Kolväten från träbränsleindustrin
– sågverk, trätorkar och pelletspressar
Tekn. Dr. Karin Granström
Karlstads universitet
Avdelningen för Energi-, Miljö- och Byggteknik
År 2009 (ver2)
2
Sammanfattning
Detta faktablad innehåller snabb och lättillgänglig information om kolväteutsläpp från
produktionen av träbaserade fasta biobränslen, specifikt från sågning, trätorkning och
pelletspressning. Faktabladet är tänkt som ett hjälpmedel för länsstyrelser och
kommuner vid handläggning av tillsyns- och prövningsärenden. Skriften ska också
vara ett stöd för verksamhetsutövare.
Frågor som behandlas är (1) typiska utsläppsnivåer för kolväten från sågverk, torkar
och pelleteringsanläggningar, (2) klargörande av hur olika produktionsmetoder och
råvaror skiljer sig åt med avseende på mängden kolväten som avgår, (3) en
uppskattning av betydelsen av antropogena utsläpp jämfört med de naturliga
emissionerna av terpener från barrskog, och (4) förslag på hur kolväteutsläpp från
träbränsleindustrin kan minskas vid behov.
Abstract
Regulatory bodies and the wood biofuel industry need accessible information about
hydrocarbon emissions from wood processing. This booklet contains information
about (1) expected emissions from model sawmill, wood drying and pellets production
plants, (2) the effect of different production methods and raw materials regarding
VOC emissions, (3) a comparison between antropogenic and natural emissions of
biogenic hydrocarbons, and (4) suggestions on how emissions can be reduced.
3
4
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
SAMMANFATTNING ..................................................................................................................... 3
ABSTRACT....................................................................................................................................... 3
1
INLEDNING ............................................................................................................................ 7
1.1
1.2
2
FRÅGESTÄLLNINGAR ........................................................................................................ 7
AVGRÄNSNING ................................................................................................................. 7
BAKGRUNDSFAKTA ........................................................................................................... 8
2.1
2.2
2.3
2.3.1
2.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3
2.5.4
2.5.5
2.5.6
SAMMANFATTNING ........................................................................................................... 8
PELLETSPRODUKTION ....................................................................................................... 8
VILKA ÄMNEN RÄKNAS SOM FLYKTIGA ORGANISKA KOLVÄTEN (VOC)? ......................... 9
Terpener .................................................................................................................... 10
MARKNÄRA OZON .......................................................................................................... 11
LAGAR, FÖRORDNINGAR OCH POLITISKA MÅL ................................................................ 12
Miljökvalitetsnormer ................................................................................................. 13
Nationella miljömål................................................................................................... 13
CLRTAP/Göteborgsprotokollet ................................................................................. 14
NEC-direktivet (Directive 2001/81/EC) .................................................................... 14
Hygieniska gränsvärden............................................................................................ 14
MACT-initiativet ....................................................................................................... 15
3
PRINCIPER FÖR ATT BERÄKNA MÄNGDEN UTSLÄPPT ÄMNE........................... 16
4
ANTROPOGENA VOC-EMISSIONER FRÅN TRÄBEARBETNING .......................... 17
4.1
LAGRING ........................................................................................................................ 17
4.2
BARKNING OCH SÅGNING ............................................................................................... 17
4.2.1
Beräkning av terpenutsläpp från ett sågverk med barkning och sågning ................. 17
4.3
TORKNING AV BRÄDOR ................................................................................................... 17
4.3.1
Beräkning av terpenutsläpp från en brädtork ........................................................... 18
4.4
TORKNING AV SÅGSPÅN ................................................................................................. 18
4.4.1
Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på uppmätta utsläppsdata ...... 19
4.4.2
Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på terpeninnehållet i spånen
före och efter torkning ............................................................................................................. 19
4.5
PELLETERING .................................................................................................................. 19
4.5.1
Beräkning av mängden terpener som avgår vid pressning till pellets....................... 19
4.6
TERPENER FRÅN TORK OCH PELLETSPRESS I SAMMA ANLÄGGNING ................................ 20
4.6.1
Beräkning av mängden terpener som avgår för olika torktyper vid både torkning och
pelletering................................................................................................................................ 20
5
JÄMFÖRELSE MED NATURLIGA VOC-UTSLÄPP ..................................................... 21
6
SLUTSATSER ....................................................................................................................... 22
6.1
ANGIVANDE AV TYPISKA UTSLÄPPSNIVÅER FÖR KOLVÄTEN FRÅN TORK- OCH
PELLETERINGSANLÄGGNINGAR I OLIKA STORLEKSKLASSER. ........................................................ 22
6.2
HUR OLIKA PRODUKTIONSMETODER OCH RÅVAROR SKILJER SIG ÅT MED AVSEENDE PÅ
MÄNGDEN KOLVÄTEN SOM AVGÅR, OCH FÖRSLAG PÅ HUR KOLVÄTEUTSLÄPP FRÅN
TRÄBRÄNSLEINDUSTRIN KAN MINSKAS VID BEHOV ....................................................................... 22
6.2.1
Råvara ....................................................................................................................... 22
6.2.2
Torkning .................................................................................................................... 23
6.2.3
Pelletering ................................................................................................................. 23
6.2.4
Rening ....................................................................................................................... 23
6.3
BEDÖMNING AV ANTROPOGENA UTSLÄPPS BETYDELSE JÄMFÖRT MED DE NATURLIGA
EMISSIONERNA AV TERPENER FRÅN BARRSKOG. ........................................................................... 24
7
ORDLISTA ............................................................................................................................ 26
8
TACK ..................................................................................................................................... 27
9
BERÄKNINGAR................................................................................................................... 28
5
9.1
BERÄKNING AV TERPENUTSLÄPP FRÅN ETT SÅGVERK MED BARKNING OCH SÅGNING .... 28
9.1.1
Barkning .................................................................................................................... 28
9.1.2
Sågning ..................................................................................................................... 28
9.2
BERÄKNING AV TERPENUTSLÄPP FRÅN EN BRÄDTORK.................................................... 28
9.3
BERÄKNING AV UTSLÄPPSMÄNGD FRÅN SPÅNTORK BASERAD PÅ UPPMÄTTA
UTSLÄPPSDATA ............................................................................................................................. 28
9.4
BERÄKNING AV UTSLÄPPSMÄNGD FRÅN SPÅNTORK BASERAD PÅ TERPENINNEHÅLLET I
SPÅNEN FÖRE OCH EFTER TORKNING ............................................................................................. 28
9.5
BERÄKNING AV MÄNGDEN TERPENER SOM AVGÅR VID PRESSING TILL PELLETS ............. 29
9.6
BERÄKNING AV MÄNGDEN TERPENER SOM AVGÅR FÖR OLIKA TORKTYPER VID BÅDE
TORKNING OCH PELLETERING ....................................................................................................... 29
10.
REFERENSER ................................................................................................................. 30
6
1
INLEDNING
Detta faktablad innehåller lättillgänglig information om kolväteutsläpp från
produktionen av träbaserade fasta biobränslen, närmare bestämt från sågverk, torkar
och pelletspressar. Faktabladet är tänkt som ett hjälpmedel för länsstyrelser och
kommuner vid handläggning av tillsyns- och prövningsärenden. Det ska också vara ett
stöd för verksamhetsutövare.
1.1 Frågeställningar
Målet är att skapa en användarvänlig skrift om vilka problem med avseende på utsläpp
av biogena kolväten som kan uppstå runt sågverk, träbränsletorkar och pelletsfabriker,
hur väsentliga dessa är ur miljö- och hälsoperspektiv, och hur emissionerna kan
minskas vid behov.
Det kan delas upp i fyra frågeställningar:
1. Angivande av typiska utsläppsnivåer för kolväten från sågverk, torkar och
pelleteringsanläggningar i olika storleksklasser.
2. Klargörande av hur olika produktionsmetoder och råvaror skiljer sig åt med
avseende på mängden kolväten som avgår.
3. Bedömning av antropogena utsläpps betydelse jämfört med de naturliga
emissionerna av terpener från barrskog.
4. Förslag på hur kolväteutsläpp från träbränsleindustrin kan minskas vid behov.
Informationen i detta faktablad kan också vara till hjälp vid bedömningar om det
behövs nationella regler för utsläpp från sågverk, träbränsletorkar och pelletsfabriker,
och vilka gränsvärden som i så fall skulle vara praktiskt och ekonomiskt rimliga.
1.2 Avgränsning
Jag fokuserar på situationen i Sverige, där de dominerande träslagen är tall (Pinus
silvestris, eng. Scots pine), gran (Picea abies, eng. Norway spruce) och björk (Betula
pendula och Betula Pubescens, eng. birch). Pellets görs i Sverige nästan uteslutande av tall
och gran.
Faktabladet innehåller inte råd eller anvisningar om vilka krav som bör ställas i
enskilda fall. Bedömningar om vilka utsläpp som kan tillåtas får utgå ifrån de
förutsättningar som råder på platsen. Faktorer att ta hänsyn till är vad som redan finns
i luftföroreningsväg i området och hur det påverkar bildningen av marknära ozon (här
är avsnitt 2.4 en hjälp), vindförhållanden runt anläggningen, och rådande politiska
målsättningar (som översiktligt beskrivs i avsnitt 2.5, men det finns också regionala
miljömål och kommunala miljöplaner).
7
2
BAKGRUNDSFAKTA
2.1 Sammanfattning
Produktionen av träbaserade fasta biobränslen ökar kraftigt. Vid bearbetning av trä
frigörs terpener, en klass lättflyktiga kolväten som tillhör gruppen lättflyktiga organiska
ämnen, ofta förkortad VOC efter engelskans Volatile Organic Compounds. Det
främsta problemet med terpenerna är att de i närvaro av kväveoxider och ljus
katalyserar bildandet av marknära ozon och andra foto-oxidanter. Marknära ozon är
ett välkänt problem – ozon irriterar luftvägarna och är farligt för astmatiker, stör
växters fotosyntes och försämrar tillväxten av grödor och skog.
Ansträngningar för att minska halterna av marknära ozon har till stor del fokuserats på
att hålla halterna av kväveoxider nere. Men ozonbildningen är en komplex process och
minskade halter av kväveoxider kan, beroende på koncentrationen av kolväten,
faktiskt öka halten av marknära ozon. Det kan vara mer effektivt att minska
kolväteutsläppen för att få ner ozonhalterna. Terpener är speciellt intressanta ur detta
perspektiv eftersom de har större ozonbildande effekt än vad medelkolvätet har.
Det finns också ett arbetsmiljöperspektiv på emissioner av terpener. Terpener har
visats ge irritation i hals och lungor [Hedenstierna et al. 1983], ögonirritation och
huvudvärk. Vissa terpener är allergena [Kasanen et al. 1999].
Det är inte bara vid produktion av pellets som terpenutsläpp sker, utan det sker i varje
del av processen – fällning, barkning, lagring, flisning, sågning, torkning och
pelletering. Det som händer tidigare i processen påverkar hur mycket terpener som
finns kvar vid pelleteringen.
2.2 Pelletsproduktion
Pellets är korta stavar av komprimerat träflis. Råvaran är oftast restprodukter från
träindustrin, t.ex. sågspån och kutterspån. Sverige var år 2007 det land i världen där
det producerades och användes mest pellets (se tabell 1).
Tabell 1. Länder där det produceras och konsumeras mest pellets [Vinterbäck 2008].
Land
Produktion (ton)
Konsumtion (ton)
Sverige
1 400 000
1 700 000
Tyskland
1 300 000
650 000
Kanada
1 200 000
200 000
USA
1 100 000
1 400 000
Österrike
780 000
360 000
Italien
300 000
500 000
Finland
300 000
50 000
Ryssland
300 000
50 000
Danmark
200 000
950 000
Frankrike
200 000
160 000
Spån som används för pelletering ska hålla en fukthalt på 8-12%. Till följd av en stor
efterfrågan kan tillgången på torrt träspån inte täcka pelletsproducenternas behov.
Många pelletsproducenter införskaffar därför otorkat sågspån, som måste torkas innan
8
pelleteringen genomförs. I pelletspressen pressas träfibrerna genom en metallmatris,
och formas då till runda stavar. En anläggning med sågverk, virkestork, spåntork och
pelletsproduktion kan se ut som i figur 1.
Figur 1. En anläggning med sågverk, virkestork, spåntork och pelletsproduktion (baserad
på en bild från Booforssjö AB).
2.3 Vilka ämnen räknas som flyktiga organiska kolväten (VOC)?
EU definierar flyktig organisk förening (VOC) som en organisk förening vars kokpunkt är
högst 250 ˚C, mätt vid ett standardtryck av en atmosfär (101300 Pa).
Det finns också definitioner som baseras på ämnenas ångtryck, att en VOC har ett
ångtryck på minst 10 Pa vid en viss temperatur (vanligen 20°C eller 0˚C) eller uppvisar
en jämförbar flyktighet under de förhållanden där det används.
Med den svenska termen ”lättflyktiga kolväten” menas vanligen organiska föreningar
med begynnelsekokpunkt upp till ca 250 °C.
Organiska föreningar delas ibland upp i mycket lättflyktiga (eng. very volatile), flyktiga
(eng. volatile), och halvflyktiga (eng. semi-volatile). Gränserna mellan dessa är inte helt
fastlagda men håller sig inom intervallen i tabell 1.
9
Tabell 1. Klassificeringar av organiska ämnen baserat på flyktighet.
Grupp
Begynnelsekokpunkt
Internationell förkortning
Mycket flyktiga
<0 till 50–100 °C
VVOC
Flyktiga
50–100 till 240–260 °C
VOC
Halvflyktiga
240–260 till 380–400 °C
SVOC
Partikelbundna
>380 °C
POM
I USA klassificeras ämnen som VOCs efter deras förmåga att bilda ozon via
reaktioner med kväveoxider, så kallad photochemical ozone creation potential
(POCP). Det amerikanska naturvårdsverket, Environmental Protection Agency
(EPA), definierar lättflyktiga kolväten med låg ozonbildande förmåga som icke-VOC,
det vill säga undantagna från VOC-begränsande regler.
Att det finns två olika sätt att definiera vilka ämnen som ingår i samlingsbeteckningen
VOC ger upphov till en del huvudbry i internationella sammanhang.
Ett annat problem är att VOC ibland definieras som ”alla VOC förutom metan”, en
grupp ämnen som egentligen rätteligen bör betecknas NMVOC (Non-Methane VOC).
2.3.1 Terpener
Vid bearbetning av barrträ frigörs terpener. Terpener i barrträd består av
monoterpener (C10H16), sesquiterpener (C15H24) och diterpener (C20H32). Bara
monoterpener och sesquiterpener har tillräckligt högt ångtryck för att avgå till
atmosfären. Monoterpener (se figur 2) är flyktiga med kokpunkter på 150-180°C, och
sesquiterpener (se figur 2) räknas som halvflyktiga med kokpunkter som ligger cirka
hundra grader högre. Diterpener föreligger som svårflyktiga diterpensyror (s.k.
hartssyror) [Back 2002].
α-pinen
158°C
Isolongifolene
255-256 °C
β-pinen
164°C
α-gurjunene
Myrcen
167°C
3-karen
168°C
Limonen
177°C
α-longipinene
244-246 °C
α-copaene
Longifolene
254 °C
Figur 2. Strukturer och kokpunkter för vanliga monoterpener och några sesquiterpener.
Barrträdens terpener finns främst i kåda i kärnved och splintved [Back 2002]. Kåda i
gran och tall består till 25-30% av monoterpener [Strömvall et al. 2000]. Terpener
lagras också i speciella celler i barren.
Terpener har flera skyddsuppgifter i växter. Monoterpenerna sänker kådans viskositet
så att den blir mer lättflytande och kan flöda till en skadad del av trädet, där de
lättflyktiga terpenerna avdunstar så att svårflyktiga ämnena i kådan (hartssyror) blir
10
kvar som ett vattenavstötande bandage. Terpener neutraliserar också ozon, som
annars skulle störa fotosyntesen. Insektsskador gör att trädets terpenemissioner ökar,
vilket kan attrahera insekternas naturliga fiender [Hilker et al. 2002; Mumm et al. 2003].
Terpenhalten i trä är olika för olika trädslag och varierar också med årstiden samt
trädets ålder. Granar har normalt låga halter av terpener i träet och tillverkar dem vid
behov. När ett träd skadas, exempelvis av svamp, växtätare eller skadeinsekter,
produceras ämnen som stimulerar trädets terpenproduktion [Gershenzon et al. 1991;
Prieme et al. 2000; Seybold et al. 2000]. Tallar använder en annan strategi med konstant
hög terpenproduktion och hög halt terpener i träet, så att kåda transporterad via
hartskanaler finns på plats där den behövs inom några sekunder efter det att skada
uppstått [Lewinsohn et al. 1991].
Både den totala mängden terpener och halten av de olika terpenerna varierar inom
trädet och är olika i bark, splintved, kärnved och barr. Terpenhalten i tallved är i
genomsnitt 0.6% av torrvikten och i granved 0.1% [Strömvall et al. 2000]. Tallar har
mer terpener i kärnved än i splintved, medan granar har mer terpener i splintved än i
kärnved.
Det sker stora utsläpp av terpener till luft helt naturligt. De antropogena utsläppen
från träbearbetning bör ses i relation till de naturliga utsläppen. Antropogena och
biogena terpenutsläpp hänger ihop, eftersom ökad produktion av terpener i trädet
ökar träets terpeninnehåll, och därmed utsläppen till luft när träet bearbetas.
2.4 Marknära ozon
Terpener katalyserar i närvaro av kväveoxider och solljus bildandet av marknära ozon.
Dessutom omvandlas monoterpenerna till radikaler, aldehyder, peroxider och andra
foto-oxidanter [Hooker et al. 1985; Calogirou et al. 1999]. Ozon och andra fotooxidanter ger skador på skog och grödor, och är skadliga för människor i och med att
de irriterar andningsorganen. Bakgrundshalten av marknära ozon har fördubblats
sedan förindustriella tider. En genomsnittshalt på 50 µg/m³ (mikrogram per
kubikmeter) dagtid under sommar-halvåret brukar räknas som en övre gräns för hur
mycket ozon känsliga grödor tål utan att påverkas, men de nutida sommarhalterna
ligger i genomsnitt kring 60–70 µg/m³ i norra Sverige och kring 80 µg/m³ i Syd- och
Mellansverige. Andningsbesvär har i en del fall förekommit vid ozonhalter kring 160
µg/m³. Sådana halter förekommer emellanåt i sydliga delar av landet. Ozon är också
en växthusgas.
Höga lokala koncentrationer av terpener i luft kan öka ozonnivåerna i närheten
avsevärt (under förutsättning att det också finns kväveoxider i luften, i avlägsna
områden utan luftföroreningar kan terpenerna däremot sänka ozonhalten).
Kväveoxider bildas av dieselmotorerna hos de maskiner som används i industrin och
också av trafik på närbelägna vägar. Det innebär att där det finns en terpenkälla som
skapats av människor, ett punktutsläpp, sker vanligen också utsläpp av kväveoxider.
Relationen mellan terpener och andra lättflyktiga kolväten (VOC), kväveoxider (NOx),
and ozon (O3), är komplex (se figur 3). I städer finns vanligen kväveoxider i överflöd
och ozonbildningen begränsas då av tillgången på kolväten (eng. VOC-limited). På
landsbygden begränsas ozonbildningen vanligen av tillgången på kväveoxider (eng.
NOx-limited) [Sillman 1999]. Verkan av utsläpp ändras också över tid. Luft med
11
nyligen emitterade föroreningar från städer är vanligen kolvätebegränsad och blir
kväveoxidbegränsad med tiden.
Punkterna a-c visar att
det i områden med hög
halt av kolväten (s.k.
NOx-limited) är mycket
mer effektivt att
begränsa NOx än VOC.
Att i läge a halvera
kolvätehalten ger en
marginell minskning av
ozonhalten (b), medan
en halvering av
kväveoxidhalten ger en
stor minskning (c).
Punkterna d-f visar att
där luften är rik på NOx
(s.k. VOC-limited) är
det mest effektivt att
sänka halten VOC.
Figur 3. Ozonhalter i luft som funktion av halten kväveoxid och kolväte (baserad på
Finlayson-Pitts BJ & Pitts JN, 1993. Atmospheric chemistry of tropospheric ozone formation,
Journal of the Air & Waste Management Association 43:1091-1100).
Hur utsläpp av kolväten påverkar bildandet av marknära ozon uttrycks ofta med en
VOC/NOx-kvot (se figur 3). Men egentligen beror effekten av en VOC-källa inte bara
på den totala mängden kolväten i luften utan också av kolvätenas reaktionsbenägenhet
med avseende på OH-radikaler [Sillman 1999]. Detta är högst relevant för terpenemissioner, eftersom terpener är ovanligt reaktiva [Altshuller 1983]. Det innebär att
terpener ger förhöjda värden av foto-oxidanter snabbare och inom kortare avstånd än
de flesta andra kolväten. Deras effekt blir stor i förhållande till deras koncentration i
luften. Figur 3 ger en bild av hur ett medel-VOC bidrar till ozonbildningen. Vill man
få en bättre uppfattning om hur terpenerna kommer att påverka luftkvaliteten i ett
specifikt fall så får man använda en modell. Några beprövade atmosfärskemi-modeller
som är allmänt tillgängliga är The Comprehensive Air quality Model (CAMx)
[ENVIRON 2005] och The Community Multi-scale Air Quality (CMAQ) modeling
system [CMAS 2007]. En tumregel är att eftersom monoterpener reagerar snabbt så
kan man vänta sig att de högsta halterna av foto-oxidanter bildas inom 5 timmar efter
det att utsläppet skett och inom ett avstånd av 50 km [Strömvall et al. 2000].
2.5 Lagar, förordningar och politiska mål
Det finns ännu inte regler för vad som är en tillåten koncentration av terpener i
utemiljön. Inte heller finns specifika regler för verksamheterna torkning eller
pelletering. Däremot finns normer för marknära ozon och för kvävedioxid. Dessa kan
vara bra att känna till vid bedömning av VOC-utsläpp eftersom VOC och kväveoxider
tillsammans bildar marknära ozon. För NMVOC (VOC förutom metan) finns ett mål
att Sveriges utsläpp ska ha minskat till 241 000 ton/år senast år 2010.
12
En sammanställning av miljötillstånden för träbearbetningsföretag i Värmland,
Dalarna och Gävleborgs län samt omkringliggande områden visade att det ställs krav
på att buller och stoft från anläggningarna inte får överskrida riktvärden och i
förekommande fall krävs också rening av torkkondensat [Granström, opublicerade
data]. Det förekom inga fall av gränsvärden för utsläpp av VOC, det närmaste var
formuleringen "verksamheten ska bedrivas så att diffus damning och emissioner av
flyktiga organiska ämnen (VOC) som kan medföra olägenhet för människors hälsa
och välbefinnande effektivt förhindras".
2.5.1 Miljöbalken
Alla har en skyldighet att följa bestämmelserna i miljöbalken samt de förordningar,
föreskrifter och andra beslut som har fattats med stöd av balken.
2.5.2 Miljökvalitetsnormer
För vissa luftföroreningar finns bindande miljökvalitetsnormer. Kommuner och
myndigheter ska iaktta dessa vid planering och planläggning och se till att de uppfylls
vid prövning av tillstånd och utövande av tillsyn. Av de flyktiga kolvätena omfattas
bensen av en miljökvalitetsnorm. Miljökvalitetsnormer för kvävedioxid, kväveoxider,
marknära ozon och bensen visas i tabell 2.
Tabell 2. Miljökvalitetsnormer för kvävedioxid, kväveoxid, ozon och bensen.
Luftförorening
Miljökvalitetsnorm
Deadline
Kvävedioxid (till
Tim-medelvärde: 90 µg/m3, får
Ska vara uppnådd 31
skydd för människors överskridas 175 ggr per år
dec 2005
hälsa)
Dygnsmedelvärde: 60 µg/m3, får
överskridas 7 ggr per år
Årsmedelvärde: 40 µg/m3
Kväveoxider (till
Årsmedelvärde: 30 µg/m3
Ska vara uppnådd 31
skydd för växtlighet)
dec 2005
Ozon (till skydd för
8 timmars medelvärde: 120 µg/m3
Ska eftersträvas efter
människors hälsa)
31 dec 2009
Ozon (till skydd för
Ska eftersträvas fr.o.m.
AOT40: 18 000 (µg/m3)×h
växtlighet)
1 jan 2010 t.o.m. 31
dec 2019
Ska eftersträvas efter
AOT40: 6 000 (µg/m3)×h
den 31 dec 2019.
Bensen (till skydd för Årsmedelvärde: 5 µg/m3
Ska vara uppnådd 1 jan
människors hälsa)
2010
2.5.3 Nationella miljömål
Ett av de nationella miljömålen är Frisk luft. Mål har satts upp för tre VOC: bensen,
eten och formaldehyd. Mål har också satts för kväveoxider och marknära ozon (se
tabell 3).
13
Tabell 3. Gällande mål och delmål för kvävedioxid, ozon, bensen, eten och formaldehyd.
Delmål till 2010
Mål till 2020
Kvävedioxid
Tim-medelvärde: 60 µg/m3, får
överskridas 175 ggr per år
Årsmedelvärde: 20 µg/m3
Ozon
8 timmars medelvärde: 120 µg/m3 8 timmars medelvärde: 70 µg/m3
Tim-medelvärde: 80 µg/m3
Årsmedelvärde: 50 µg/m3
Bensen
Årsmedelvärde: 0,1 ng/m3
Eten
Årsmedelvärde: 1 µg/m3
Formaldehyd
Tim-medelvärde: 10 µg/m3
2.5.4 CLRTAP/Göteborgsprotokollet
Konventionen om långväga gränsöverskridande luftföroreningar (the Convention on
Long-Range Transboundary Air Pollution (CLRTAP)) har ratificerats av nästan alla
europeiska länder samt Kanada och USA. Den har kompletterats med ett antal
protokoll med specifika krav på utsläppsminskningar. I VOC-protokollet som blev
klart år 1991 lovade de flesta länder att minska utsläppen av flyktiga organiska ämnen
med 30 procent till år 1999. I Protokollet om att minska försurning, övergödning och
marknära ozon (the 1999 Gothenburg Protocol to abate acidification, eutrophication
and ground-level ozone), vanligen kallat Göteborgsprotokollet, sätts nationella tak för
svavel, kväveoxider, kolväten VOCs och ammoniak. Dessa utsläppstak ska uppnås till
år 2010. Europas utsläpp av VOCs (utom metan som inte räknas in) ska minska med
40% jämfört med 1990. För Sveriges del innebär detta att Sveriges utsläpp av
NMVOC får vara högst 241 tusen ton årligen, att jämföra med 526 tusen ton år 1990.
Göteborgsprotokollet sätter också utsläppstak för en del stationära VOC-källor, dock
inte träbearbetning (det mest närliggande är träimpregnering).
2.5.5 NEC-direktivet (Directive 2001/81/EC)
Nationella utsläppstak (National Emission Ceilings (NECs)) för de ämnen som tas
upp i Göteborgsprotokollet antogs som ett direktiv inom EU år 2001. Det heter
Directive 2001/81/EC on national emission ceilings for certain atmospheric
pollutants, men kallas ofta NEC-direktivet. Målsättningarna skiljer sig inte påfallande
från Göteborgsprotokollets; Sveriges utsläpp av NMVOC ska även här minska till
högst 241 tusen ton årligen senast år 2010 [EU 2001].
2.5.6 Hygieniska gränsvärden
Hygieniska gränsvärden anger högsta godtagbara halt av luftförorening i
inandningsluften. Luftföroreningen kan vara ett ämne eller en blandning av ämnen.
Ett hygieniskt gränsvärde är antingen ett nivågränsvärde (NGV) eller ett takgränsvärde
(TGV). Nivågränsvärdet gäller exponeringen under en arbetsdag och takgränsvärdet
gäller exponeringen under en period av 15 minuter [Arbetsmiljöverket 2005].
Arbetsskyddsstyrelsen har satt nivågränsvärde och takgränsvärde för monoterpener
och för terpentin. Hygieniska gränsvärden för monoterpener och terpentin för
Sverige, övriga Skandinavien och USA, är samlade i tabell 4. De flesta länder har
enbart gränsvärden för terpentin.
Studier om skadliga effekter på människor av monoterpener gäller främst samtidig
exponering för flera olika monoterpener. Detta gäller i sågverk och vid kontakt med
14
terpentin. Experiment med exponering för terpener i exponerings-kammare har inte
visat på några akuta toxikologiska effekter [Falk et al. 1990; Falk et al. 1991].
Arbetsrelaterad terpenexponering har rapporterats ge irritation i andnings-organen vid
koncentrationer på 100-200 mg/m3 [Levin 1994]. Detta har tillskrivits dammpartiklar
[Dahlqvist et al. 1996], terpener eller mikro-organismer [Dahlqvist et al. 1994],
oxiderade terpener (terpener som oxiderats vid träbearbetningen), och terpener som
når lungorna via adsorption på dammpartiklar [Malmberg et al. 1996]. Vid en del
träbearbetningsprocesser, som trumtorkning, sågning och tillverkning av pellets från
otorkat sågspån, kan koncentrationen av terpener i luft komma nära det hygieniska
gränsvärdet på 25 ppm [Granström 2007].
Tabell 4. Hygieniska gränsvärden för terpener och terpentin. Observera att i de fall både
terpener och terpentin har gränsvärden så gäller samma värde för terpentin som för de
individuella terpenerna. NGV = nivågränsvärde (baserat på en åttatimmars arbetsdag).
TGV = takgränsvärde (baserat på exponering under 15 minuter). 1 ppm = 5, 6 mg/m3.
Land
Organisation
Ämne
Gränsvärde (ppm) Referens
Sverige
Arbetsmiljöverket
[Arbetsmiljöverket
Terpentin, α-pinen, NGV 25 ppm
TGV 50 ppm
2005]
β-pinen, 3-karen,
limonen
Norge
Arbeidstilsynet
[Arbeidstilsynet 2008]
Terpentin, α-pinen, NGV 25 ppm
β-pinen, 3-karen,
limonen
Danmark Arbejdstilsynet
Terpentin, terpener NGV 25 ppm
[Arbejdstilsynet 2008]
Finland
Sosiaali Ja
Terpentin,
NGV 25 ppm
[SosiaaliJaTerveysminis
Terveysministeriö
(-)-limonen
TGV 50 ppm
teriö 2007]
USA
Occupational Safety Terpentin, α-pinen, NGV 100 ppm
[OSHA 2007]
and Health
β-pinen, 3-karen
Administration
(OSHA)
USA
American
[ACGIH 2006]
Terpentin, α-pinen, NGV 20 ppm
Conference of
β-pinen, 3-karen
Governmental
Industrial Hygienists
(ACGIH)
2.5.7 MACT-initiativet
USA har reglerat utsläpp av metanol, formaldehyd, acetaldehyd, propionaldehyd, fenol
och akrolein med det så kallade MACT-initiativet (Plywood and Composite Wood
Products (PCWP) MACT (Maximum Achievable Control Technologies), or the
National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants (NESHAP) for Plywood
and Composite Wood Products (PCWP) Manufacturing Facilities). Det omfattar
bland annat verksamheterna torkning och pressning av trä.
Metanol och aldehyder bildas vid termisk nedbrytning av trä, men utsläppen är inte
alls lika stora som emissionerna av terpener från barrträ. Att analysera alla dessa
ämnen är komplicerat (se standarden NCASI Method IM/CAN/WP-99.02).
15
3
PRINCIPER FÖR ATT BERÄKNA MÄNGDEN UTSLÄPPT ÄMNE
En uppskattning av utsläppsmängder behövs vid tillståndsgivning. Utsläppskrav och
krav på installation av reningsutrustning m.m. fastställs individuellt för olika
anläggningar. De källor till information om en anläggnings utsläpp som finns kan
rangordnas (med den bästa först) som:
1) Data från anläggningen under drift
2) Publicerade typvärden
3) Materialbalanser
Data från anläggningen är mest tillförlitligt eftersom det ger värden som är sanna för
den specifika utrustningen och driftsförhållandena.
Litteraturvärden är vanligen medelvärden tagna från flera olika anläggningar och ger
då ett ungefärligt medelvärde för branschen.
En materialbalans (ingående – utgående = utsläpp) bygger på antagandet att det som
inte finns kvar i produkten har avgått.
Det finns två varianter att räkna på: verkliga utsläpp och potentiella utsläpp. Verkliga
utsläpp beräknas som mängden emissioner per år under faktisk drift. Potentiella
utsläpp är den mängd emissioner som skulle ha skett om anläggningen producerade
maximalt under hela året.
16
4
ANTROPOGENA VOC-EMISSIONER FRÅN TRÄBEARBETNING
Varje steg i bearbetningen av trä till produkter innebär avgång av terpener. Den totala
mängden som släppts ut från en fabrik är det som vanligen regleras vid ansökan om
att starta eller utöka produktionen. Detta är därmed den viktigaste parametern för
både tillverkare och handläggare.
4.1 Lagring
Ju mer finfördelat träet är vid lagring, desto snabbare avgår dess terpener. Vid öppen
lagring av sågspån i rumstemperatur kan 90% av terpenerna försvinna inom två
veckor [Granström, opublicerade data]. En tysk studie har visat en emissionsminskning med 75% efter 4 månaders friluftslagring av träflis [Marutzky 1978].
Undersökningar av massaved har visat att utbytet av terpentin från gran och tall är
23% lägre när flis används jämfört med hela träd [Strömvall 2006].
4.2 Barkning och sågning
Barkning i trumma av gran ger terpenemissioner på i genomsnitt 53 gram per m3
producerad flis [Svedberg et al. 1995]. I produktionshallen på ett sågverk har de
genomsnittliga emissionerna av terpener mätts till 153 gram per m3 brädor vid sågning
av tall och 25 gram per m3 brädor vid sågning av gran [Svedberg et al. 1995]. En annan
studie fann att sågning av gran gav i medeltal 11 gram per m3 brädor vintertid och 22
gram per m3 brädor sommartid, och sågning av tall gav 100 gram per m3 brädor
vintertid och 155 gram per m3 brädor sommartid [Welling et al. 2001]. Räknat på
rådata ger dessa studier ett medel på 18 gram terpener per m3 sågade brädor för gran
och 133 gram per m3 brädor för tall.
4.2.1 Beräkning av terpenutsläpp från ett sågverk med barkning och sågning
Med data från [Svedberg et al. 1995] blir terpenemissionerna från ett sågverk som
producerar 100000 m3 brädor årligen:
för gran: 1,4 ton från barkning och 2,5 ton från sågning
för tall: 8 ton från av barkning och 15 ton från sågning
4.3 Torkning av brädor
Gran och tall avsett som byggnadsmaterial torkas vanligen till en fukthalt på 15% och
möbelträ torkas till cirka 10%.
Emissioner från torkning av barrträ består av terpener och termiska nedbrytningsprodukter, främst metanol, myrsyra, ättiksyra, formaldehyd och acetaldehyd [Milota
2006]. Uppmätta emissioner finns i tabell 5.
17
Tabell 5. Emissioner från torkning av brädor. Träslagens engelska namn inom
citationstecken.
Träslag
Tmax
Monoterpener Andra VOC Referens
(°C)
(mg/kg TS)
(mg/kg TS)
Douglasgran
Kommersiell 315
870
[Lavery et al. 2000]
”Douglas-fir”
tork
Gran
60-66
<50
<10
[Broege et al. 1996]
”Norway spruce”
Ponderosatall
Kommersiell 1590
2210
[Lavery et al. 2001]
”Ponderosa pine” tork
Radiatatall
120-140
120-200
110-180
[McDonald et al. 1995]
”Radiata pine”
Tall
65
210-380
10-50
[Broege et al. 1996]
”Scots pine”
4.3.1 Beräkning av terpenutsläpp från en brädtork
Med data från tabell 5 skulle ett sågverk som torkar 100 000 m3 brädor årligen i
en lågtemperaturtork utan rening ge följande utsläpp:
För gran: upp till 2 ton monoterpener och upp till 0,4 ton övriga VOC
För tall: upp till 14 ton monoterpener och upp till 2 ton övriga VOC
4.4 Torkning av sågspån
Färskt spån innehåller ca 50-55% vatten och torkas till 8%-12% fukthalt innan
pelletering [Olsson 2001]. Flis och spån torkas vanligen i högre temperaturer än vad
som används för brädor. Det är inte ovanligt att rökgas med temperaturer på 450600°C används som torkmedium. Då kommer mängden termiska nedbrytningsprodukter att öka och terpenerna att blandas med förbränningsgaser som kväveoxider.
Val av slutfukthalt (d.v.s. hur mycket träet torkas) och vilken torktyp som används
påverkar hur mycket terpener som avgår [Banerjee et al. 1998; Englund et al. 2000;
Danielsson et al. 2002; Granström 2003b; Ståhl et al. 2004]. I rökgastorkar kan små
träspån övertorkas och ge oproportionerligt stor avgång av termiska nedbrytningsprodukter, och emissionerna ökar med ingångstemperaturen [Banerjee et al. 2006].
Spån från lövträd används vanligen inte idag inom pelletsproduktion. De avger enbart
termiska nedbrytningsprodukter vid torkning. Mängden avgivna VOC blir därför låg,
cirka 150 mg per kg TS vid torkning till 10% fukthalt [Granström et al. 2008].
Mätningar av terpenkoncentrationer i torkgas (tabell 6) har visat att emissioner från
kommersiell torkning av ospecificerade sågspån är 400-800 mg/kg TS (baserat på data
från [Nyrén 1992; Münter et al. 1999; Ek et al. 2000].
Tabell 6. Emissioner från torkning av sågspån och flis, i industriell skala eller under liknande
förhållanden. – betyder att information saknas. Tmax=maximal temperatur hos torkmediet.
Träslag /
Tmax
Monoterpener Andra VOC Referens
Torkmedium
(°C)
(mg/kg TS)
(mg/kg TS)
Gran / recirkulation
140-200 max 250
max 150
[Granström 2003a]
– / delvis recirkulation 370-460 500
100
[Nyrén 1992]
– / rökgas
550-600 505-865
356-768
[Münter et al. 1999]
– / rökgas
450-500 440
[Ek et al. 2000]
18
4.4.1 Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på uppmätta
utsläppsdata
Med användande av uppmätta utsläppsdata från tabell 6 skulle en medelstor
pelletsproducent som torkar ospecificerat sågspån för produktion av 50 000 ton
pellets årligen, ge upphov till emissioner från torken på cirka 20-40 ton terpener
och 5-36 ton övriga VOC årligen. Används enbart gran blir emissionerna 12 ton
monoterpener och 7 ton övriga VOC.
Mätningar av terpen-innehåll i trä före och efter torkning har visat att kommersiellt
använt otorkat sågspån har ett terpeninnehåll på 1-4 g/kg TS, av vilket 50-80% avgår
under torkning [Marutzky 1978; Ståhl et al. 2004].
4.4.2 Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på terpeninnehållet i
spånen före och efter torkning
Utgående från terpeninnehåll före och efter torkning skulle en medelstor
pelletsproducent som torkar sågspån för produktion av 50 000 ton pellets årligen
få emissioner från torken enligt följande:
Halt terpener i spån (g/kg TS)
Mängd terpener som avgår (ton)
1
24-40
2
50-75
4
100-150
Beräkningar av terpenmängder baserade på data mätt i kommersiella torkars utgående
torkgas ger liknande värden som beräkningar av terpenmängder baserade på avgång ur
trä för spån med lågt terpeninnehåll. Detta kan bero på att de undersökta torkarna
använt gran eller torkat spån som lagrats, men troligare är det en effekt av läckage av
terpener från torken eller på att en del terpener förstörs i processen. Där en del av
torkgasen återcirkuleras förloras terpener sannolikt genom termisk destruktion.
4.5 Pelletering
Terpenhalten i torkat sågspån från svenska pelletstillverkare har mätts till 0,3-1,1 g per
kg TS. Vid pelleteringen avgår 70-95% av den mängd terpener som finns kvar i det
torkade spånet [Ståhl et al. 2004]. Följdriktigt ger sågspån med högt terpeninnehåll
höga emissioner under pelletering (se figur 4).
4.5.1 Beräkning av mängden terpener som avgår vid pressning till pellets
Utgående från data i figur 4, skulle en pelletsproduktion på 50 000 ton ge
upphov till 10-50 ton terpener, främst beroende på om spånets terpenhalt är låg
eller hög.
19
Terpenavgång vid
pelletering (g/kgTS)
Terpenavgång vid
torkning (g/kgTS)
1,2
4,0
A
3,0
0,8
A
2,0
C
D
B
0,4
C
1,0
E
G
D
0,0
0,0
G
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0,0
0,4
0,8
1,2
Terpener i torkat sågspån (g/kgTS)
Terpener i otorkat sågspån (g/kgTS)
Figur 4. Terpenmängd som avgår vid torkning och pelletering, relaterat till terpenmängden
i spånen före respektive efter torkning [Granström 2005] baserat till stor del på [Ståhl et
al. 2004]. A-G är olika svenska pelletsproducenter.
4.6 Terpener från tork och pelletspress i samma anläggning
Efter att sågspånet har torkats och pelleterats har nästan alla flyktiga terpener avgått.
Att använda spån med högre fukthalt, och därmed mer kvarvarande terpener, ger lägre
emissioner vid pelletspressen med ökade emissioner vid torken.
Kommersiellt sågat otorkat färskt spån har en monoterpenhalt på 1-4 g/kg TS
[Marutzky 1978; Ståhl et al. 2004]. I trumtorkar avgår ca 80% av träets terpenmängd, i
ångtorkar 50-70% (baserat på [Englund et al. 2000; Ståhl et al. 2004]. Vid pelleteringen
avgår 70-95% av den mängd terpener som finns kvar i det torkade spånet.
Sammanlagt avgår 95-99% [Ståhl et al. 2004].
4.6.1 Beräkning av mängden terpener som avgår för olika torktyper vid både
torkning och pelletering
En medelstor pellets-producent med produktion på 50 000 ton/år, som
använder ordinärt sågspån med 2 g terpener/kg TS, skulle med en trumtork utan
återcirkulation få terpenutsläpp på 80 ton från torken och 20 ton från
pelletspressen. Med en ångtork skulle utsläppen bli 60 ton från torken och 40
ton vid pressen.
20
5
JÄMFÖRELSE MED NATURLIGA VOC-UTSLÄPP
Träd emitterar monoterpener, isopren och karbonyler. Barrskog domineras av terpenavgivande träd. Mängden monoterpener som avgår naturligt från skog i Sverige har
uppskattats till 0,4 Mton per år [Janson 1992a]. Som jämförelse antas skogsbruket
orsaka monoterpen-utsläpp på 0,1 Mton per år och skogsindustrin 0,05 Mton per år
[Strömvall et al. 2000].
Mängden monoterpener som avgår naturligt från skog i Europa har uppskattats till 3,8
Mton per år [Simpson et al. 1999]. Den totala avgången av flyktiga kolväten
(monoterpener, isopren, och andra VOC) från Europas skogar tros vara cirka 14 Mton
per år, att jämföra med de uppskattade antropogena VOC-utsläppen på 24 Mton per
år [Simpson et al. 1999].
Beräkningar av mängden monoterpener som avgår naturligt globalt, gjorda efter år
1990, ligger inom intervallet 127 till 147 Mton C per år [Kesselmeier et al. 1999].
Siffrorna är osäkrare för beräkningar av total mängd lättflyktiga kolväten, men globalt
sett kan vegetation avge 1,2 Gton C per år, vilket är ungefär lika mycket som de
globala utsläppen av metan [Fuentes et al. 2001].
I blandskog är koncentrationen av terpener dagtid ungefär 1 µg/m3 (Rinne et al.,
2000b). I tallskog kan halten i luften bli upp mot 3 µg/m3 dagtid [Janson 1992b; Rinne
et al. 2000] och 50 µg/m3 nattetid (Janson, 1992).
Koncentrationen av terpener i emissionsplymer från barkning, sågning och torkning är
10-1000 gånger högre än bakgrundsnivån i en barrskog [Granström 2007]. Jämförs
detta med betande djur, där 10% skadad skog ger en dubblering av luftens terpenhalt
(vilket räcker för att öka den lokala produktionen av marknära ozon) [Litvak et al.
1999], så står det klart att antropogena aktiviteter ger större fluktuationer är den
naturliga variationen.
21
6
SLUTSATSER
6.1 Angivande av typiska utsläppsnivåer för kolväten från torkoch pelleteringsanläggningar i olika storleksklasser.
Beräknade utsläppsmängder för barkning, sågning och torkning av gran och tall för ett
sågverk som tillverkar 100 000 kubikmeter brädor årligen har sammanställts i tabell 7.
De lägre värdena gäller för gran, och de högre för tall. Sågning och brädtorkning
verkar vara lika viktiga processer utsläppsmässigt.
Tabell 7. VOC-utsläpp från ett modell-sågverk som producerar 100 000 m3 brädor/år.
– betyder att information saknas, men termisk nedbrytning bör knappast ske vid de
temperaturer som träet har vid barkning och sågning.
Process
Monoterpener (ton) Andra VOC (ton)
Barkning
1-8
–
Sågning
2-13
–
Brädtorkning
2-14
0,4-2
Beräknade utsläppsmängder för spåntorkning och pelletering för en pelletsproducent
som tillverkar 50 000 ton årligen har sammanställts i tabell 8. Utsläppen vid
spåntorkning kan vara av samma storleksordning som utsläppen från pelleteringen,
men torkningen kan också ge betydligt större emissioner.
Tabell 8. VOC-utsläpp från en modell-pelletsfabrik som producerar 50 000 ton pellets per
år. – betyder att information saknas.
Process
Monoterpener (ton) Andra VOC (ton)
Spåntorkning (anläggningsdata)
20-40
5-36
Spåntorkning (materialbalans)
24-150
–
Pelletspressning
10-50
–
6.2 Hur olika produktionsmetoder och råvaror skiljer sig åt med
avseende på mängden kolväten som avgår, och förslag på hur
kolväteutsläpp från träbränsleindustrin kan minskas vid behov
Utsläppen från en process beror översiktligt sett på de ingående råvarorna, processens
utformning, och rening av utgående flöden. Vad gäller framställningen av
träbränslepellets är råvaran träspån, vars innehåll av terpener beror på träsort och
lagringstid. Processen torkning får terpener att avgå ur träspånet, och termiska
nedbrytningsprodukter att bildas, i en grad som varierar för olika torktyper och
torkparametrar. Processen pelletering får terpener att avgå i en mängd som främst
beror på terpeninnehållet i råvaran. Det finns ett antal olika tekniker för att rena
luftflöden från VOC.
6.2.1 Råvara
Det är stora skillnader i terpenmängd för olika sågspån. Sågspån som använts för
pelletstillverkning har funnits variera i terpenmängd med en faktor 4. I färskt sågspån
beror terpenmängden framför allt på trädslag och lagringstid.
22
Att blanda upp tallspån med granspån eller lövträspån är ett sätt att minska VOCutsläppen. Med tanke på att flyktiga ämnen avgår under lagring kan användning av
lagrat spån vara ett sätt att undvika punktutsläpp vid en tork eller en pelletspress. Spån
lagras ofta redan idag i tre månader före pelletering för att det ska få mogna, d.v.s.
fettoxidationsfasen ska vara över.
6.2.2 Torkning
Vad gäller torkning av spån så spelar torkteknik och val av slutfukthalt en viktig roll.
Att övertorka sågspån (till mer än ca 10% fukthalt) ger starkt ökade VOC-utsläpp.
Skillnaden mellan olika torktyper är betydande. Ångtorkningsteknik är skonsammare
än rökgastorkning. Skillnaden kan för en medelstor pelletsproducent vara så stor som
20 ton VOC på årsbasis.
Det bör påpekas att om det görs ett val att minska emissionerna från torken genom
skonsammare hantering, så kommer mer terpener att finnas kvar i spånen och avgå
vid pelleteringen istället. Termiska nedbrytningsprodukter däremot bildas vid själva
torkningen, så vad gäller dem finns ingen konflikt mellan låga utsläpp vid torken och
låga utsläpp vid pelleteringen.
6.2.3 Pelletering
Hur mycket VOC som avgår vid pelleteringen beror på hur mycket som finns i det
spån som pelleteras. En produkt som träpellets är slutresultatet av en lång kedja
processer, som sågning, flisning, lagring och torkning. Hur vart och ett av dessa steg
utförs påverkar utsläppen i senare produktionssteg. Mätningar på torkat spån från
olika pelletstillverkare har visat att högterpenspån kan ha fyra gånger högre terpenhalt
än lågterpenspån.
6.2.4 Rening
En sammanställning av kommersiellt tillgängliga och väl etablerade reningstekniker för
emissioner av VOCs i luftflöden från stationära källor kan ses i tabell 9. De kan delas
upp i metoder som bryter ner kolvätena och metoder som samlar upp dem. Metoder
för att sönderdela kolvätena omfattar förbränning, katalytisk nedbrytning, och
biofiltrering. Metoder för uppsamling är adsorption, absorption, kondensation, och
membranseparering.
Både förbränning och katalytisk nedbrytning handlar om att oxidera kolvätena till
koldioxid och vatten. Förbränning (också kallat termisk nedbrytning) är effektivt men
ger upphov till andra luftföroreningar, främst kväveoxider och kolmonoxid. Används
förbränning som reningsmetod bör energin tas till vara, vilket också minskar
kostnaderna för metoden. Katalytisk nedbrytning kräver ungefär hälften så hög
temperatur som termisk nedbrytning. Vid katalytisk nedbrytning måste ämnen som
stör katalysatorn undvikas, som halogenerade kolväten, svavel, kisel och fosfor. Vid
biofiltrering används mikroorganismer för att bryta ner kolvätena.
Adsorption på aktivt kol är effektivt för små mängder av VOC, men ett problem är att
processen störs av vattenånga. Adsorberade VOC kan avångas och tas till vara eller
förstöras (metoden fungerar då främst som en koncentrationshöjare). Absorberade
VOC kan återvinnas genom destillation, men det görs enbart för ämnen med ett
23
betydande marknadsvärde. Vid kondensation används en värmeväxlare för att kyla ett
luftflöde så att flyktiga gaser går över i vätskefas och kan samlas upp. Beroende på
typen av VOC och vilka krav på rening som finns så kan det kylande mediet vara
vatten, saltlösning, eller flytande kväve. Vid membranseparering leds den förorenade
luften förbi selektiva membran som är lufttäta men släpper igenom VOC.
Tabell 9. Tillgängliga tekniker att rena luftflöden från VOC [UNECE 1991].
Effektivitet: Hög >95%; Medium 80-95%; Låg <80%. Kostnad: Hög >500 ECU per ton
VOC; Medium 150-500 ECU per ton VOC; Låg <150 ECU per ton VOC.
Teknik
Låg koncentration
Hög koncentration
Användning
<3 g/m3 (ofta <1g/m3)
>5g/m3
Effektivitet Kostnad
Effektivitet Kostnad
Förbränning**
Hög
Hög
Hög
Medium
Höga VOCkoncentrationer
Katalytisk
Hög
Medium
Medium
Medium
Speciella fall,
nedbrytning**
låga VOCkoncentrationer
Biofiltrering
Medium till Låg
Låg ***
Låg
Mest för låga
Låg
koncentrationer
Adsorption*
Hög
Hög
Medium
Medium
Låga VOC(kolfilter)
koncentrationer
Absorption
Hög
Medium
Höga VOC(gastvätt)
koncentrationer
Kondensation* Medium
Låg
Speciella fall,
höga VOCkoncentrationer
* Kan kombineras med återvinning av lösningsmedel, vilket minskar kostnaderna.
** Återvinning av energin kan reducera kostnaderna väsentligt.
*** Med buffrande filter kan utsläppstoppar utjämnas, vilket gör att medium till hög
effektivitet kan uppnås till en kostnad som är medium till låg.
Används ångtorkningsteknik kommer det mesta av de organiska ämnena att finnas i
kondensatet istället för i luften. Rökgaser kan återcirkuleras, då kondenseras en del
fukt av och torkgasen leds sedan till förbränningskammaren där den värms på nytt och
en del organiska ämnen kan förbrännas. I dessa fall kan kondensatet behöva renas
men utsläppen till luft blir låga. För biobränsletorkar har förbränning rekommenderats
som reningsmetod [Nielsen et al. 2000]. Att pelletspressar inte har lika väldefinierade
utlopp kan försvåra rening av emissioner från pressarna.
Vad som i Sverige anses som en rimlig kostnad för minskade VOC-utsläpp har
bedömts av Miljööverdomstolen, som i en dom meddelad den 5 april 2000 i mål
M 8010-99 (DM 17) fann att 50-100 kr per kg reducerat VOC är en skälig kostnad
[Rosenqvist et al. 2007].
6.3 Bedömning av antropogena utsläpps betydelse jämfört med de
naturliga emissionerna av terpener från barrskog.
För svenska förhållanden gäller att de naturliga utsläppen av monoterpener är cirka
400 000 ton per år, skogsbruket orsakar utsläpp på cirka 100 000 ton, skogsindustrin
står för 50 000 ton och pelletsindustrin bidrar med 1 500 ton årligen räknat på 2007
års produktion.
24
Vad gäller ozonbildning är luftens koncentration av VOC viktigare än den totala
utsläppsmängden. Koncentrationen av terpener i emissionsplymer från antropogena
verksamheter är 10-1000 gånger högre än bakgrundsnivån i en barrskog. Det räcker
för att öka den lokala produktionen av marknära ozon. Hur mycket en ökad
kolvätekoncentration påverkar ozonbildningen beror på hur mycket kväveoxid som
också finns i luften (se figur 3).
25
7
ORDLISTA
Fukthalt = Ett bränsles vatteninnehåll i förhållande till bränslets vikt. Fukthalt anges i
procent.
Fuktkvot = Ett bränsles vatteninnehåll i förhållande till bränslets torra vikt
(torrsubstans, TS). Fuktkvoten anges i procent.
Justerverk = en anläggning i ett sågverk för justering av virke.
Kutterspån = Spån från hyvlade torra produkter.
Kärnved = den inre delen av en trädstam. Kärnveden består av döda celler och deltar
inte i trädets vattentransport.
NMVOC = VOC förutom metan (från engelskans non-Methane VOC).
Splintved = den yttre delen av en trädstam, mellan bark och kärnved. I splintveden
transporteras vatten och mineraler från rot till blad.
Terpener = en grupp kolväten med den kemiska formeln (C5H8)n
Torrsubstans (TS) = Bränslets vikt sedan vatten torkats av. Mäts genom vägning av
bränslet efter torkning i 103 ˚C i minst 24 timmar.
VOC = Volatile Organic Compounds = flyktiga kolväten.
26
8
TACK
Projektet har finansierats inom Energimyndighetens forsknings- och
utvecklingsprogram, Uthållig tillförsel och förädling av biobränsle, delområdet
Strategisk kunskap.
27
9
BERÄKNINGAR
9.1 Beräkning av terpenutsläpp från ett sågverk med barkning och
sågning
9.1.1 Barkning
Sågning av 100 000 m3 virke antas ge 26 000 m3 sågspån, och barkning av tall antas ge
6 gånger mer emissioner än barkning av gran.
Terpenavgång för gran (g) = 53 g/m3 × 26000 m3
Terpenavgång för tall (g) = 53 × 6 g/m3 × 26000 m3
9.1.2 Sågning
Terpenavgång för gran (g) = 18 g/m3 × 100000 m3 brädor
Terpenavgång för tall (g) = 133 g/m3 × 100000 m3 brädor
9.2 Beräkning av terpenutsläpp från en brädtork
Terpenutsläpp = 100 000 m3 brädor × 415 kg TS/m3 brädor × X ton terpener/ton TS
Trävikten är cirka 395 kg TS/m3 för otorkade brädor och 415 kg TS/m3 för brädor
torkade till 16% fukthalt.
9.3 Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på
uppmätta utsläppsdata
Terpenutsläpp = 50 000 ton pellets × (1-0,06) kgTS/kgpellets × X kg terpener/ton TS
Pelletsen antas ha 6% fukthalt.
9.4 Beräkning av utsläppsmängd från spåntork baserad på
terpeninnehållet i spånen före och efter torkning
Terpenutsläpp = pelletsmängd × pelletsens torrhalt kgTS/kg pellets × terpeninnehåll i
spån × avgång under torkning
Terpenutsläpp min = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 1g/kg × 50% = 24 ton
Terpenutsläpp max = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 4g/kg × 80% = 150 ton
Pelletsen antas ha 6% fukthalt.
28
9.5 Beräkning av mängden terpener som avgår vid pressing till
pellets
Terpenutsläpp = pelletsmängd × pelletsens torrhalt kgTS/kg pellets × terpeninnehåll i
torkat spån × avgång under pelletering
Terpenutsläpp min = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 0,3g/kg × 70% = 10 ton
Terpenutsläpp max = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 1,1g/kg × 95% = 49 ton
Pelletsen antas ha 6% fukthalt.
9.6 Beräkning av mängden terpener som avgår för olika torktyper
vid både torkning och pelletering
Terpenutsläpp från tork = pelletsmängd × pelletsens torrhalt kgTS/kg pellets ×
terpeninnehåll i spån × avgång under torkning
Terpenutsläpp trumtork = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 2g/kg TS × 80% =
75 ton
Terpenutsläpp ångtork = 50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 2g/kg × 60% = 56
ton
Terpenutsläpp från pelletspress = (50 000 ton × (1-0,06) kgTS/kgpellets × 2 g/kg TS )
- terpenutsläpp från tork
Pelletsen antas ha 6% fukthalt.
29
10.
REFERENSER
ACGIH (2006) Threshold limit values and biological exposure indices. Publisher:
American Conference of Governmental Industrial Hygienists.
http://www.acgih.org (Accessed Oct 2007).
Altshuller AP (1983) Review: natural volatile organic substances and their effect on air
quality in the United States. Atmospheric Environment Part a-General Topics
17(11):2131-2165.
Arbeidstilsynet (2008) Veiledning om administrative normer for forurensning i
arbeidsatmosfære (eng: Guide to occupational exposure limits). Publisher:
Arbeidstilsynet (eng: the Norwegian labour inspection authority).
http://www.arbeidstilsynet.no/c26983/artikkel/vis.html?tid=28880#13
(Accessed Oct 2008). Last Update Nov 2007.
Arbejdstilsynet (2008) Grænseværdier for stoffer og materialer (eng: OELs for drugs
and compounds). Publisher: Arbejdstilsynet (eng: the Danish working
environment authority). http://www.at.dk/graphics/at/04-Regler/05-Atvejledninger/C-vejledninger/C-0-1-Graensevaerdilisten/C-0-1Graensevaerdilisten-2007.pdf (Accessed Oct 2008). Last Update Aug 2007.
Arbetsmiljöverket (2005) Hygieniska gränsvärden och åtgärder mot luftföroreningar
(eng: Occupational exposure limits and air pollution reduction). Publisher:
Arbetsmiljöverket (eng: the Swedish work environment authority).
http://www.av.se/dokument/afs/afs2005_17.pdf (Accessed oct 2008). Last
Update 2007-05-24.
Back EL (2002) Pattern of parenchyma and canal resin composition in softwoods and
hardwoods. Journal of Wood Science 48(3):167-170.
Banerjee S, Pendyala K, Buchanan M, Yang RM, Abu-Daabes M, Otwell LPE (2006)
Process-based control of HAPs emissions from drying wood flakes. Environ.
Sci. Tech. 40(7):2438-2441.
Banerjee S, Su W, Wild MP, Otwell LP, Hittmeier ME, Nichols KM (1998) Wet line
extension reduces VOCs from softwood drying. Environ. Sci. Tech.
32(9):1303-1307.
Broege K, Aehlig K, Scheithauer M (1996) Emissionen aus Schnittholztrocknern.
Institut fur Holztechnologie Dresden.
Calogirou A, Larsen BR, Kotzias D (1999) Gas-phase terpene oxidation products: a
review. Atmospheric Environment 33(9):1423-1439.
CMAS (2007) The Community Multi-scale Air Quality (CMAQ) modeling system.
version 4.7. http://www.cmaq-model.org/. (CMAQ is an open-source project
of the U.S. EPA, supported and distributed by the Community Modeling and
Analysis System (CMAS) center at the University of North Carolina, USA).
Dahlqvist M, Palmberg L, Malmberg P, Sundblad BM, Ulfvarson U, Zhiping W (1996)
Acute effects of exposure to air contaminants in a sawmill on healthy
volunteers. Occupational and Environmental Medicine 53(9):586-590.
Dahlqvist M, Ulfvarson U (1994) Acute effects on forced expiratory volume in one
second and longitudinal change in pulmonary-function among wood trimmers.
American Journal of Industrial Medicine 25(4):551-558.
Danielsson S, Rasmuson A (2002) The influence of drying medium, temperature, and
time on the release of monoterpenes during convective drying of wood chips.
Drying Technology 20(7):1427-1444.
30
Ek M, Boström C-Å, Ljungqvist P, Nilvebrant N-O (2000) Rening och kemisk
karakterisering av kondensat och torkgaser från torkning av biobränsle (In
swedish with english summary). Värmeforsk, 683, Stockholm, Sweden.
Englund F, Nussbaum RM (2000) Monoterpenes in Scots pine and Norway spruce
and their emission during kiln drying. Holzforschung 54(5):449-456.
ENVIRON (2005) The Comprehensive Air quality Model (CAMx). version 4.50.
http://www.camx.com. (CAMx is a publicly available open-source computer
modeling system for the integrated assessment of gaseous and particulate air
pollution).
EU (2001) Directive 2001/81/EC on National Emission Ceilings for certain
atmospheric pollutants. Publisher: Eur-Lex.
http://europa.eu/scadplus/leg/en/lvb/l28095.htm (Accessed Dec 2008).
Falk A, Gullstrand E, Lof A, Wigaeushjelm E (1990) Liquid Air Partition-Coefficients
of 4 Terpenes. Br. J. Ind. Med. 47(1):62-64.
Falk A, Lof A, Hagberg M, Hjelm EW, Wang ZP (1991) Human Exposure to 3Carene by Inhalation - Toxicokinetics, Effects on Pulmonary-Function and
Occurrence of Irritative and Cns-Symptoms. Toxicology and Applied
Pharmacology 110(2):198-205.
Fuentes JD, Hayden BP, Garstang M, Lerdau M, Fitzjarrald D, Baldocchi DD,
Monson R, Lamb B, Geron C (2001) New Directions: VOCs and biosphereatmosphere feedbacks. Atmospheric Environment 35(1):189-191.
Gershenzon J, Croteau R (1991) Terpenoids.In: Herbivores - their interactions with
secondary plant metabolites. p. 165-219. Rosenthal GA, Berenbaum MR
(Eds.). Academic press, San Diago.
Granström K (2003a) Emissions of monoterpenes and VOCs during drying of
sawdust in a spouted bed. Forest Products Journal 53(10):48-55.
Granström KM (2003b) Emissions of monoterpenes and VOCs during drying of
sawdust in a spouted bed. For. Prod. J. 53(10):48-55.
Granström KM (2005) Emissions of volatile organic compounds from wood. Ph.D.
Thesis. Karlstad University. Dep. of Energy, Environmental and Building
Technology. Karlstad, Sweden.
Granström KM (2007). Wood processing as a source of terpene emissions compared
to natural sources. Air Pollution 2007 – the 15:th International Conference on
Modelling, Monitoring and Management of Air Pollution, 23-25 April, Algarve,
Portugal, WIT.
Granström KM, Månsson B (2008) Volatile organic compounds emitted from
hardwood drying as a function of processing parameters. International Journal
of Environmental Science and Technology 5(2):141-148.
Hedenstierna G, Alexandersson R, Wimander K, Rosen G (1983) Exposure to
terpenes - Effects on pulmonary-function. International Archives of
Occupational and Environmental Health 51(3):191-198.
Hilker M, Kobs C, Varma M, Schrank K (2002) Insect egg deposition induces Pinus
sylvestris to attract egg parasitoids. J. Exp. Biol. 205(4):455-461.
Hooker C, Westberg H, Sheppard J (1985) Determination of carbon balances for
smog chamber terpene oxidation experiments using 14C tracer technique. J
Atmos Chem 2:307-320.
Janson R (1992a) Fluxes of biogenic hydrocarbons from the boreal forest.In:
Monoterpenes from the boreal conifer forest. Stockholm university,
Stockholm.
Janson RW (1992b) Monoterpene Concentrations in and above a Forest of Scots Pine.
Journal of Atmospheric Chemistry 14(1-4):385-394.
31
Kasanen JP, Pasanen AL, Pasanen P, Liesivuori J, Kosma VM, Alarie Y (1999)
Evaluation of sensory irritation of Delta(3)-carene and turpentine, and
acceptable levels of monoterpenes in occupational and indoor environment.
Journal of Toxicology and Environmental Health-Part A 57(2):89-114.
Kesselmeier J, Staudt M (1999) Biogenic volatile organic compounds (VOC): An
overview on emission, physiology and ecology. Journal of Atmospheric
Chemistry 33(1):23-88.
Lavery MR, Milota MR (2000) VOC emissions from Douglas-fir: Comparing a
commercial and a laboratory kiln. For. Prod. J. 50(7-8):39-47.
Lavery MR, Milota MR (2001) Measurement of VOC emissions from ponderosa pine
lumber using commercial and laboratory kilns. Drying Technology 19(9):21512173.
Levin JO (1994) Biologisk kontroll vid yrkesmässig exponering för terpener
(Biological control of occupational exposure to terpenes). Arbetslivsinstitutet
(National institute for working life), 24, Stockholm, Sweden.
Lewinsohn E, Gijzen M, Croteau R (1991) Defense-Mechanisms of Conifers Differences in Constitutive and Wound-Induced Monoterpene Biosynthesis
among Species. Plant Physiology 96(1):44-49.
Litvak ME, Madronich S, Monson RK (1999) Herbivore-induced monoterpene
emissions from coniferous forests: Potential impact on local tropospheric
chemistry. Ecological Applications 9(4):1147-1159.
Malmberg PO, RaskAndersen A, Larsson KA, Stjernberg N, Sundblad BM, Eriksson
K (1996) Increased bronchial responsiveness in workers sawing Scots pine.
American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 153(3):948-952.
Marutzky R (1978) Untersuchung zum terpengehalt der trocknungsgase von
holzspantrocknern. Holz Als Roh-Und Werkstoff 36:407-411.
McDonald AG, Wastney S (1995). Analysis of volatile emissions from kiln drying of
radiata pine. 8th International symposium on Wood and Pulping Chemistry, 6-9 Jun,
Helsinki, Finland. 431-436.
Milota MR (2006) Hazardous air pollutant emissions from lumber drying. For. Prod. J.
56(7-8):79-84.
Mumm R, Schrank K, Wegener R, Schulz S, Hilker M (2003) Chemical analysis of
volatiles emitted by Pinus sylvestris after induction by insect oviposition. J.
Chem. Ecol. 29(5):1235-1252.
Münter M, Hagman U, Harnevie H, Johansen H, Kristensson I, Westermark M,
Viberg T (1999) Teknisk och miljömässig analys av biobränsletorkar (eng:
Technical and environmental analysis of driers for biofuels. In swedish with
english summary). Värmeforsk, 662, Stockholm, Sweden.
Nielsen K, Ehrstedt T (2000) Reningsteknik för organiska ämnen vid utsläpp till luft
vid biobränsletorkning (eng: Abatement technologies for volatile organic
compounds in emissions from biofuel dryers. In swedish with english
summary). Värmeforsk, 687, Stockholm, Sweden.
Nyrén C (1992) Miljöeffekter vid biobränsletorkning. Vattenfall utveckling AB,
U(B)1992/33, Stockholm, Sweden.
Olsson M (2001) Träpellets som småskaligt biobränsle (eng: Wood pellets as a smallscale biofuel). Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden.
OSHA (2007) OSHA/EPA Occupational Chemical Database. Publisher: U.S.
Department of Labor, Occupational Safety & Health Administration.
http://www.osha.gov/web/dep/chemicaldata/default.asp#target (Accessed
Oct 2007).
32
Prieme A, Knudsen TB, Glasius M, Christensen S (2000) Herbivory by the weevil,
Strophosoma melanogrammum, causes severalfold increase in emission of
monoterpenes from young Norway spruce (Picea abies). Atmospheric
Environment 34(5):711-718.
Rinne J, Hakola H, Laurila T, Rannik U (2000) Canopy scale monoterpene emissions
of Pinus sylvestris dominated forests. Atmospheric Environment 34(7):10991107.
Rosenqvist R, Jedvall I, Malmberg H (2007) Flyktiga organiska ämnen (VOC).
Handbok 2007:2 till Naturvårdsverkets föreskrifter (NFS 2001:11) om
begränsning av utsläpp av flyktiga organiska föreningar förorsakade av
användning av organiska lösningsmedel i vissa verksamheter och anläggningar.
Naturvårdsverket, Utgåva 1, Stockholm, Sverige.
http://www.naturvardsverket.se/Documents/publikationer/620-0145-2.pdf.
Seybold SJ, Bohlmann J, Raffa KF (2000) Biosynthesis of coniferophagous bark beetle
pheromones and conifer isoprenoids: Evolutionary perspective and synthesis.
Canadian Entomologist 132(6):697-753.
Sillman S (1999) The relation between ozone, NOx and hydrocarbons in urban and
polluted rural environments. Atmospheric Environment 33(12):1821-1845.
Simpson D, Winiwarter W, Borjesson G, Cinderby S, Ferreiro A, Guenther A, Hewitt
CN, Janson R, Khalil MAK, Owen S, Pierce TE, Puxbaum H, Shearer M,
Skiba U, Steinbrecher R, Tarrason L, Oquist MG (1999) Inventorying
emissions from nature in Europe. Journal of Geophysical ResearchAtmospheres 104(D7):8113-8152.
SosiaaliJaTerveysministeriö (2007) HTP-arvot 2007 (eng: Finnish Occupational
Exposure Limits, 2007). Publisher: Sosiaali Ja Terveysministeriö (eng: the
Ministry of health and social affairs), Helsinki, Finland.
http://www.ketsu.net/htp/HTP2007.pdf (Accessed Jun 2008).
Strömvall A-M (2006) Personal communication. Strömvall A-M is Ph. D., Lecturer at
Chalmers University of Technology, Div. Water Environment Technology,
Dep. Civil and Environmental Engineering.
Strömvall AM, Petersson G (2000) Volatile terpenes emitted to air.In: Pitch control,
wood resin and deresination. p. 77-99. Allen LH, Back EL (Eds.). Tappi Press,
Atlanta, USA.
Ståhl M, Granström K, Berghel J, Renström R (2004) Industrial processes for biomass
drying and their effects on the quality properties of wood pellets. Biomass &
Bioenergy 27(6):621-628.
Svedberg U, Paulsson S (1995). Mätning av totalemissioner av terpener från sågverk
och pappersbruk. Nordiska arbetsmiljömötet, Helsingfors. 156-157.
UNECE (1991) The 1979 Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution
(LRTAP) - The 1991 Protocol concerning the Control of Emissions of
Volatile Organic Compounds or their Transboundary Fluxes. Publisher:
United Nations Economic Commission for Europe.
http://www.unece.org/env/lrtap/ (Accessed Dec 2008).
Welling I, Mielo T, Raisanen J, Hyvarinen M, Liukkonen T, Nurkka T, Lonka P,
Rosenberg C, Peltonen Y, Svedberg U, Jappinen P (2001) Characterization and
control of terpene emissions in Finnish sawmills. Am. Ind. Hyg. Assoc. J.
62(2):172-175.
Vinterbäck J (2008). Internationell pelletsmarknadsutveckling. Pellets 08, 29-30 Jan,
Sundsvall, Sweden.
33
34
35
Kolväten från träbränsleindustrin
– sågverk, trätorkar och pelletspressar
Detta faktablad innehåller lättillgänglig information om kolväteutsläpp från produktionen av träbaserade fasta biobränslen. Faktabladet är tänkt som ett hjälpmedel för
länsstyrelser och kommuner vid handläggning av tillsyns- och prövningsärenden.
Skriften ska också vara ett stöd för verksamhetsutövare.
Typiska utsläppsnivåer för kolväten från sågverk, torkar och pelleteringsanläggningar
beräknas. Det redovisas hur olika produktionsmetoder och råvaror skiljer sig åt med
avseende på mängden kolväten som avgår. De antropogena utsläppen jämförs med de
naturliga emissionerna av terpener från barrskog. Förslag ges på hur kolväteutsläpp
från träbränsleindustrin kan minskas vid behov.
Karin Granström
Avd. för Energi-, Miljö- och Byggteknik; Karlstads Universitet, 651 88 Karlstad
Tfn: 054-700 12 65, e-post: [email protected]
Karlstads universitet
Besöksadress: Universitetsgatan 2, Karlstad
Växel: 054-700 10 00; Internet: www.kau.se
