Дровяные печи: сочетание электрофильтров и каталитических нейтрализаторов — лучший способ снизить выбросы загрязняющих веществ.
В Германии существуют миллионы небольших огневых систем; дровяные печи для домашнего использования, в которых сжигаются дрова. При этом в атмосферу выбрасывается множество твердых и газообразных загрязняющих веществ: ультрадисперсные частицы сажи, окись углерода, легколетучие органические вещества, такие как формальдегид, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и многие другие. Количество выбрасываемых веществ исчисляется тысячами, причем некоторые из них влияют друг на друга, что делает их еще более опасными.
В Германии предельные значения установлены Первым федеральным постановлением о контроле за выбросами, а на уровне ЕС – Директивой об экодизайне. Чтобы снизить выбросы загрязняющих веществ , печи оснащаются устройствами для снижения выбросов, такими как электростатические фильтры или каталитические нейтрализаторы . Электрофильтр заряжает частицы дымового газа так, что они осаждаются в дымоходе. Каталитический нейтрализатор преобразует токсичные газообразные вещества в нетоксичные. Таким образом, окись углерода и углеводороды превращаются, например, в диоксид углерода (CO 2 ) и воду.
Хотя исследования каталитических нейтрализаторов и электрофильтров уже были опубликованы, в них рассматривались лишь некоторые загрязняющие вещества в дымовых газах. На практике каталитические нейтрализаторы и электронные сепараторы до сих пор устанавливались редко. До сих пор не было ясно, насколько эффективны эти технологии. Совместный проект «TeToxBeScheit» теперь смог закрыть этот пробел в знаниях.
Ученые четырех институтов исследовали, насколько каталитические нейтрализаторы и электрофильтры по отдельности и в сочетании снижают выбросы загрязняющих веществ и какое защитное воздействие это оказывает на человека и окружающую среду. Проект координировал Отдел технологии топлива RWTH Ахенского университета (TEER). Совместно с Uniklinik RWTH Aachen был построен испытательный стенд для отбора проб дымовых газов и твердых частиц и проведены химические и физические эксперименты .
Медицинский центр Фрайбургского университета отвечал за токсикологические эксперименты на людях, а Франкфуртский университет Гёте — за экотоксикологические. Последние были проведены командой кафедры эволюционной экологии и экологической токсикологии Института экологии, разнообразия и эволюции Франкфуртского университета имени Гете под руководством профессора Хеннера Холлерта, доктора Сабрины Шиви и Марка Волленвебера.
Профессор Холлерт описывает особенность «TeToxBeScheit», поясняя: «Это первое исследование загрязняющих веществ от дровяных печей с комплексным подходом, выходящим далеко за рамки химического анализа отдельных веществ. Вместе с другими партнерами мы провели очень внимательный взгляд на дымовые газы, выбросы твердых частиц и влияние устройств по снижению выбросов, не только с химической и физической стороны, но также с точки зрения токсикологии и экотоксикологии человека, то есть влияние загрязняющих веществ и их комбинаций на люди и экосистемы.
«Этот анализ, основанный на эффектах, также способен подтвердить неблагоприятное воздействие ранее неизвестных загрязнителей и смесей загрязнителей и до сих пор не проводился таким образом в подобных исследованиях».
Эколог-токсиколог и научный сотрудник Марк Волленвебер использовал клеточные культуры и водные тест-системы для изучения загрязняющих веществ из дровяных печей, поскольку в природе загрязняющие вещества также попадают в водоемы, например, когда дождь вымывает их из воздуха. Совместно с TEER и Медицинским центром Фрайбургского университета он использовал промывочные бутылки на испытательном стенде для моделирования этого выщелачивания. Затем Волленвебер изучил, как отреагировали три водных модельных организма: водоросли, водяные блохи и эмбрионы рыб.
В воде с неочищенными дымовыми газами токсичность была очевидна. Органы эмбрионов рыб (метод, альтернативный экспериментам с рыбами на животных) были повреждены, водяные блохи погибли, а рост водорослей был подавлен. Однако при использовании каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку, не было замечено никаких побочных эффектов, и нагрузка загрязняющих веществ на водные системы могла быть существенно снижена. Химические и физические измерения подтвердили этот результат биологического эксперимента.
Электрофильтр, напротив, оказался менее эффективным в топке. Только при установке устройства на большем расстоянии от него токсичность снижалась. Причина этого в том, что некоторые вещества связываются с частицами в дымовом газе только после того, как он остынет и частицы можно будет удалить.
В ходе экспериментов по токсикологии человека в Медицинском центре Фрайбургского университета под руководством доктора Мануэля Грасиа-Койфера для оценки эффекта вдыхания дымовых газов использовалась клеточная модель легких. Этот метод воздействия in vitro на данный момент является самым совершенным в своем роде. В таких экспериментах культуры клеток легких растут на пограничном слое между газовой и жидкой фазами, отражая тем самым условия в легких человека.
Переносимые по воздуху загрязнители поступали по клеткам легких со стороны, обращенной к воздуху, как при вдыхании дымовых газов. Затем ученые измерили, например, изменился ли геном в результате (токсической) нагрузки во время воздействия. В результате каталитические нейтрализаторы изначально работали лучше, чем электростатические осадители, и с точки зрения токсикологии человека. Это опять же связано с тем, что электрофильтры, хотя и существенно снижают нагрузку частиц, лишь в ограниченной степени нейтрализуют газообразные загрязняющие вещества из дымовых газов.
Соответственно, для доктора Сабрины Шиви, руководителя группы кафедры эволюционной экологии и экологической токсикологии Франкфуртского университета имени Гете, каталитические нейтрализаторы явно являются «победителями». Она считает их «универсально эффективными», они могут уменьшить количество высокореактивных веществ, которые проникают в наши легкие в газообразной форме или в виде мелких частиц. Их можно дооснастить за небольшую сумму, около 400 евро.
Непосредственный эффект электростатических осадителей в отношении экотоксикологии и токсикологии человека изначально менее очевиден, но, тем не менее, они незаменимы в качестве дополнительных мер по снижению выбросов, поскольку (особенно в случае хронической нагрузки) они снижают выбросы опасных твердых частиц до 95%. Таким образом, электростатические осадители оказывают воздействие в зоне, не охваченной каталитическими нейтрализаторами. TEER обнаружил этот важный аспект в ходе своих экспериментов.
В исследовании также изучалось влияние двух технологий в сочетании. Как следствие, Волленвебер рекомендует в будущем оснащать дровяные печи и тем, и другим. Электростатический фильтр следует устанавливать перед каталитическим нейтрализатором, чтобы он первым удалял частицы. Каталитический нейтрализатор затем заботится о газообразных веществах.
Но что означают эти результаты для Первого федерального постановления о контроле за выбросами, которое устанавливает только предельные значения? Волленвебер говорит: «Мы призываем скорректировать предельные значения в соответствии с современными мерами по снижению выбросов, чтобы печи больше не продавались и не устанавливались без них».
