EMISSIES TEN GEVOLGE VAN HET STOKEN VAN BIO-OLIEN IN VERWARMINGSKETELS IN DE GLASTUINBOUW J.J. Erbink, R.D. Smeets KEMA Nederland B.V. P.O. Box 9035 6800 ET ARNHEM Deze samenvatting geeft de resultaten kort weer van de emissiemetingen die in 2003 zijn gerapporteerd in opdracht van het Productschap Tuinbouw en Ministerie LNV. Het betreffende rapport is getiteld “Emissiemetingen bij inzet van bio-oliën en vetten in de glastuinbouw” (KEMA rapport 50361520-KPS 04-1022 d.d. 04-03-08). Deze samenvatting kan gebruikt worden om toe te voegen bij de aanvraag voor een milieuvergunning voor die bedrijven die bio-olie willen stoken. 1
INTRODUCTIE
De glastuinbouw in Nederland is energie-intensief, goed voor zo’n 10% van de aardgasconsumptie (4 3 miljard m ). Het Glami-convenant tussen overheid en glastuinbouwsector omvat het verhogen van het aandeel duurzame energie tot 4% van het energiegebruik in 2010. Het gebruik van bio-olie in verwarmingsketels is een van de mogelijkheden om hernieuwbare energiebronnen in te zetten. Bij gascontracten met een CDS structuur is inzet van bio-olie voor bepaalde tuinders aantrekkelijk voor het zogenaamde piekscheren. Bio-olie kan betekenen puur plantaardige olie (PPO), maar ook gerecyclede frituurolie. In Nederland is 1 hiervan per jaar ruwweg 120 kton beschikbaar . Het gebruik van deze brandstoffen (deels afvalstromen) roept echter enkele vragen op: • Wanneer zijn deze brandstoffen eigenlijk aantrekkelijk om in te zetten? • Welke emissies treden er dan op? • Kunnen deze bio-olien technisch in gezet worden in bestaande ketels? Specifiek voor de vergunningverlening is het nodig om duidelijk te hebben of ongewenste emissies optreden: het optreden van schadelijke emissies leidt mogelijk tot extra maatregelen om de betreffende emissies te beperken of kan zelfs leiden tot een niet-vergunbare situatie. Om deze vragen te beantwoorden zijn praktijkmetingen aan de emissies van met bio-olie gestookte verwarmingsinstallaties uitgevoerd in de periode van een jaar. Deze zijn vergeleken met emissies tijdens het stoken van (huisbrand of diesel-) olie. Uit een uitvoerige studie naar de (economische en technische) mogelijkheden om bio-olie (bij) te stoken in de glastuinbouw bleek dat de inzet van bio-olie onder de huidige omstandigheden (bio-olie prijsniveau, aardgascontractering en reeds bestaande technische voorzieningen) beperkt zal blijven tot een bescheiden fractie van het totaal aantal uren per jaar.
2
EMISSIE-METINGEN
Het gebruik van bio-olie is tamelijk onbekend in Nederland, zeker in de glastuinbouw. Om deze onbekendheid weg te nemen is besloten emissie-metingen uit te voeren voor een groot aantal componenten, bij enkele installaties in Nederland, die als representatief gezien kunnen worden. Belangrijke emissies zijn: 1
Indien 100 kton bio-olie verstookt zou worden in de tuinbouw, levert dat een vermeden CO2 emissie op van ruim 200.000 ton Dit is vergelijkbaar met de uitstoot van meer dan 50.000 auto’s (20000 km/jaar) of de CO2 opname van 35000 ha bos (3,5 keer het bosareaal van Zuid-Holland)
-
NOx, SO2, fijn stof, CO zware metalen Dioxines PAK’s and PCB’s geur F and Cl.
Van de meeste van deze emissies werd niet verwacht dat er problemen zouden optreden, van NOx daarentegen werden de meeste vraagpunten verwacht. Nederland heeft een relatief ingewikkelde emissieregelgeving voor NOx opgesteld, die rekening tracht te houden met allerlei type en grootte van installaties, brandstoffen, ouderdom van de installatie of moment van vergunnen. In Tabel 1 is een samenvatting gegeven van de NOx emissie-normen voor ketels in de glastuinbouw. Het belangrijkste punt hierin is dat de emissie-norm afhangt van de ouderdom van de ketel (of van het moment van vernieuwen van de brander(s)). Tabel 1: Emissie eisen volgens BEES A voor vloeibare brandstoffen in een ketel emissie eis datum vergunningverlening emissie eis BEES A 3 3 NOx mg/Nm Artikel nr SO2 mg/Nm bij 3 vol% O2 bij 3 vol% O2 (1) voor 29-5-87 200 16.4.b geen (1)(2) (3) 29-5-87 tot 1-8-88 450 12.4.a 1700 (1)(2)(4) (3) 1-8-88 tot 15-10-92 300 12.4.b 1700 (1) (3) 15-10-92 tot 1-5-98 150 12.4.c 1700 (3) op/na 1-5-98 120 12.4.d 1700 (1) (2) (3) (4)
3.1
BEES A Artikel nr
12.1.b 12.1.b 12.1.b 12.1.b
Bij thermisch vermogen < 2,5 MW (bovenwaarde) geldt de NOx-eis zodra na 30 april 1998 de branders worden vervangen (art. 48b.b). Bij brandervervanging kan een strengere NOx-eis gesteld worden t/m 200 mg/m3 voor andere vloeibare brandstoffen dan zware stookolie (art. 27.3.b). Indien zware stookolie met een zwavelgehalte van 1% of minder wordt gestookt is aan de SO2-eis voldaan (art. 33.3). Bij een totaal opgesteld thermisch vermogen in de inrichting tussen 50 en 75 MW geldt een NOx-eis van 450 mg/m3 (art. 48a.1.a).
De bio-oliën
Er zijn verschillende bio-olien getest om de pro’s en contra’s van het gebruik van deze bio-oliën na te gaan. Deze bio-oliën zijn: gerecyclede frituurvet/olie, vetzuurmengsels (residuen uit het destillatieproces van PPO), en palmolie. Tijdens enkele intensieve metingen (zie hieronder) is extra zout (chloride 100 g/ton) toegevoegd om een worst-case situatie te creëren om na te gaan of onder “slechte” omstandigheden emissies van dioxine of PCB zouden kunnen optreden. De bio-oliën zijn geanalyseerd. De resultaten van deze analyses (tabel 2) laten zien dat het werkelijk om (chemisch) schone biomassa’s gaat: gehaltes aan chloor, zwavel, stikstof, vaste deeltjes, zware metalen en dergelijke zijn zonder meer laag te noemen. Het gaat hier om bio-oliën die onder goed gedocumenteerde omstandigheden zijn geproduceerd, zodat contaminatie met bio-olie-vreemde partijen uitgesloten is. In de toekomst betekent dit dat mogelijk een certificaatsysteem deze garantie kan geven. 3.2
De installaties
De verbrandingstesten zijn uitgevoerd bij glastuinbouwbedrijven die hiervoor hun installatie ter beschikking hadden gesteld. De installaties zijn als zodanig gebruikt, alleen de brander is vervangen
door een bio-olie (dual fuel) brander. Vanwege de verschillende leeftijden van de ketels en de branders, en de verschillende keteltypen wordt een breder spectrum aan emissies verwacht, dan bij uitsluitend nieuwe installaties. In tabel 3 zijn de testinstallaties vermeld. Tabel 2: Analyses van de bio-olien die in deze studie zijn gebruikt. Sample Free fatty acids Pure oil Macro-elements % % Al 0.0017 0.0005 Ca 0.0001 0.00002 Cl 0.0012 0.0038 Fe 0.0042 0.00004 K 0.0004 < 0.00013 Mg 0.00004 0.00001 Na 0.0011 0.00003 P 0.0077 0.00011 Si 0.0002 0.00041 Ti 0.0002 0.000001 Selection of mg/kg mg/kg micro elements As 0.84 < 0.3 Co < 0.01 < 0.01 Cl 20 61 Cr 0.22 < 0.09 Cu 0.39 0.15 Mn 0.13 < 0.01 Ni 0.45 0.37 Pb 0.28 < 0.1 Sb < 0.3 < 0.3 V 0.03 < 0.03 Main elements % % C 75.2 76.5 H 11.5 11.7 N < 0.1 < 0.1 S 0.025 0.0007 Water (Karl Fishr) 1.06 0.05 (IOS 8534, 1996) Ash (SIO 6884,1985) < 0.02 < 0.01 Sediment 0.03 0.01
Frying oil % 0.00002 0.00019 0.0031 0.00067 0.00090 0.00032 0.00284 0.00090 0.00036 0.000004 mg/kg < 0.3 < 0.01 19 < 0.09 0.22 0.05 0.05 < 0.1 < 0.3 < 0.03 % 77.5 11.7 < 0.1 0.0006 0.16 < 0.01 0.02
Tabel 3: Beschrijving van de installaties voor bio-olie stook, die in deze studie zijn gebruikt. Locatie ketel type brander type Dekker V.O.S. 7200 6970 kW (2 treks) LN-60-EZIO in Hensbroek Vertommen Thermeta K30 3480 kW LN-30-EZO in St. Kat. Waver (België) (3 treks) Beekenkamp Crone CW200A dual fuel heavy oil systeem in Maasdijk 7200 kW (3 treks)
3.4
Resultaten
De emissies van NOx, SO2, CO, dioxines, PAKs, PCBs en geur zijn gemeten. Van deze emissies, verdient NOx een extra beschouwing. Alle andere gemeten emissies waren ofwel ver beneden de grenswaarden (SO2, CO, PAK’s en) of waren beneden de detectielimiet (die op zijn beurt ver beneden de grenswaarden liggen (geur, PCB’s en dioxines). Voor de volledigheid volgt hier een korte opsomming van de bevindingen: 3 • SO2: stoken van verzuurmengsels: < 70 mg/m 0, stoken van frituurvet en palmolie 3 < 25 mg/m 0 • CO: bij goede stookcondities 0; anders 5-35 ppm • Stof: gemiddeld 7 mg/ m30 3 • CxHy-concentratie: < 2 mg/m 0 3 • PAK’s, zie tabel 2, andere PAK’s minder dan 0,33 µg/m 0; alle gemeten PAK’s zijn ver beneden limiet waarden 3 • PCB’s: alle PCB’s (7 stoffen) minder van 0,31 µg/m 0 • Dioxines: niet gemeten (detectielimiet): factor 10 beneden grenswaarden BVA • Geur: niet waargenomen in de rookgassen. 3
Tabel 2. PAK’s emissies (µg/m 0 ) tijdens stoken van frituurolie en vetzuren frituurolie Emissie eis Component Vetzuren Bij 3 vol % bij 3 vol% O2 O2 Naftaleen 3,36 1,83 <100 mg/m3 Acenaftyleen 0,61 <0,34 Acenaftheen <0,31 <0,34 < 20 mg/m3 Fenanthreen 0,55 0,43 Fluoreen 1,28 0,33 Anthraceen <0,31 <0,34 Fluorantheen 1,14 <0,34 -
(foto ketel + brander)
Figuur 4: Een van de test locaties: een bio-olie brander is gemonteerd op een verwarmingsketel bij een glastuinder. De gemeten NOx-emissies zijn vergeleken met de emissies tijdens het stoken van huisbrandolie en diesel (die een vergelijkbare samenstelling hebben) De bandbreedte van de gemeten NOx-emissies is 3 in figuur 5 gegeven, de bandbreedte is groot: variërend van 120 tot 250 mg/mo met een gemiddelde 3 waarde van ongeveer 175 mg/mo .
4 3 2 1 250-260
230-240
210-220
190-200
170-180
150-160
130-140
110-120
0
Figuur 5: Verdeling van gemeten NOx emissies (x-as, mg/m3) uit 25 metingen bij gebruik van huisbrandolie in verschillende verwarmingsketels bij tuinders. (y-as: aantal metingen). De NOx-emissies die zijn gemeten tijdens het stoken van minerale olie (huisbrandolie) zijn vergelijkbaar met de Nox emissies tijdens het stoken van de bio-oliën. (zie figuur 6). 4 3 2 1 250-260
230-240
210-220
190-200
170-180
150-160
130-140
110-120
0
Figuur 6: Verdeling van gemeten NOx emissies (x-as, mg/m3) uit 33 metingen bij gebruik van bio-olie in verschillende verwarmingsketels bij tuinders tijdens deze studie. (y-as: aantal metingen). Uit figuur 5 en 6 zien we dat de NOx emissies niet noemenswaardig verschillen. Dit is op zich niet zo verwonderlijk: noch bio-olie, noch huisbrandolie bevat stikstof en de stookwaarde is vergelijkbaar, zodat – bij overigens gelijke stookomstandigheden – min of meer dezelfde NOx emissies zullen optreden. 2 Alle andere emissies, zoals SO2 en dioxines zijn veel lager dan de emissie-normen voor dit type installaties. SO2-emissies zijn lager dan bij het stoken van huisbrandolie. Dit mag ook verwacht worden, omdat het zwavelgehalte van bio-olie veel lager is dan dat van huisbrandolie. Voor de dioxines is gestreefd te meten tijdens omstandigheden gunstig voor de vorming van dioxines: (worst-case) te lage luchtgift met als gevolg roetvorming en extra chloride aan de brandstof toegevoegd tot een plafondwaarde van wat in praktijk zou kunnen optreden. Dit is gedaan bij zowel 3 frituurolie als de vetzuurmengsels. Alle gemeten dioxines waren lager dan 0.01 ng TEQ/mo . PCB's en PAK's zijn eveneens gemeten tijdens de worst-case situaties. Deze stoffen bleven ver beneden alle grenswaarden en soms onder de detectielimiet. Geur: Bij het verstoken van frituurolie onder normale omstandigheden (en ongeveer 60% belasting) is in drievoud een geurmonster genomen en volgens de geldende Europese nomen en Nederlandse voornormen geanalyseerd. De geuruitworp was dusdanig laag dat er geen geur is gedetecteerd, dat wil zeggen dat de geuremissie lager is dan 1000 ge/s (dit is zeer laag, normale waarden bij geuremitterende installaties is 20.000 – 200.000 ge/s). 3.5
2
Discussie
De in deze samenvatting genoemde normen en grenswaarden betreffen de waarden die zijn voorgesteld in de Handreiking bio-olie die door InfoMil is uitgegeven in februari 2004.
Van geen enkele emissie die is gemeten gedurende de experimenten (zowel tijdens de intensieve campagne als tijdens de incidentele metingen bij de tuinders) mag verwacht worden dat dit aanleiding tot problemen geeft indien vergunningen verleend gaan worden. NOx emissies vergen enige aandacht. Installaties van voor 1992 zullen in het algemeen geen problemen opleveren. Voor nieuwere installaties kan op voorhand geen uitspraak worden gedaan. Nieuwe installaties hebben in het algemeen een beter ontwikkelde vlam die tot lagere NOx emissies kan leiden, waarbij de combinatie met een nieuwe brander positief werkt. De eisen voor nieuwe installaties zijn strenger. De experimenten laten duidelijk zien dat de NOx-emissies niet afhangen van de soort bio-olie, maar afhankelijk zijn installatie en procesinstelling. Verwacht wordt dat de ouderdom van ketel en brander eveneens de NOx emissies beïnvloeden. Verwacht mag worden dat bestaande installaties met een nieuwe (of vervangen) brander zal 3 kunnen voldoen aan een NOx emissie eis van 200 mg/mo , ook voor nieuwe installatie zal dit haalbaar 3 zijn. Niet zeker is of een niveau van 150 of 120 mg/mo gehaald kan worden. Emissies van dioxinen, PCB's en geur lagen beneden de detectielimiet. Andere emissies zoals fluor, chloor, zware metalen (berekend uitgaande van de brandstofsamenstelling), PAK’s, SO2, CO, stof, lagen tijdens de metingen beneden de emissiegrenswaarden.
4
CONCLUSIES
De inzet van bio-olie in de glastuinbouw is economisch interessant bij bepaalde tuinders. Verwacht mag worden op grond van berekeningen met inzetstrategiemodellen, dat bij de huidige economische omstandigheden een bio-olie inzet van enkele honderden uren per jaar per tuinder gerealiseerd zal worden. Dat betekent dat bio-olie voornamelijk voor piekscheren gebruikt wordt. De gemeten emissies tijdens het stoken van bio-olie zijn allen ruim onder de grenswaarden, alleen NOx vormt een aandachtspunt. In Nederland is een tamelijk complexe regelgeving voor verbrandingsinstallaties opgezet. Voor oudere installatie gelden minder strenge normen dan voor nieuwe installaties. Glastuinbouwbedrijven vallen voor het merendeel onder de werking van het Besluit glastuinbouw. Als wordt voldaan aan diverse criteria kan worden volstaan met een melding volgens dit Besluit. Omdat het verbranden van bio-olie niet is opgenomen in het Besluit glastuinbouw moet een vergunning aangevraagd worden.. Deze vergunning zal voor oudere installaties naar verwachting weinig problemen opleveren; ook de NOx emissies kunnen aan een eventuele eis van 3 200 mg/mo voldoen. Bij nieuwere installaties gelden in het algemeen strengere NOx emissies eisen, er kan niet op voorhand worden gesteld dat daaraan kan worden voldaan. Indien extra maatregelen genomen moeten worden om de emissies te reduceren, wordt de inzet van bio-olie minder of in het geheel niet meer aantrekkelijk.
