Utslipp fra vedfyring – Forskning og utvikling gir stadig lavere utslipp

De siste to årene har vi gjennomført omfattende forsøkskampanjer for å dokumentere vedovners utslipp av en rekke komponenter som er skadelige for miljø, klima og helse. Vi har testet støpejernovn, platestålovn og klebersteinovn, som alle er representative for dagens moderne ildsteder. Her ser vi tydelig at den kontinuerlige forskningen og utviklingen som har pågått de siste tiårene har resultert i teknologi som gir sterkt reduserte utslipp av mange skadelige utslippskomponenter.

Utslippsregnskap må oppdateres

Resultatene er gode nyheter som også må reflekteres i vårt nasjonale utslippsregnskap. Oppdaterte utslippsfaktorer (per kg tørr ved) må benyttes når de samlede utslippene fra vedovnsparken i Norge beregnes basert på type teknologi (gammel vedovn – før 1998; moderne vedovn – fra 1998; og åpen peis) og vedforbruk i disse. Disse utslippsfaktorene ble sist oppdatert i et arbeid i FME CenBio, publisert i 2017, og skulle representere alle moderne vedovner installert fra 1998.

I SusWoodStoves har vi sammenlignet utslippsfaktorene som i dag benyttes for moderne vedovner i det norske nasjonale utslippsregnskapet med disse tre moderne vedovnene. Da fant vi at de tre moderne vedovnene i gjennomsnitt har:

• 52 % lavere utslipp for de minste (og farligste) partiklene (PM2,5)
• 72 % lavere utslipp for CO (karbonmonoksid)
• 76 % lavere utslipp for CH₄ (metan)
• 77 % lavere utslipp for andre relativt lette gasser (NMVOC)
• 70 % lavere utslipp for de tyngste gasskomponentene som kondenserer ut som væskepartikler i atmosfæren.

Stadig flere gamle vedovner med høye utslipp erstattes med moderne vedovner, som bidrar sterkt til å redusere utslipp. I tillegg forbedres de moderne vedovnene kontinuerlig. Teknologiene blir også mer robuste og brukervennlige, og det er i økende grad mulig å implementere automatisering av lufttilførselen og -fordelingen. Det vil redusere brukerens påvirkning på forbrenningsprosessen ytterligere. Vedfyringens kos og hygge kan dermed ivaretas på en vesentlig mer bærekraftig måte i dag enn i gamle dager. Dette er meget viktig i dag, hvor resultatene av menneskelig påvirkning på jordens klima blir mer og mer åpenbare, og alle steiner må snus for å redusere, stoppe og på lang sikt helst reversere denne utviklingen.

Utnytte biomassen til det fulle

Det er viktig å bruke biomassen på en mest mulig energieffektiv og dermed ressurseffektiv måte; altså at man utnytter energien som ligger i hver enkelt vedkubbe til det fulle.

Det er en gjengs oppfatning at bruk av biomasse til energiformål er CO₂-nøytralt og dermed ikke bidrar til global oppvarming. Dette blir riktig hvis vi kun ser på selve CO₂-utslippet og antar at mengden biomasse som benyttes til energiformål ikke endres. Da vil bidraget til drivhuseffekten fra denne bruken av biomasse ikke endre seg. Men, dette er en forenkling, siden bruk av biomasse til energi og andre formål vil bidra direkte eller indirekte til global oppvarming fra utslipp av andre klimagasser gjennom verdikjeden fra ressursbasen (f.eks. skogen) til sluttbruken (f.eks. boligoppvarming).

Biomasse er en meget verdifull ressurs, og biogent karbon (biomasse karbon resirkulert via opptak av CO₂ fra atmosfæren) er vår eneste reelle karbonkilde for å begrense bruken av fossilt karbon, hvor CO₂-utslipp fra bruken av det langtidslagrede fossile karbonet direkte bidrar til global oppvarming.

I SusWoodStoves-prosjektet har vi dokumentert at moderne vedovner også bidrar til å utnytte vedkubbene på en stadig mer energieffektiv måte, gjennom at de kontinuerlig øker energivirkningsgraden.

Hva energivirkningsgrad angår, så ligger den rundt 80 % for disse moderne vedovnene, og den er litt høyere for en varmelagringsovn (f.eks. klebersteinovn) som i noe større grad utnytter varmen i røykgassen ved å lagre den i ovnsmaterialene. Grunnen til at energivirkningsgraden ikke er enda høyere, er lavere virkningsgrad når du fyrer opp og når bare trekull ligger igjen og gløder. I den relativt stabile forbrenningsperioden mellom disse periodene, har SusWoodStoves dokumentert at virkningsgraden er på rundt 90 %. Dette er det samme som for en pelletskamin, som fyres kontinuerlig og kontrollert med små trepellets.

Fyring ved nominell last gir lavest utslipp

Utslippsfaktorene som vi har funnet i SusWoodStoves-prosjektet (se lista lengre opp) er veide utslippsfaktorer som inkluderer både fyring ved nominell last (fyring med rett mengde ved og tilstrekkelig luft i forhold til ovnens størrelse) og dellast (struping av lufttilførselen for å redusere vedomsetningen, eller redusert vedmengde). Utslippene er flere ganger høyere ved dellast enn ved nominell last. Størst forskjell mellom utslipp ved dellast og nominell last finner vi for den direkte klimagassen CH₄ (metan). Her er utslippet 4,6 ganger høyere ved dellast. Ved dellast er forbrenningsbetingelsene dårligere og temperaturen i vedovnen vesentlig lavere enn ved nominell last. Dette fører til at spesielt CH₄ som gasser av fra vedkubbene ikke brenner ut, siden dette er et forbrenningsteknisk stabilt molekyl som trenger høy temperatur for å brenne ut raskt nok i en vedovn.

Sot og svart karbon

Hva angår svart karbon, som hovedsakelig finnes i sot, så blir historien en annen. Sot er partikler som dannes fra lette hydrokarboner, og den gule fargen i flammene skyldes stråling fra forbrenningen av denne soten. Hvis flammevolumet blir stort og fyller hele brennkammeret, vil flammene treffe vegger.  Det resulterer i slukning av flammefronten, eller at flammen vil stikke inn i varmevekslersonen over hvelvet der den kjøles ned og slukker av den grunn. Dette er grunnen til at sotutslippene fremdeles er betydelige i moderne vedovner. Sotutslipp i gamle vedovner er imidlertid høyere og mer på grunn av de samme årsakene som for de andre uforbrente komponentene, altså at de har for dårlige forbrenningsbetingelser på grunn av et utdatert forbrenningsprinsipp; de har ikke  den stegvise lufttilførselen som finnes i alle moderne vedovner.

Nitrogen og svovel

Når det gjelder utslipp av komponenter som dannes fra nitrogen og svovel i vedkubbene, så er disse mye vanskeligere å redusere enn utslipp av uforbrente komponenter. Nitrogenoksider (NOx) kan reduseres noe ved å implementere en reduksjonssone etter tilsettingen av primærluft, hvor dannet NO da delvis vil reduseres til molekylært nitrogen. Deretter tilsettes sekundærluften for endelig utbrenning. Men dette prinsippet kan ikke effektivt implementeres i dagens vedovner som opererer med kun ett forbrenningskammer, og dermed blir NOx-utslippene like høye i moderne vedovner som gamle vedovner.

Utslipp av den sterke klimagassen lystgass (N₂O) er meget lave fra vedfyring, og resultatene fra SusWoodStoves viser at utslippsfaktoren for moderne vedovner er lavere enn den som benyttes i det norske nasjonale utslippsregnskapet. Lystgassutslippet er også høyere ved dellast enn ved nominell last.

Når det gjelder utslipp av svoveldioksid (SO₂), er det et naturlig resultat av en god forbrenningsprosess for et brensel som inneholder svovel, og utslippet kan i praksis kun reduseres ved å rense røykgassen. Heldigvis er svovelinnholdet i vedkubber meget lavt.

Nitrogeninnholdet i vedkubber avhenger av type tre. Harde tresorter (løvtrær) som bjørk inneholder vesentlig mer nitrogen enn myke tresorter (bartrær) som gran og furu, noe som resulterer i vesentlig høyere NOx-utslipp fra bjørk. Den enkle løsningen for å redusere NOx-utslippet er å brenne mindre bjørk og andre harde tresorter, hvorav noen inneholder enda mer nitrogen enn bjørk, og mer gran og furu.

Harde og myke tresorter

Nå er det mange som tror at bjørk (harde tresorter) brenner mye bedre enn andre og mykere tresorter. De harde tresortene har vesentlig høyere tetthet og litt annen kjemisk sammensetning enn de myke tresortene, og det vil påvirke forløpet av forbrenningsprosessen noe. Men dette betyr ikke at utslippene blir høyere av den grunn; det er fremdeles forbrenningsparametre som temperatur, oppholdstid og oksygentilgang som kontrollerer forbrenningsprosessen, utbrenningen og dermed utslippet. Utslipp på samme nivå av uforbrente komponenter fra både bjørk, gran og furu er dokumentert i SusWoodStoves, med ett unntak. Dette gjelder sotutslipp fra forbrenning av furu, hvor en relativt større andel av sot dannes fra furu. Dette er fordi furu har vesentlig høyere innhold av ekstraktiver (kvae), som gasser av ved relativt lav temperatur. Dette resulterer i høyere sotutslipp når forbrenningsbetingelsene ikke er til stede for fullstendig utbrenning av alle sotpartiklene.

Du vil bidra mest til lave utslipp og høy energivirkningsgrad når du operer ovnen på nominell last og fyrer kontinuerlig. Da gjelder det å ha en vedovn som er tilpasset boligens oppvarmingsbehov, dvs. ikke for stor og ikke for liten.

Videre forskning: Bærekraftvurdering av hele verdikjeden

De betydelige forbedringene i form av reduserte utslipp og økt energivirkningsgrad som er vist ovenfor viser tydelig at forskning og utvikling nytter. Samtidig er det behov for et kontinuerlig fokus på å fortsette det gode arbeidet, og også fokusere spesifikt på reduksjon av noen utslippskomponenter som så langt har vært utfordrende å få redusert. Dette gjelder spesielt svart karbon, hovedsakelig i form av sot.

Selv om selve vedfyringen bidrar betydelig i en bærekraftvurdering av hele vedfyring verdikjeden, så vil også andre ledd i denne verdikjeden knyttet til ressurser og uttak og bearbeiding av disse, samt transport, bidra. Akkurat hvor mye dette bidrar er et komplisert regnestykke, og derfor er en PhD-kandidat i SusWoodStoves i gang med å se nærmere på dette.

Videre forskning: Vedovnens rolle i energisystemet

For å optimalt utnytte den produserte varmen fra vedfyringen er det også viktig med en optimal integrering av vedovnen i boligens energiforsyningssystem. Den andre PhD-kandidaten i SusWoodStoves ser på dette, samt koblingen mellom bruk av vedfyring og elektrisitet i boliger.

Bruk av ved til oppvarming bidrar sterkt i Norge til å redusere bruken av elektrisitet til oppvarming i boliger, spesielt på kalde dager hvor elforbruket er på sitt høyeste og elprisene likeså. Det betyr at vår fornybare elektrisitet i større grad kan gå til andre gode formål som igjen bidrar til å forskyve bruk av fossile ressurser. Overføringskapasiteten i elektrisitetsnettet trenger heller ikke være like høy, når vedfyring står for en betydelig del av boligoppvarmingen, spesielt på kalde dager. Dette er også samfunnsøkonomisk gunstig.

Det er vel i disse tider liten tvil om viktigheten av vedfyring i det norske energisystemet hva boligoppvarming og energisikkerhet angår. Samtidig er det ingen grunn til å hvile på laurbærene, men derimot fortsette arbeidet med å redusere miljø-, klima- og helsepåvirkningen fra vedfyring.

Ditt bidrag til bedre miljø, klima og helse

Du kan bidra betydelig til å redusere miljø-, klima- og helsepåvirkningen fra vedfyring, ved å fyre riktig og vedlikeholde vedovnen regelmessig.

Har du en gammel vedovn, som har utdatert forbrenningsteknologi, så bytt den ut med en moderne vedovn. Det holder ikke å være selvutnevnt ekspert på vedfyring når du fyrer i en gammel vedovn, utslippene vil allikevel bli betydelige. Mange har fått seg en overraskelse når de har sett inn i ovnsrøret inn til pipa, dvs. sett betydelige mengder sotpartikler ligge på veggene i ovnsrøret. Dette belegget representerer dårlig forbrenning, og høye utslipp og lav energivirkningsgrad. Feieren som kommer på besøk feier pipa di, men neppe ovnsrøret. En investering på et par hundrelapper i eget feieutstyr for ovnsrør kan være en meget gunstig økonomisk investering, gjennom økt energivirkningsgrad (mer varme til rommet) og bedre trekk (mindre trykktap) og dermed sterkere pipemotor og bedre forbrenningsbetingelser. Dette belegget og ditto belegg som vil legge seg nederst i pipa, representerer også en betydelig brannfare, og resulterer i mange pipebranner hvert år.

I SusWoodStoves fortsetter arbeidet med å bidra til en mer bærekraftig vedfyring i fremtiden. Hvis du vil vite mer om prosjektet eller vedfyring, se prosjektets hjemmeside: https://www.sintef.no/projectweb/suswoodstoves/.

Referanser

• Emission levels and emission factors for modern wood stoves. Accepted for publication
• Energy Efficiency Increase by Improved Operation and Control in Wood Stoves
• Reducing Emissions from Current Clean-Burn Wood Stove Technology by Automating the Combustion Air Supply and Improving the End-User Interaction – Two Important Primary Measures