Ecotoxic elements emission from the combustion of solid fuels due to legal regulations
D. Makowska 1  
,   F. Wierońska 1,   T. Dziok 1,   A. Strugała 1
 
More details
Hide details
1
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2017;20(4):89–102
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Combustion processes, particularly coal and lignite combustion, constitute one of the major anthropogenic sources of emission of ecotoxic elements into the atmosphere. Therefore, not only the emission of greenhouse gases or dust but also atmosphere pollution by harmful elements commonly referred to as „heavy metals” (e.g. mercury, lead, or cadmium) are the subject of an increasingly intense climate policy of the European Union. The paper reviews both the existing EU regulations and domestic regulations related to the emission of ecotoxic elements from the combustion of solid fuels. This issue has become particularly important for the power industry in the context of the BAT conclusions for large combustion plants (LCP) adopted by the European Commission in April 2017. In addition, the most important factors influencing the emission of these pollutants into the atmosphere were identified and characterized. On the basis of literature data and own research, the content of selected ecotoxic elements in domestic coals was analyzed. An attempt was made to assess the impact of the quality of Polish coals on the situation of the domestic energy sector based on this analysis in light of the environmental policy of the EU. The obtained results of emission factors for some ecotoxic elements differ from those used by KOBiZE for the emission estimation. This indicates the need for the continuous monitoring of the ecotoxic elements content in Polish coals and the periodic verification of emission factors of these elements. The mean value of mercury emissions calculated for the examined steam coals was 7.8 µg/m3 (0°C, 101,325 kPa). Therefore, combustion of the investigated steam coals in existing power plants with a capacity over 300 MWth may result in exceeding the atmospheric emission standards for mercury, which are coming into force, and thus in the need for coal cleaning. The calculated mean values of Hg emission for cleaned coking coals do not exceed the limit values in the new regulations.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Emisja pierwiastków ekotoksycznych z procesów spalania paliw stałych w świetle regulacji prawnych
emisja, pierwiastek ekotoksyczny, metal ciężki, paliwo stałe, proces spalania
Procesy spalania, a w szczególności spalanie węgla kamiennego i brunatnego, stanowią jedno z głównych antropogenicznych źródeł emisji pierwiastków ekotoksycznych do atmosfery. W związku z tym nie tylko emisja gazów cieplarnianych czy pyłów, ale także zanieczyszczenie atmosfery szkodliwymi pierwiastkami potocznie zwanymi „metalami ciężkimi” (takimi jak: rtęć, ołów czy kadm) jest obiektem zaostrzającej się polityki klimatycznej Unii Europejskiej. W artykule dokonano przeglądu i analizy zarówno dotychczas obowiązujących przepisów unijnych, jak i krajowych uregulowań prawnych związanych z emisją pierwiastków ekotoksycznych z procesów spalania paliw stałych. Problematyka ta stała się szczególnie ważna dla przemysłu elektroenergetycznego w kontekście przyjętych przez Komisję Europejską w kwietniu 2017 roku konkluzji BAT dla dużych obiektów energetycznego spalania (LCP). Ponadto zidentyfikowano oraz scharakteryzowano najważniejsze czynniki wpływające na wielkość emisji tych zanieczyszczeń do atmosfery. Na podstawie danych literaturowych oraz badań własnych przeprowadzono analizę zawartości wybranych pierwiastków ekotoksycznych w krajowych węglach. Na podstawie tej analizy podjęto próbę oceny ew. wpływu jakości polskich węgli na sytuację krajowego sektora energetycznego w świetle prowadzonej przez UE polityki środowiskowej. Uzyskane wyniki wskaźników emisji niektórych pierwiastków ekotoksycznych różnią się od wskaźników stosowanych przez KOBiZE do szacowania wielkości emisji. Rodzi to potrzebę ciągłego monitorowania zawartości pierwiastków ekotoksycznych w polskich węglach oraz okresową weryfikację wskaźników emisji tych pierwiastków. Oszacowana średnia wartość emisji rtęci z badanych węgli energetycznych wyniosła 7,8 µg/m3 (0°C; 101,325 kPa). W związku z tym spalanie badanych węgli energetycznych w istniejących instalacjach elektrowni o mocy powyżej 300 MWth może skutkować niespełnieniem wchodzących w życie norm emisji rtęci do atmosfery, a co za tym idzie koniecznością stosowania węgli poddanych wzbogacaniu. Obliczona średnia emisja Hg dla analizowanych w celach porównawczych węgli koksowych poddanych procesowi wzbogacania nie przekracza wartości dopuszczalnych w nowych regulacjach.
 
REFERENCES (37)
1.
BAT-LCP 2016 – Best Available Techiques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants, Final Draft, June 2016, European Commission.
 
2.
Białecka, B. i Pyka I. 2016. Rtęć w węglu, jako problem globalny i krajowy. [W:] Rtęć w polskim węglu kamiennym do celów w energetyce i w produktach jego przeróbki, pod red. Białecka B., Pyka I., Główny Instytut Górnictwa, Katowice, ISBN 978-83-61126-99-7.
 
3.
Bielowicz, B. 2013. Występowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskich węglach brunatnych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 3, s. 47–59.
 
4.
Bojakowska, I. i Lech, D. 2012. Zróżnicowanie zawartości pierwiastków śladowych w węglach brunatnych złóż Polski. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 448, s. 209–214.
 
5.
Burmistrz i in. 2016 – Burmistrz, P., Kogut, K., Marczak, M. i Zwaździak, J. 2016. Lignites and subbituminous coals combustion in Polish power plants as a source of anthropogenic mercury emission. Fuel Processing Technology 152, s. 250–258.
 
6.
Burmistrz, P. i Kogut, K. 2016. Rtęć w węglach kamiennych spalanych w polskich elektrowniach i elektrociepłowniach. Archiwum Górnictwa Vol. 61, no. 3, s. 473–488.
 
7.
Chmielarz, A. 2014. Propozycja BAT/BEP w dokumentach roboczych grupy eksperckiej konwencji Minamata w sprawie rtęci. Rtęć w przemyśle – Konwencja, ograniczanie emisji, technologia, Warszawa.
 
8.
Duffus, J.H. 2002. „Heavy metals” – a meaningless term? IUPAC Technical Raport, Pure and Applied Chemistry Vol. 74, no. 5, s. 793–807.
 
9.
Dyrektywa 2010/75/UE – Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 210/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola).
 
10.
Dziok i in. 2013 – Dziok, T., Strugała, A. i Rozwadowski, A. 2013. Badanie zawartości rtęci w węglu – uwagi dotyczące sposobu prezentowania wyników. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 16, z. 3, s. 273–285.
 
11.
Dziok i in. 2014 – Dziok, T., Strugała, A., Górecki, J. i Ziomber, S. 2014. Zmiany zawartości rtęci w węglu kamiennym w procesie jego wzbogacania. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 4, s. 277–288.
 
12.
Dziok i in. 2015 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Macherzyński, M. i Ziomber, S. – Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 31, z. 1, s. 107–122.
 
13.
Dz.U. 2014 poz. 1101 – Ustawa z dnia 11 lipca 2014r. o zmianie ustawy – Prawo ochrony środowiska oraz niektórych innych ustaw.
 
14.
EEA – European Environment Agency, Indicator Assessment: Heavy metal emissions. [Online] Dostępne w: https://www.eea.europa.eu/data... [Dostęp: 13.07.2017].
 
15.
EMEP/EEA 2009 – EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook. EEATechnical report, 9/2009. European Environment Agency, Copenhagen, ISBN 978-92-9213-034-3.
 
16.
E-PRTR 2014 – European Pollutant Release and Transfer Register [Online] Dostępne w: http://prtr.ec.europa.eu [Dostęp: 13.07.2017].
 
17.
GUS 2016 – Ochrona środowiska 2016, Informacje i opracowania statystyczne, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa.
 
18.
Ketris, M.P. i Yudovich, Ya.E. 2009. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals. International Journal of Coal Geology 78, s. 135–148.
 
19.
Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2013 Badanie zawartości rtęci w węglach przeznaczonych dla odbiorców indywidualnych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 16, z. 4, s. 151–161.
 
20.
KOBiZE 2016 – Poland’s Informative Inventory Report 2016, Warszawa.
 
21.
Krajowa strategia ograniczania emisji metali ciężkich 2002 – Ministerstwo Środowiska, Warszawa.
 
22.
Kurus, K. i Białecka, B. 2015. Możliwości i ograniczenia redukcji ładunku rtęci na etapie produkcji węgla kamiennego w Polsce. Systemy wspomagania w Inżynierii Produkcji z. 3(12), pod red. Molenda M., Hąbek P., s. 90–98.
 
23.
Lorenz, U. 2005. Skutki spalania węgla kamiennego dla środowiska przyrodniczego i możliwości ich ograniczania. Szkoła Eksploatacji Podziemnej – Sympozja i Konferencje nr 64, Kraków, s. 97–112.
 
24.
LRTAP 1979 – Konwencja w sprawie transgranicznego przenoszenia zanieczyszczeń powietrza na dalekie odległości sporządzona w Genewie dnia 13 listopada 1979 r. (Dz.U. z dnia 28 grudnia 1985). Dz.U.85.60.311.
 
25.
Makowska i in. 2014 – Makowska, D., Bytnar, K., Dziok, T. i Rozwadowska, T. 2014. Wpływ procesu wzbogacania na zawartośc niektórych metali ciężkich w polskich węglach kamiennych. Przemysł Chemiczny t. 93(12), s. 2048–2053.
 
26.
Makowska i in. 2016 – Makowska, D., Strugała, A., Wierońska, F. i Włodek, A. 2016. Investigations of the effectiveness of lead disposal from hard coal through the cleaning process, E3S Web of Conferences 10, art. Nr 00117.
 
27.
Michalska, A. i Białecka, B. 2012. Zawartość rtęci w węglu i odpadach górniczych. Prace Naukowe GIG – Górnictwo i Środowisko 3/12, s. 73–87.
 
28.
Maruszczak, Z. 2017. Wiceminister Tobiszewski o polityce energetycznej państwa: „Górnictwo to główny element bezpieczeństwa energetycznego Polski”, Ministerstwo Energii, Informacje prasowe [Online] Dostępne w: http://www.me.gov.pl/node/2733... [Dostęp: 13.07.2017].
 
29.
Parzentny, H.R. i Róg, L. 2007. Potentially hazardous trace elements in ash from combustion of coals in limnic series (Upper Carboniferous) of the Upper Silesian Coal Basin (USCB). Górnictwo i Geologia t. 2, z. 3, s. 81–91.
 
30.
Rozporządzenie 166/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 18 stycznia 2006 r. w sprawie ustanowienia Europejskiego Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń i zmieniający dyrektywę Rady 91/689/EWG i 96/61/WE.
 
31.
Rozporządzenie 2014 – Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów z dnia 4 listopada 2014 r., Dz.U. 2014 poz. 1546.
 
32.
Stryszewski, M. 2001 – Metoda eksploatacji selektywnej w odniesieniu do koncepcji i rozmieszczenia pierwiastków toksycznych i promieniotwórczych w węglu brunatnym. [W:] Monografia – Eksploatacja selektywna węgla brunatnego jako metoda ograniczania szkodliwego oddziaływania na środowisko pierwiastków obecnych w węglu i w produktach jego spalania (na przykładzie KWB Bełchatów), red. Stryszewski M., Katedra Górnictwa Odkrywkowego, Wydział Górniczy, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, ISBN 83-88316-01-X.
 
33.
UNEP 2016 – United Nations Environment Programme: Minamata Convention on mercury. [Online] Dostępne w: http://mercuryconvention.org/ [Dostęp: 13.07.2017].
 
34.
Wichliński i in. 2011 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2011. Emisja rtęci podczas termicznej obróbki paliw. Polityka energetyczna – Energy Policy Journal t. 14, z. 2, s. 191–202.
 
35.
Wichliński i in. 2012 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2012. Przegląd metod organiczania emisji rtęci w elektrowniach podczas spalania paliw stałych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 15, z. 4, s. 151–160.
 
36.
Widawska-Kuśmierska, J. 1981. Występowanie pierwiastków śladowych w polskich węglach kamiennych. Przegląd Górniczy nr 7–8, s. 455–459.
 
37.
Wskaźniki 2015 – Wskaźniki emisji zanieczyszczeń ze spalania paliw – kotły o nominalnej mocy cieplnej do 5 MW, KOBiZE Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, Warszawa.
 
ISSN:1429-6675