Rookgaskwaliteit

Op naar de volledige verbranding

Als het op verbranding aankomt, probeert men al eeuwenlang ervoor te zorgen dat deze verbranding optimaal gebeurt zonder veel verspilling. Brandstof heeft immers altijd al veel moeite en geld gekost. De laatste jaren is dit economische aspect wel wat minder belangrijk geworden. Als men grote hoeveelheden brandstof kon besparen, was men er als de kippen bij. Na een tijdje verslapte de aandacht echter omdat er steeds minder grote hoeveelheden te besparen vielen. Dit gaat nu zelfs zo ver dat sfeerverwarmers zelfs geen moeite meer moeten doen om een volledige verbranding te bekomen, want dit is geen prioriteit meer. Het visuele aspect speelt nu een grotere rol. Vanuit een ecologisch standpunt gezien is er wel een groot verschil tussen verwarmingsapparaten die 90 %, 99 % of 99,9 % van een brandstof opbranden. De percentages die overblijven, respectievelijk 10 %, 1 % en 0,1 % wordt bestempeld als luchtvervuiling en speelt een grote rol wanneer we spreken om de luchtvervuiling in te dijken dat veroorzaakt wordt door de huisverwarming. Als men in een gebied bijvoorbeeld 1 miljoen verwarmingstoestellen heeft die elk zorgen voor een volledige verbranding van 99%, dan betekent dit dat er 200.000 kilo onverbrande brandstof in de lucht terecht komt. Bij een verbranding van 99,9% is dit maar 20.000 kilo. Een merkelijk verschil. We kunnen dus stellen dat de rookgassen die vrijkomen bij verbranding milieuonvriendelijk zijn en de bevolking ook niet ten goede komen. Rookgassen kunnen duizeligheid, irritatie van de luchtwegen, astma-aanvallen en kanker veroorzaken. Vooral koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen zijn degene die roet in het eten komen gooien.

Koolmonoxide

Koolmonoxide (CO) is een gas dat zowel kleur- als reukloos is. Het is enorm schadelijk voor de mens omdat ons lichaam 300 maal liever CO opneemt in plaats van zuurstof. Deze CO-moleculen komen onmiddellijk terecht in ons bloed en linken zich aan de rode bloedlichaampjes. Die kunnen dan geen zuurstof meer opnemen en dit heeft nefaste gevolgen. Als er 40 % van de rode bloedlichaampjes aangetast zijn met CO raakt men bewusteloos en bij 65% is een hartstilstand mogelijk. Bij een geringere CO-besmetting zijn hoofdpijn, duizeligheid, lichte kortademigheid en een rode gelaatskleur de ongewenste effecten die bovendien het vaakst voorkomen bij luchtvervuiling door rookgassen. Dit dan nog eens aangevuld met andere vervuilende stoffen zoals smog tasten de leefbaarheidgraad in de steden aan en vooral astma-patiënten worden hiervan het eerste slachtoffer. Koolmonoxide wordt dus verkregen wanneer er geen volledige verbranding plaatsvindt, terwijl kooldioxide (CO2) juist ontstaat als er zich wel een volledige verbranding voltrekt. De hoeveelheid koolmonoxide in rookgassen geldt dan ook als een vaste constante om de volledigheid van een verbrandingsproces te meten. De grootste CO-vervuiler in Europa is echter niet onze huisverwarming, maar het verkeer.

Teer en koolwaterstoffen

De voorgangers van CO, die ook het gevolg zijn van een onvolledige verbranding, zijn Polyaromatische Koolwaterstoffen (PAKS). De stoffen die dan in de lucht vrijkomen zijn benzeen, tolueen, xyleen, benzo(a)pyreen, dibenzothiofeen, anthraceen,... De vervuiling met PAKS door de consument is slechts een klein deeltje van de grote koek. Verwarming is daarin wel weer verantwoordelijk voor het grootste deel. Houtkachels en open haarden die een onvolledige verbranding hebben, zijn een doorn in het oog voor de doelstellingen hieromtrent van de overheid. Het verkeer blijft anderzijds wel de grootste boosdoener en ook de bouwsector is niet onschuldig door het gebruik van PAKS-houdende grondstoffen en materialen.

Brandstof en rookgaskwaliteit

Het voordeel met brandstoffen in de gedaante van gas, dus ook aardgas is dat de verbranding aanzienlijk volledig is. Hierdoor is de CO-uitstoot redelijk laag en neemt men dan ook meer zuurstof op uit de lucht. Bij kachels die renderen op aardgas is er een CO-emissie van 0,001 tot 0,2 % en de laagste waarden bedragen 0,0005 %. Bij andere brandstoffen zoals de fossiele brandstoffen stookolie en steenkool, liggen deze waarden merkelijk een stuk hoger. In tegenstelling tot de verbranding van stookolie en steenkool, worden er bij de verbranding van aardgas geen PAKS gevormd. Dit is omdat de structuur van aardgas dit ook niet toelaat. Biogas levert hetzelfde effect omdat zowel aard- als biogas van structuur praktische hetzelfde zijn. Voor eventuele CO-waarden bij de verbranding van vloeibare biobrandstoffen zoals koolzaadolie zijn er nog geen metingen gebeurd. Koolzaadolie werd dan ook nog nergens ingezet voor de huiverbranding. Er is enkel weet van het gebruik van koolzaadolie in auto's en vrachtwagens in plaats van diesel. Hout is een vaste brandstof die opgebouwd is uit verschillende onderdelen. Enerzijds zijn er de niet-brandbare deeltjes, namelijk water en mineralen, vervolgens zijn er de vluchtige brandbare onderdelen of kleine koolstofverbindingen met een laag cellulair gewicht en anderzijds niet-vluchtige brandbare onderdeeltjes of grote koolstofverbindingen met een hoog cellulair gewicht. De vlammen ontstaan door de vluchtige onderdelen die als het ware ontweken worden door de hitte en waardoor er zich een ontvlambaar mengsel gaat vormen. Hier spreken we ook over de primaire verbrandingszone. Wanneer er geen volledige verbranding plaatsvindt, is dit meestal te wijten aan een te snelle verwerking van vaste of gasvormige brandbare deeltjes in de primaire verbrandingszone. Wanneer de vluchtige deeltjes uiteindelijk verbrand zijn, zal dan uiteindelijk oxidatie optreden van de niet-vluchtige bestanddelen.

Rookgaskwaliteit bij de houtverbranding

Dankzij de wettelijke bepalingen in de meeste Europese landen is deze CO-uitstoot aan banden gelegd en worden er maximum waarden toegestaan van 0,4-0,5 % CO. Gelukkig maar, want bij oudere houtkachels mat men soms een uitstoot met waarden van 4 tot 17,6 %. Accumulerende houtkachels zijn de beste en halen minder dan 0,1 % CO. Bij een onvolledige verbranding van hout komen er in de beginfase vooral koolwaterstoffen zoals benzeen, tolueen en xyleen. In de eindfase van de onvolledige verbranding worden dit PAKS of poly-aromatische koolwaterstoffen zoals onder andere benzo(a)pyreen, dibenzothiofeen of anthraceen. In een gewone kachel kunnen de PAK-waarden oplopen tot 200 mg/Kg. Volgens de wettelijke bepalingen is er nog een maximum van 40 tot 80 mg/MJ toegelaten met andere woorden een heel sterke reductie. Bij accumulerende houtkachels is het zelfs al niet meer nodig om deze waarden te meten, want de waarden voor koolwaterstoffen worden er niet hoger dan 10 mg/Kg. We kunnen dus vaststellen dat men al een grote technologische vooruitgang geboekt heeft bij de houtkachels. Niet alleen op technologisch vlak, maar ook andere factoren zijn belangrijk zoals de wettelijke bepalingen die steeds verder evolueren, de inspeling hierop van houtkachelproducenten en het toegenomen belang van het milieu dat nu als handig commercieel instrument kan bespeeld worden.

Luchtregeling met bimetaalveren

Een belangrijk facet om de verbranding volledig te laten verlopen is de toevoer van lucht. Deze luchttoevoer gebeurt in verschillende fasen. We spreken van primaire, secundaire en tertiaire luchtstromen. In heel wat kachels moet deze luchttoevoer nog manueel gebeuren, maar in de nieuwere gebeurt dit al volautomatisch op basis van bimetaalveren. Bimetaalveren zijn warmte gevoelige veren die de luchttoevoer automatisch regelen volgens de fasen waarin het verbrandingsproces zich bevindt. Luchttoevoer kan ook al elektronisch geregeld worden, maar de bimetaalveren zijn betrouwbaarder en goedkoper. Het is namelijk geen sinecure om de luchttoevoer manueel te regelen, want teveel lucht koelt het vuur af en te weinig lucht doet het vuur smoren. Smoorkachels waarbij de luchttoevoer beperkt wordt tot een minimum om het verbrandingsproces traag te laten verlopen, vervuilen de lucht in grote mate.

Katalysatoren

Tegenwoordig wordt het gebruik van katalysatoren om de naverbranding van rookgassen te bewerkstelligen steeds populairder. Deze katalysatoren zijn belegd op een soort keramieken honingraatstructuur en stimuleren de verbranding. Ze worden aangewend in niet-accumulerende houtkachels om een ideale rookgaskwaliteit te ontwikkelen. In accumulerende houtkachels worden ze meestal niet toegepast omdat ze niet voldoende bestand zijn tegen de hitte.