumer & Boogen 2010] > > > >

15 Emissionsfaktoren und 2035 [Nussbaumer & Boogen 2010]

16 Emissionsfaktoren und 2035 [Nussbaumer & Boogen 2010]

17 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

18 TITEL-FOLIE 2. Klimaeffekt von Aerosolen aus der Biomasse-Verbrennung 1. Black Carbon (BC) ist zweit- oder drittwichtigster Treiber der Klimaerwärmung [2,3]! [1] IPCC 2007: BC = 1600 x CO 2 for 20 y [2] T. Bond, US House of Repr. 2007: BC = 2000 x CO 2 for 20 y [3] ICCT, Int. Council on Clean Transport., 2009: BC 0.34 Wm 2 of total 1.6 Wm % von BC stammt aus Biomasse > Netto-Klimaeffekt? [T. Bond, T.: Int. Workshop on BC, Jan. 2009, London]

19 TITEL-FOLIE 2. Klimaeffekt von Aerosolen aus der Biomasse-Verbrennung 1. Black Carbon (BC) ist zweit- oder dritt- wichtigster Treiber der Klimaerwärmung [2,3]! [1] IPCC 2007: BC = 1600 x CO 2 for 20 y [2] T. Bond, US House of Repr. 2007: BC = 2000 x CO 2 for 20 y [3] ICCT, Int. Council on Clean Transport., 2009: BC 0.34 Wm 2 of total 1.6 Wm % von BC stammt aus Biomasse [T. Bond, T.: Int. Workshop on BC, Jan. 2009, London] > Netto-Klimaeffekt?

20 [IPCC 2007] Effect of aerosols on climate change Gase... Aerosole Coud albedo effect: Auch organische Aerosole wirken als Keime, z.b. [W. Leaitch, U.Lohmann ea.: Cloud albedo increase from carbonaceous aerosol, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 10, , 2010]

21 I N H A L T Motivation 2. Partikelarten 3. Konversion des Kohlenstoffs 4. Resultate Teil 1: Emissionsfaktoren 5. Resultate Teil 2: Klimaeffekt 6. Schlussfolgerungen

22 Schlussfolgerungen 1. Holzfeuerungen verursachen: a) Primäre Aerosole 1. Salz 2. Russ 3. COC b) Primäre VOC und > SOA Messung Staub Kond. VOC Staub verd. 2. Die Schadstoffe haben hohe Gesundheits-Relevanz 3. Reduktion COC/VOC sowie Russ hat erste Priorität Zwar kein Zielkonflikt, da aus 'unvollständiger Verbrennung', aber: die Bedingungen zur Reduktion sind unterschiedlich! mehr als eine Messung nötig, z.b. VOC und 'Staub' nach LRV! Reduktion von Salz hat zweite Priorität (Zielkonflikt zu anderen) 3. Der Klimaerwärmung durch Russ stehen kühlende Effekte durch organische Stoffe und Wolkenbildung gegenüber, Russ beschleunigt das Abschmelzen 4. Emissionsfaktoren: NO X tiefer, Feststoff höher, NMVOC-Anteil höher

23 VERDANKUNG Verdankung Bundesamt für Umwelt Bundesamt für Energie Weitere Info: Nussbaumer, T.; Boogen, N.: Aktualisierung des Arbeitsblatts Emissionsfaktoren, im Auftrag Bundesamt für Umwelt 2010 Nussbaumer, T.: Overview on Technologies for Biomass Combustion and Emission Levels of Particulate Matter, prepared for the Expert Group on Techno-Economic Issues (EGTEI) under the Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution (CLRTAP), Bundesamt für Umwelt