# Pa r ti c u l a te Em i s s i o n s fr o m B i o m a s s

C o m b u s t i o n i n I EA C o u n tr i e s

S u r ve y o n M e a su r e m e n t s a n d E m i s si o n F a ct o r s

T h o m a s N u ssb a u m e r 1

, 2



### , C l a u d i a C za sch 1



### , N o r b e r t K l i p p e l 1



### L i n d a Jo h a n sso n 3



### , C l a e s T u l l i n 3

1 

### V e r e n u m

, C H

– 8 0 0 6 S w i t z e r l a n d

, w w w

. ve r e n u m

. ch

2 

### U n i ve r si t y o f A p p l i e d S ci e n ce s L u ce r n e

, C H

– 6 0 4 8 H o r w

, w w w

. h sl u

. ch

3 

### S P T e ch n i ca l R e se a r ch I n st i t u t e o f S w e d e n

, S E

– 5 0 1 1 5 B o r a s, w w w

. sp

. se

O n b e h a l f o f

I n t e r n a t i o n a l E n e r g y A g e n cy ( I E A ) B i o e n e r g y T a sk 3 2

S w i ss F e d e r a l O f f i ce o f E n e r g y ( S F O E )

D o w n l o a d w w w

. i e a b cc. n l o r w w w

. ve r e n u m

. ch

Z ü r i ch

, Ja n u a r y 2 0 0 8 I S B N 3

- 9 0 8 7 0 5

- 1 8

- 52 

# C o n te n t

1 A b s t r a c t

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 I n t r o d u c t i o n

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2

. 1 M o t i v a t i o n

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2

. 2 O b j e c t i v e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2

. 3 W o r k p r o g r a m m e

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 P a r t i c u l a t e m a t t e r i n t h e a m b i e n t a i r

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3

. 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f p a r t i c u l a t e m a t t e r ( P M )

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3

. 2 H e a l t h r e l e v a n c e o f P M

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3

. 3 I m m i s s i o n l i m i t v a l u e s f o r P M

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 C o m b u s t i o n p a r t i c l e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4

. 1 T y p e s o f c o m b u s t i o n p a r t i c l e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4

. 2 I n f l u e n c e o f p a r t i c l e s a m p l i n g

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

4

. 3 M e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

5 D a t a b a s i s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

5

. 1 P a r t i c i p a t i n g c o u n t r i e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

5

. 2 S o u r c e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8

5

. 3 E m i s s i o n f a c t o r s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8

6 R e s u l t s o n e m i s s i o n f a c t o r s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

6

. 1 O p e n f i r e p l a c e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

6

. 2 C l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s ( c l o s e d f i r e p l a c e s )

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

6

. 3 W o o d s t o v e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

6

. 4 L o g w o o d b o i l e r s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2

6

. 5 P e l l e t s t o v e s a n d b o i l e r s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4

6

. 6 O v e r v i e w o n r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6

6

. 7 I n f l u e n c e o f i g n i t i o n m e t h o d

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

6

. 8 A u t o m a t i c b i o m a s s c o m b u s t i o n p l a n t s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9

7 C o m p a r i s o n o f p a r t i c l e m e a s u r e m e n t s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

7

. 1 P a r t i c l e s a m p l i n g : S o l i d p a r t i c l e s

, c o n d e n s a b l e s

, d i l u t i o n t u n n e l

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

7

. 2 P a r t i c l e s i z e m e a s u r e m e n t s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

8 C o n c l u s i o n s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

9 R e f e r e n c e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

9

. 1 L i t e r a t u r e

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

9

. 2 S o u r c e s o f e m i s s i o n f a c t o r s c i t e d i n f i g u r e s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 03 

# 1 A b s t r a c t

B i o m a s s c o m b u s t i o n

, e s p e c i a l l y i n s m a l l

- s c a l e a p p l i c a t i o n s

, i s r e l a t e d t o h i g h e m i s s i o n s o f p a r t i c u l a t e

m a t t e r ( P M ) s m a l l e r t h a n 1 0 m i c r o n s ( P M

1 0 )

. S i n c e P M

1 0 i s r e g a r d e d a s a m a j o r i n d i c a t o r f o r t h e h e a l t h

r e l e v a n c e o f a m b i e n t a i r p o l l u t i o n

, a f u r t h e r p r o p a g a t i o n o f b i o m a s s c o m b u s t i o n i s h i n d e r e d b y t h e

d i s a d v a n t a g e o f h i g h P M e m i s s i o n s

. T h e I n t e r n a t i o n a l E n e r g y A g e n c y ( I E A ) B i o e n e r g y T a s k 3 2 o n

B i o m a s s C o m b u s t i o n a n d C o f i r i n g i s p r o m o t i n g t h e u t i l i z a t i o n o f c l e a n b i o m a s s c o m b u s t i o n a p p l i c a

t i o n s t o r e p l a c e f o s s i l f u e l s a n d t o r e d u c e C O

2 e m i s s i o n s

. H e n c e I E A a s s i s t s t h e d e v e l o p m e n t a n d

i m p l e m e n t a t i o n o f t e c h n i c a l l y a n d e c o n o m i c a l l y f e a s i b l e m e a s u r e s f o r P M r e d u c t i o n

. A s a b a s i s t o s e t

p r i o r i t i e s f o r t h e i m p l e m e n t a t i o n o f m e a s u r e s a n d a s a g u i d e l i n e f o r f u t u r e r e g u l a t i o n s

, e m i s s i o n f a c t o r s

f r o m d i f f e r e n t t y p e s o f c o m b u s t i o n d e v i c e s u n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i o n m o d e s a r e n e e d e d

. T h e p r e s e n t

s t u d y g i v e s a s u r v e y o n e m i s s i o n f a c t o r s a s r e p o r t e d f r o m t h e m e m b e r c o u n t r i e s o f t h e I E A T a s k 3 2

.

T o c o l l e c t i n f o r m a t i o n

, a d e t a i l e d q u e s t i o n n a i r e w a s s e n t t o a l l m e m b e r c o u n t r i e s

. A t o t a l o f 1 7 i n s t i t u

t i o n s f r o m s e v e n c o u n t r i e s

, i

. e

. , A u s t r i a

, D e n m a r k

, G e r m a n y

, N o r w a y

, T h e N e t h e r l a n d s

, S w e d e n

, a n d

S w i t z e r l a n d

, p a r t i c i p a t e d i n t h e s u r v e y

. V a l u a b l e d a t a a r e a v a i l a b l e f o r r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

,

w h e r e a s d a t a f r o m a u t o m a t i c c o m b u s t i o n p l a n t s a r e s t r o n g l y r e l a t e d t o p a r t i c l e r e m o v a l e q u i p m e n t

a n d n a t i o n a l o r l o c a l e m i s s i o n l i m i t s

. H e n c e t h e r e s u l t s r e f e r m a i n l y t o r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

a n d s h o w t h a t h u g e r a n g e s a r e f o u n d f o r m a n u a l w o o d c o m b u s t i o n d e v i c e s

. F o r e x i s t i n g s t o v e s a n d

b o i l e r s

, i d e a l o p e r a t i o n i s r e g a r d e d a s a m a j o r t a r g e t t o r e d u c e P M e m i s s i o n s

. F u r t h e r m o r e

, t h e m e

t h o d o f i g n i t i o n i s i m p o r t a n t f o r t h e P M e m i s s i o n s o f w o o d s t o v e s a n d b o i l e r s

. F o r t y p i c a l w o o d s t o v e s

,

i g n i t i o n f r o m t h e t o p o f t h e b a t c h o f w o o d l o g s i n s t e a d o f i g n i t i o n f r o m t h e b o t t o m c a n o f t e n a v o i d

v i s i b l e s m o k e d u r i n g s t a r t

- u p a n d r e d u c e t h e t o t a l P M e m i s s i o n s b y m o r e t h a n 5 0 %

. F o r l o g w o o d

b o i l e r s

, b e s i d e o p t i m i s e d i g n i t i o n a n d s t a r t

- u p

, t h e i m p l e m e n t a t i o n o f a h e a t s t o r a g e t a n k i s e s s e n t i a l

,

a s t h a n k s t o a h e a t s t o r a g e

, p a r t

- l o a d o p e r a t i o n r e l a t e d t o h i g h P M e m i s s i o n s c a n b e a v o i d e d

. W i t h

r e s p e c t t o t h e m e a s u r e m e n t o f P M e m i s s i o n s

, t h e m a s s o n s o l i d p a r t i c l e s i n t h e h o t f l u e g a s ( a s

c o l l e c t e d o n f i l t e r s ) a n d t h e a d d i t i o n a l m a s s o f c o n d e n s a b l e s n e e d t o b e d i s t i n g u i s h e d

. U n d e r p o o r

c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, t h e m a s s o f c o n d e n s a b l e s c a n e x c e e d t h e m a s s o f s o l i d p a r t i c l e s a n d h e n c e

s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n f u t u r e i m m i s s i o n i n v e n t o r i e s

.

K e y w o r d s : E m i s s i o n f a c t o r

, p a r t i c l e e m i s s i o n s

, c o n d e n s a b l e s

, w o o d c o m b u s t i o n

.4 

# 2 I n t r o d u c t i o n

2

. 1 Mo t i v a t i o n

B i o m a s s c o m b u s t i o n i s a n i m p o r t a n t s o u r c e o f i n h a l a b l e p a r t i c u l a t e m a t t e r s m a l l e r 1 0 m i c r o n s ( P M

1 0 )

i n t h e a m b i e n t a i r

. S i n c e P M

1 0 i s r e g a r d e d a s o n e o f t h e m o s t r e l e v a n t p a r a m e t e r s i n a i r p o l l u t i o n

[ D o c k e r y e t a l

. 1 9 9 3

, D o n a l d s o n e t a l

. 2 0 0 2 ]

, t h e P M e m i s s i o n s f r o m b i o m a s s c o m b u s t i o n c a n h i n d e r

t h e f u r t h e r p r o p a g a t i o n o f b i o e n e r g y

. T o o v e r c o m e t h i s d i s a d v a n t a g e

, d e t a i l e d i n f o r m a t i o n o n p a r t i c l e s

f r o m d i f f e r e n t c o m b u s t i o n a p p l i c a t i o n s a r e n e e d e d

. B a s e d o n t h e s e d a t a

, t h e m o s t s i g n i f i c a n t p a r t i c l e

s o u r c e s a m o n g b i o m a s s c o m b u s t i o n c a n b e i d e n t i f i e d a n d m e a s u r e s f o r P M r e d u c t i o n c a n b e

d e d u c e d

. C o n s e q u e n t l y a c t i v i t i e s o n t h e c h a r a c t e r i s a t i o n o f p a r t i c l e e m i s s i o n s f r o m b i o m a s s c o m b u s

t i o n h a v e b e e n p e r f o r m e d i n m a n y I E A c o u n t r i e s i n t h e p a s t y e a r s o r a r e c u r r e n t l y o n g o i n g

.



# 2

. 2 O b j e c t i v e s

T h e o b j e c t i v e s o f t h e p r e s e n t s t u d y i s t o r e v i e w a v a i l a b l e d a t a o n e m i s s i o n f a c t o r s o f p a r t i c u l a t e e m i s

s i o n s f r o m b i o m a s s c o m b u s t i o n a n d m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s a p p l i e d t o c h a r a c t e r i s e p a r t i c l e e m i s

s i o n s f r o m b i o m a s s c o m b u s t i o n

. P r i o r i t y i s g i v e n t o w o o d f u e l s u s e d i n r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

a n d i n d i s t r i c t h e a t i n g p l a n t s

. T o e n a b l e a c o m p a r i s o n o f d i f f e r e n t d a t a

, t h e s a m p l i n g a n d m e a s u r e

m e n t t e c h n i q u e s s h a l l b e d o c u m e n t e d a n d d i f f e r e n c e s d u e t o d i f f e r e n t s a m p l i n g o r a n a l y s i s s h a l l b e

d i s c u s s e d

. F u r t h e r m o r e

, t h e i n f l u e n c e o f c o m b u s t i o n t y p e

, f u e l p a r a m e t e r s a n d d i f f e r e n t o p e r a t i o n

c o n d i t i o n s o n P M e m i s s i o n s s h a l l b e i d e n t i f i e d

.



# 2

. 3 W o r k p r o g r a m m e

T h e m a i n w o r k m e t h o d w a s t o c o l l e c t e m i s s i o n d a t a f r o m r e s e a r c h i n s t i t u t e s a n d u n i v e r s i t i e s a n d t o

r e v i e w o f f i c i a l n a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s

. F u r t h e r m o r e

, i n f o r m a t i o n o n m e a s u r e m e n t m e t h o d s w a s

c o l l e c t e d

. F o r t h i s p u r p o s e

, a d e t a i l e d q u e s t i o n n a i r e o n p a r t i c l e s w a s c o m p i l e d a n d s e n t t o I E A

a p p o i n t e d e x p e r t s

. B e s i d e t h i s

, c e r t a i n d a t a a v a i l a b l e f r o m l i t e r a t u r e w e r e a l s o c o n s i d e r e d i n t h e

s u r v e y

. R e l a t i n g t o e m i s s i o n f a c t o r s t h e q u e s t i o n n a i r e c o m p r e h e n d s r e s i d e n t i a l w o o d b u r n i n g a s w e l l

a s i n d u s t r i a l w o o d c o m b u s t i o n

. T h e r e s i d e n t i a l c a t e g o r y c o n s i s t s o f f i r e p l a c e s

, m a n u a l s t o v e s

, m a n u a l

b o i l e r s a n d p e l l e t c o m b u s t i o n

, e a c h c a s e w i t h s u b c a t e g o r i e s o r i e n t e d o n t e c h n o l o g y a n d w o o d f u e l

( l o g w o o d

, p e l l e t s )

. T h e i n d u s t r i a l s e c t o r i n c l u d e s a u t o m a t i c b o i l e r s w i t h c a t e g o r i e s f r o m < 7 0 k W t o

> 1 0 M W a n d s u b c a t e g o r i e s r e l a t e d t o t e c h n o l o g y

. F o r t h e e m i s s i o n i n v e n t o r y d a t a a r a n g e o f v a l u e s

w e r e r e q u e s t e d f o r b e s t r e s u l t s a t i d e a l o p e r a t i o n

, t y p i c a l r e s u l t s a t p r a c t i c a l o p e r a t i o n a n d w o r s t

r e s u l t s a t v e r y b a d h a n d l i n g

. V a l u e s w e r e a l s o d i f f e r e n t i a t e d b e t w e e n m e a s u r e m e n t s w i t h a n d w i t h o u t

s t a r t p h a s e e m i s s i o n s a n d m e a s u r e m e n t s f o r s o l i d p a r t i c l e s ( i n d i c a t e d a s S P )

, s o l i d p a r t i c l e s p l u s

c o n d e n s a b l e s f o u n d i n i m p i n g e r b o t t l e s ( S P C )

, a n d t o t a l p a r t i c l e s c o l l e c t e d i n a d i l u t i o n t u n n e l ( D T )

.5 

# 3 P a r t i c u l a t e m a t t e r i n t h e a m b i e n t a i r

3

. 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f p a r t i c u l a t e m a tt e r (PM )

P a r t i c u l a t e m a t t e r ( P M ) d e s c r i b e s t h e s u m o f a i r b o r n e s o l i d p a r t i c l e s a n d d r o p l e t s

. P M

, a l s o k n o w n a s

p a r t i c l e p o l l u t i o n

, i s a c o m p l e x m i x t u r e o f a i r b o r n e p a r t i c l e s a n d l i q u i d d r o p l e t s c o m p o s e d o f a c i d s

( s u c h a s n i t r a t e s a n d s u l f a t e s )

, a m m o n i u m

, w a t e r

, b l a c k ( o r “ e l e m e n t a l ” ) c a r b o n

, o r g a n i c c h e m i c a l s

,

m e t a l s

, a n d s o i l ( c r u s t a l ) m a t e r i a l

. T h e p a r t i c l e s i z e i s t h e m o s t i m p o r t a n t p a r a m e t e r f o r t h e c h a r a c t e r i

s a t i o n o f p a r t i c l e b e h a v i o u r

. P M

1 0 s u m m a r i z e s a l l p a r t i c l e s a n d d r o p l e t s w i t h a n a e r o d y n a m i c d i a m e t e r

s m a l l e r t h a n 1 0 m i c r o m e t e r ( m i c r o n s )

. E P A g r o u p s p a r t i c l e p o l l u t i o n i n t o t w o c a t e g o r i e s [ E P A 2 0 0 8 ] :

- " C o a r s e p a r t i c l e s " ( P M

1 0

- 2

. 5 ) s u c h a s t h o s e f o u n d n e a r r o a d w a y s a n d d u s t y i n d u s t r i e s r a n g e i n d i a

m e t e r f r o m 2

. 5 t o 1 0 m i c r o m e t e r s ( o r m i c r o n s )

. T h e e x i s t i n g “ c o a r s e ” p a r t i c l e s t a n d a r d ( k n o w n a s

P M

1 0 ) i n c l u d e s a l l p a r t i c l e s l e s s t h a n 1 0 m i c r o n s i n s i z e 1

. E P A h a s p r o p o s e d r e p l a c i n g t h i s s t a n d a r d

w i t h o n e t h a t i n c l u d e s o n l y p a r t i c l e s b e t w e e n 1 0 a n d 2

. 5 m i c r o n s i n s i z e ( i

. e

. , P M

1 0

- 2

. 5 )

.

- " F i n e p a r t i c l e s " ( o r P M

2

. 5 ) s u c h a s t h o s e f o u n d i n s m o k e a n d h a z e h a v e d i a m e t e r s l e s s t h a n 2

. 5

m i c r o n s

. P M

2

. 5 i s r e f e r r e d t o a s “ p r i m a r y ” i f i t i s d i r e c t l y e m i t t e d i n t o t h e a i r a s s o l i d o r l i q u i d p a r

t i c l e s

, a n d i s c a l l e d “ s e c o n d a r y ” i f i t i s f o r m e d b y c h e m i c a l r e a c t i o n s o f g a s e s i n t h e a t m o s p h e r e

.

B e s i d e c o a r s e a n d f i n e p a r t i c l e s

, u l t r a f i n e p a r t i c l e s s m a l l e r t h a n 0

. 1 m i c r o n s a r e d i s t i n g u i s h e d

( e

. g

. [ H i n d s 1 9 9 9 ]

. T h e s i z e a n d d e n s i t y a f f e c t s t h e r e t e n t i o n p e r i o d a n d t r a v e l d i s t a n c e s i n t h e a t m o s

p h e r e

. C o a r s e p a r t i c l e s t e n d t o s e t t l e t o t h e g r o u n d b y g r a v i t y w i t h i n h o u r s

, w h i l e f i n e p a r t i c l e s c a n

r e m a i n i n t h e a t m o s p h e r e f o r s e v e r a l w e e k s

. F u r t h e r m o r e

, l i m i t v a l u e s f o r b o t h

, p a r t i c l e e m i s s i o n s a s

w e l l a s P M i m m i s s i o n s a r e i n d i c a t e d a s m a s s c o n c e n t r a t i o n s

. T h i s d o e s n o t r e s p e c t t h e l a r g e s u r f a c e

o f f i n e p a r t i c l e s w h i c h c a n a c t a s p o t e n t i a l c a r r i e r f o r t o x i c s u b s t a n c e s

. H e n c e b e s i d e m a s s c o n c e n t r a

t i o n s

, a d d i t i o n a l p a r a m e t e r s a r e r e l e v a n t f o r t h e p o t e n t i a l i m p a c t o f p a r t i c l e s o n e n v i r o n m e n t a n d h u

m a n h e a l t h

. I n p a r t i c u l a r t h e p a r t i c l e s i z e

, t h e p a r t i c l e s h a p e

, t h e m o r p h o l o g y

, a n d t h e c h e m i c a l c o m

p o s i t i o n a r e i m p o r t a n t p a r a m e t e r s w h i c h n e e d t o b e r e s p e c t e d i n a d d i t i o n t o t h e m a s s

. F o r t y p i c a l c o n

d i t i o n s

, a p p r o x i m a t e l y 9 0 % o f P M c o n s i s t s o f f i n e a n d u l t r a f i n e p a r t i c l e s [ U B A 2 0 0 5 ]

. S i n c e P M i n d i

c a t e o n l y m a s s c o n c e n t r a t i o n s

, t h e r e a r e c o n s i d e r a t i o n s f o r f u r t h e r p a r a m e t e r s s u c h a s p a r t i c l e n u m

b e r a n d t o x i c i t y w h i c h m i g h t b e r e s p e c t e d f o r f u t u r e l i m i t v a l u e s

.

P a r t i c u l a t e m a t t e r i n t h e a m b i e n t a i r i s a m i x t u r e o f d i r e c t l y e m i t t e d p r i m a r y a e r o s o l s a n d

s e c o n d a r y a e r o s o l s f o r m e d i n t h e a t m o s p h e r e

. P M i s p a r t i a l l y o f n a t u r a l o r i g i n

, w h i l e a n t h r o p o g e n i c

e m i s s i o n s l e a d t o a d d i t i o n a l P M i n t h e a m b i e n t c a u s e d b y p r i m a r y a n d s e c o n d a r y a e r o s o l s

. C o a r s e

p a r t i c l e s f r o m p r i m a r y a e r o s o l s o r i g i n a t e m a i n l y f r o m m e c h a n i c a l p r o c e s s e s ( c o n s t r u c t i o n a c t i v i t i e s

,

r o a d d u s t

, r e

- s u s p e n s i o n

, w i n d e t c

. ) w h e r e a s f i n e p a r t i c l e s a r e p a r t i c u l a r l y p r o d u c e d t h r o u g h c o m

b u s t i o n [ W H O 2 0 0 6 ]

. M a i n s o u r c e s o f p r i m a r y p a r t i c u l a t e m a t t e r a r e D i e s e l e n g i n e s a n d b i o m a s s c o m

b u s t i o n

. S e c o n d a r y a e r o s o l s a r e f o r m e d i n t h e a t m o s p h e r e t h r o u g h c o n v e r s i o n o f g a s e o u s p r e c u r s o r s

1 I n G e r m a n

, t h e e x p r e s s i o n

„ F e i n s t a u b “ (

„ f i n e p a r t i c l e s “ ) i s u s e d t o d e s c r i b e P M

1 0 , w h i c h

, h o w e v e r

, s t a n d s

f o r t h e e x i s t i n g

„ c o a r s e “ p a r t i c l e s t a n d a r d a c c o r d i n g t o E P A

.6 s u c h a s s u l p h u r o x i d e s ( S O

2 , S O

3 )

, n i t r o g e n o x i d e s ( N O

, N O

2 )

, a m m o n i a ( N H

3 ) a n d N o n

- M e t h a n e V o

l a t i l e O r g a n i c C o m p o u n d s ( N M V O C )

. R e a c t i o n p r o d u c t s a r e a m m o n i u m s u l p h a t e s a n d a m m o n i u m

n i t r a t e

, a l d e h y d e s a n d k e t o n e s a s a n o x i d a t i o n p r o d u c t o f N M V O C

. G r e a t e s t p r o d u c e r o f s e c o n d a r y

a e r o s o l s a r e s t a t i o n a r y c o m b u s t i o n p r o c e s s e s ( e n e r g y

, i n d u s t r y

, d o m e s t i c f u e l : S O

2 , S O

3 a n d N O

,

N O

2 )

, a g r i c u l t u r e ( N H

3 )

, D i e s e l e n g i n e s ( N O

X )

, u s e o f s o l v e n t

, c h e m i c a l i n d u s t r y a n d p e t r o c h e m i s t r y

( N M V O C ) [ U B A 2 0 0 5 ]

.

L o n g e x p o s u r e s t o p a r t i c u l a t e m a t t e r c a n c a u s e s e r i o u s h e a l t h p r o b l e m s s u c h a s h i g h e r m o r

b i d i t y

, a f f e c t i o n o f l u n g s a n d a s h o r t e r l i f e e x p e c t a n c y

, m a i n l y i n s u b j e c t w i t h p r e

- e x i s t i n g h e a r t a n d

l u n g d i s e a s e s

. T h e p a r t i c l e s i z e i s a m a i n d e t e r m i n a n t o f h e a l t h e f f e c t s

. C o a r s e p a r t i c l e s a r e g e n e r a l l y

f i l t e r e d i n t h e n o s e a n d t h r o a t w h e r e a s p a r t i c u l a t e m a t t e r s m a l l e r t h e n P M

1 0 c a n s e t t l e i n t h e l u n g s a n d

m a y r e a c h t h e a l v e o l a r r e g i o n

. T h e s i z e P M

1 0 c a n ’ t b e s e e n a s a s t r i c t e d g e b e t w e e n r e s p i r a b l e a n d

n o n

- r e s p i r a b l e p a r t i c l e s

, b u t h a s b e e n a g r e e d u p o n f o r m o n i t o r i n g b y m o s t r e g u l a t o r y a g e n c i e s s o f a r

.

W H O t h o u g h h a s p u b l i s h e d 2 0 0 6 i t ’ s l a t e s t A i r Q u a l i t y G u i d e l i n e ( A Q G s ) b a s e d o n h e a l t h e f f e c t s w i t h

l i m i t i n g v a l u e s f o r P M

1 0 a n d P M

2

, 5

. , b o t h f o r s h o r t

- t e r m a n d l o n g

- e x p o s u r e s [ W H O 2 0 0 6 ]

.



# 3

. 2 H e a l th r e l e v a n c e o f P M

T h e a i m o f t h e A i r Q u a l i t y G u i d e l i n e ( A Q G ) o f t h e W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n ( W H O ) i s t o s u p p o r t

a c t i o n s t o a c h i e v e a i r q u a l i t y t h a t p r o t e c t s h u m a n h e a l t h

. C o u n t r i e s a r e e n c o u r a g e d b y W H O t o c o n

s i d e r a d o p t i n g a n i n c r e a s i n g l y s t r i n g e n t s e t o f s t a n d a r d s

, t r a c k i n g p r o g r e s s t h r o u g h t h e m o n i t o r i n g o f

e m i s s i o n r e d u c t i o n s a n d d e c l i n i n g c o n c e n t r a t i o n s o f p a r t i c u l a t e m a t t e r

. T o a s s i s t t h i s p r o c e s s

, t h e

g u i d e l i n e a n d i n t e r i m t a r g e t v a l u e s o f t h e A Q G r e f l e c t t h e c o n c e n t r a t i o n s a t w h i c h i n c r e a s e d m o r t a l i t y

r e s p o n s e s d u e t o p a r t i c u l a t e m a t t e r a i r p o l l u t i o n a r e e x p e c t e d b a s e d o n c u r r e n t s c i e n t i f i c f i n d i n g s

[ W H O 2 0 0 6 ]

. B e s i d e t h e g u i d e l i n e v a l u e

, t h r e e i n t e r i m t a r g e t s w e r e d e f i n e d s i n c e c o u n t r i e s m a y f i n d

t h e s e i n t e r i m t a r g e t s p a r t i c u l a r l y h e l p f u l i n g a u g i n g p r o g r e s s o v e r t i m e i n t h e d i f f i c u l t p r o c e s s o f

s t e a d i l y r e d u c i n g p o p u l a t i o n e x p o s u r e s t o P M

. D u e t o W H O ’ s A i r Q u a l i t y G u i d e l i n e b o t h t h e E u r o p e a n

C o m m i s s i o n a n d t h e U n i t e d S t a t e s E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y h a v e u s e d t h e a p p r o a c h t o

r e v i s e t h e i r a i r q u a l i t y s t a n d a r d s f o r p a r t i c u l a t e m a t t e r

. T a b l e 3

. 1 a n d T a b l e 3

. 2 s u m m a r i z e t h e c u r r e n t

d a t a o n P M r e p o r t e d b y W H O p r o p o s e d f o r a n n u a l a n d d a i l y m e a n c o n c e n t r a t i o n s

.7 T a b l e 3

. 1 W H O a i r q u a l i t y g u i d e l i n e s a n d i n t e r i m t a r g e t s f o r p a r t i c u l a t e m a t t e r : a n n u a l m e a n c o n c e n t r a t i o n s

. T h e u s e o f P M 2

. 5 g u i d e l i n e v a l u e i s p r e f e r r e d

.

P M 1 0

[ μ g / m 3 ] P M 2

. 5

[ μ g / m 3 ] B a s i s f o r t h e s e l e c t e d l e v e l

I n t e r i m t a r g e t

- 1 7 0 3 5 T h e s e l e v e l s a r e a s s o c i a t e d w i t h a b o u t a 1 5 % h i g h e r l o n g

- t e r m

m o r t a l i t y r i s k r e l a t i v e t o t h e A Q G l e v e l

.

I n t e r i m t a r g e t

- 2 5 0 2 5 I n a d d i t i o n t o o t h e r h e a l t h b e n e f i t s

, t h e s e l e v e l s l o w e r t h e r i s k o f

p r e m a t u r e m o r t a l i t y b y a p p r o x i m a t e l y 6 % [ 2

– 1 1 % ] r e l a t i v e t o t h e I T

- 1

l e v e l

.

I n t e r i m t a r g e t

- 3 3 0 1 5 I n a d d i t i o n t o o t h e r h e a l t h b e n e f i t s

, t h e s e l e v e l s r e d u c e t h e m o r t a l i t y

r i s k b y a p p r o x i m a t e l y 6 % [ 2

- 1 1 % ] r e l a t i v e t o t h e

- I T

- 2 l e v e l

.

A i r q u a l i t y

g u i d e l i n e ( A Q G ) 2 0 1 0 T h e s e a r e t h e l o w e s t l e v e l s a t w h i c h t o t a l

, c a r d i o p u l m o n a r y a n d

l u n g c a n c e r m o r t a l i t y h a v e b e e n s h o w n t o i n c r e a s e w i t h m o r e t h a n

9 5 % c o n f i d e n c e i n r e s p o n s e t o l o n g

- t e r m e x p o s u r e t o P M 2

. 5

.

T a b l e 3

. 2 W H O a i r q u a l i t y g u i d e l i n e s a n d i n t e r i m t a r g e t s f o r p a r t i c u l a t e m a t t e r : 2 4 h o u r c o n c e n t r a t i o n s ( 9 9 t h

p e r c e n t i l e ( d a y s / y e a r )

.

P M 1 0

[ μ g / m 3 ] P M 2

. 5

[ μ g / m 3 ] B a s i s f o r t h e s e l e c t e d l e v e l

I n t e r i m t a r g e t

- 1 1 5 0 7 5 B a s e d o n p u b l i s h e d r i s k c o e f f i c i e n t s f r o m m u l t i

- c e n t r e s t u d i e s a n d

m e t a

- a n a l y s e s ( a b o u t 5 % i n c r e a s e o f s h o r t

- t e r m m o r t a l i t y o v e r t h e

A Q G v a l u e )

.

I n t e r i m t a r g e t

- 2 1 0 0 5 0 B a s e d o n p u b l i s h e d r i s k c o e f f i c i e n t s f r o m m u l t i

- c e n t r e s t u d i e s a n d

m e t a

- a n a l y s e s ( a b o u t 2

. 5 % i n c r e a s e o f s h o r t

- t e r m m o r t a l i t y o v e r

t h e A Q G v a l u e )

.

I n t e r i m t a r g e t

- 3 7 5 3 7

. 5 B a s e d o n p u b l i s h e d r i s k c o e f f i c i e n t s f r o m m u l t i

- c e n t r e s t u d i e s a n d

m e t a

- a n a l y s e s ( a b o u t 1

. 2 % i n c r e a s e i n s h o r t

- t e r m m o r t a l i t y o v e r

t h e A Q G v a l u e )

.

A i r q u a l i t y

g u i d e l i n e ( A Q G ) 5 0 2 5 B a s e d o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e n 2 4

- h o u r a n d a n n u a l P M l e v e l s

.8 

# 3

. 3 I m m i s s i o n l i m i t v a l u e s fo r PM

T a b l e 3

. 3 s h o w s a c o m p a r i s o n o f i m m i s s i o n l i m i t v a l u e s i n d i f f e r e n t c o u n t r i e s

.

T h e E u r o p e a n C o m m u n i t y h a s s e t i n d i r e c t i v e s 1 9 9 9 / 3 0 / E C a n d 9 6 / 6 2 / E C l i m i t s f o r P M

1 0 i n t h e a i r

. O n

J a n

. 1 s t 2 0 0 5 t h e s e s t a n d a r d s b e c a m e e f f e c t i v e

. I n a f i r s t p h a s e t h e l i m i t o f t h e y e a r l y a v e r a g e i s

4 0 μ g / m 3 a n d f o r d a i l y a v e r a g e ( 2 4 h o u r m e a n ) 5 0 μ g / m 3

. T h e d a i l y a v e r a g e i s n o t a l l o w e d t o b e

e x c e e d e d m o r e t h a n 3 5 t i m e s p e r y e a r

. I n a s e c o n d p h a s e s t a r t i n g J u n e 1 s t 2 0 1 0 t h e y e a r l y a v e r a g e

s t a n d a r d w i l l b e 2 0 μ g / m 3 a n d t h e d a i l y a v e r a g e l i m i t 5 0 μ g / m 3 w h e r e a s t h e a l l o w e d n u m b e r o f d a i l y

e x c e e d a n c e s w i l l b e r e d u c e d t o 7 d a y s p e r y e a r

.

T a b l e 3

. 3 I m m i s s i o n l i m i t v a l u e s f o r P M 1 0 ( e x c e p t U S A : P M 1 0 a n d P M 2

. 5 )

. * i n d i c a t i v e v a l u e

C o u n t r y A n n u a l

l i m i t v a l u e

[ μ g / m 3 ] 2 4 h o u r

l i m i t v a l u e

[ μ g / m 3 ] A l l o w a n c e f o r 2 4 h l i m i t v a l u e

E C t o 1

. 6

. 1 0 4 0 5 0 3 5 e x c e e d a n c e s p

. a

. ( A u s t r i a : 3 0 )

E C f r o m 1

. 6

. 1 0 2 0 5 0 7 e x c e e d a n c e s p

. a

. ( A u s t r i a : 2 5 )

S w i t z e r l a n d 2 0 5 0 1 e x c e e d a n c e p

. a

.

N o r w a y 3 5 5 0

W H O ( A Q G ) 2 0 5 0

W H O ( A Q G ) 1 0 2 5

U S A P M

1 0 1 5 0 1 e x c e e d a n c e p

. a

. o n a v e r a g e o v e r 3 a

U S A P M

2

. 5 1 5 6 5 9 8 % f o r a n a v e r a g e o v e r 3 a9 

# 4 C o m b u s t i o n p a r t i c l e s

4

. 1 T y p e s o f c o m b u s t i o n p a r ti c l e s

I n v e s t i g a t i o n s o n p a r t i c l e e m i s s i o n s s h o w e d

, t h a t w e l l d e s i g n e d a n d p r o p e r l y o p e r a t e d a u t o m a t i c w o o d

c o m b u s t i o n p l a n t s a c h i e v e a h i g h c o m b u s t i o n q u a l i t y t h u s r e s u l t i n g i n l o w e m i s s i o n s o f u n b u r n e d

h y d r o c a r b o n s a n d s o o t [ N u s s b a u m e r 2 0 0 5 ]

. H o w e v e r

, a u t o m a t i c w o o d b o i l e r s e x h i b i t f a i r l y h i g h m a s s

c o n c e n t r a t i o n s o f p a r t i c l e e m i s s i o n s i n t h e r a w g a s

, i

. e

. , t y p i c a l l y i n t h e o r d e r o f m a g n i t u d e o f

1 0 0 m g / m 3 a t 1 3 V o l

. - % O

2 f o r n a t u r a l w o o d c h i p s a n d u p t o s e v e r a l 1 0 0 m g / m 3 f o r o t h e r f u e l s s u c h a s

b a r k

. P a r t i c l e s f r o m w e l l d e s i g n e d a n d o p e r a t e d a u t o m a t i c w o o d c o m b u s t i o n c o n s i s t m a i n l y o f i n o r

g a n i c m a t t e r s u c h a s s a l t s

, w h i l e p a r t i c l e s f r o m w o o d s t o v e s o p e r a t e d u n d e r p o o r c o n d i t i o n s c o n s i s t

m a i n l y o f s o o t a n d o r g a n i c s u b s t a n c e s

.

T y p i c a l i n o r g a n i c p a r t i c l e s i n t h e f l u e g a s o f a w e l l o p e r a t e d a u t o m a t i c c o m b u s t i o n d e v i c e s a r e

s h o w n i n F i g u r e 4

. 1

. F r o m a p o o r l y o p e r a t e d w o o d s t o v e

, s o o t p a r t i c l e s a s w e l l a s t a r d r o p l e t s c a n b e

i d e n t i f i e d a s s h o w n i n F i g u r e 4

. 2

. I n c o n d i t i o n s w i t h l a c k o f o x y g e n i n t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r

, t h e

m a s s c o n c e n t r a t i o n o n t o t a l p a r t i c l e m a s s i n c r e a s e s d r a m a t i c a l l y a s s h o w n F i g u r e 4

. 3

, w h i c h i s d u e t o

u n b u r n t s o o t i n t h e f l u e g a s

. A s a r e s u l t o f a g g l o m e r a t i o n

, t h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n i s s h i f t e d t o

l a r g e r p a r t i c l e s

. I n a d d i t i o n

, h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f c o n d e n s a b l e o r g a n i c m a t t e r a r e r e l e a s e d w i t h t h e

f l u e g a s

.

S o o t f r o m d i e s e l e n g i n e s h a s b e e n i d e n t i f i e d a s b e i n g c a r c i n o g e n i c i n m a n y i n v e s t i g a t i o n s

.

H o w e v e r

, p a r t i c u l a t e m a t t e r f r o m i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n o f w o o d c o n s i s t s o f s o l i d s o o t p a r t i c l e s a n d

c o n d e n s a b l e o r g a n i c s u b s t a n c e s

. H e n c e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f t o x i c p o l y c y c l i c a r o m a

t i c h y d r o c a r b o n s ( P A H ) a s w e l l a s f a r h i g h e r c e l l t o x i c i t y a n d c a r c i n o g e n i c p o t e n t i a l w e r e f o u n d i n p a r

t i c l e s a n d c o n d e n s a b l e s f r o m i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n o f w o o d t h a n i n d i e s e l s o o t [ K l i p p e l & N u s s

b a u m e r 2 0 0 7 a ]

.

F i g u r e 4

. 1 S E M

- p i c t u r e s o f p a r t i c l e s i n t h e f l u e g a s o f a n a u t o m a t i c w o o d c o m b u s t i o n s y s t e m

, l e f t f r o m t h e

c o m b u s t i o n o f w o o d r e s u l t i n g i n s u b m i c r o n p a r t i c l e s

, r i g h t f r o m t h e c o m b u s t i o n o f h e r b a g e g r a s s

r e s u l t i n g i n l a r g e r p a r t i c l e s a t h i g h e r m a s s c o n c e n t r a t i o n s [ K a u f m a n n e t a l

. 2 0 0 0 ]

.1 0 F i g u r e 4

. 2 T E M

- p i c t u r e s o f s o o t a g g l o m e r a t e s ( l e f t ) a n d t a r d r o p l e t s ( r i g h t ) f r o m t h e f l u e g a s o f a p o o r l y

o p e r a t e d w o o d s t o v e

. S c a l e o f w h i t e l i n e i n t h e l e f t p i c t u r e : 1 0 0 n m

, r i g h t : 5 0 0 n m

. P i c t u r e s f r o m

H e u b e r g e r

, E M P A D ü b e n d o r f

, p u b l i s h e d i n [ K l i p p e l & N u s s b a u m e r 2 0 0 7 b ]

.

F i g u r e 4

. 3 N u m b e r s i z e d i s t r i b u t i o n o f p a r t i c l e s f r o m w o o d s t o v e s u n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i o n c o n d i t i o n s m o n i

t o r e d i n t h e s i z e r a n g e f r o m 2 0 n m t o 1 0 μ m b y S c a n n i n g M o b i l i t y P a r t i c l e S i z e r ( S M P S ) a n d O p t i

c a l P a r t i c l e C o u n t e r ( O P C )

. M a s s c o n c e n t r a t i o n s m e a s u r e d w i t h g r a v i m e t r i c m e t h o d a c c o r d i n g t o

V D I a n d i n d i c a t i n g o n l y s o l i d p a r t i c l e s w i t h o u t c o n d e n s a b l e s a t 1 3 V o l

. - % O

2 [ K l i p p e l & N u s s b a u m e r

2 0 0 7 b ]

.1 1 

# 4

. 2 I n f l u e n c e o f p a r ti c l e s a m p l i n g

C o m b u s t i o n p a r t i c l e s a r e a m i x t u r e o f s o l i d p a r t i c l e s a n d c o n d e n s a b l e s

, b o t h c o n t a i n i n g o r g a n i c a n d

i n o r g a n i c f r a c t i o n s

. E s p e c i a l l y t h e o r g a n i c e m i s s i o n i s s t r o n g l y i n f l u e n c e d b y t h e c o m b u s t i o n c o n d i

t i o n s

. H i g h o r g a n i c e m i s s i o n s a r e c o r r e l a t e d w i t h l o w c o m b u s t i o n e f f i c i e n c y a n d h i g h p o t e n t i a l f o r t o x i c

o r g a n i c s u b s t a n c e s

, e

. g

. b e n z o ( a

)

p y r e n e ( B a P ) o r f l u o r e n e a n d c a n b e a v o i d e d b y h i g h c o m b u s t i o n

t e m p e r a t u r e

, s u f f i c i e n t o x y g e n a v a i l a b i l i t y i n t h e f l a m e e n h a n c e d b y g o o d m i x i n g a n d s u f f i c i e n t l y l o n g

r e s i d e n c e t i m e i n t h e c o m b u s t i o n z o n e

.

T h e e m i s s i o n o f i n o r g a n i c p a r t i c l e s c a n b e s l i g h t l y i n f l u e n c e d b y t h e c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

,

h o w e v e r i t d e p e n d s o n d i f f e r e n t f o r m a t i o n m e c h a n i s m s

. H i g h t e m p e r a t u r e t y p i c a l l y e n h a n c e s t h e

c o n v e r s i o n o f a s h m a t e r i a l t o t h e g a s p h a s e a n d c o n s e q u e n t l y t h e e m i s s i o n o f i n o r g a n i c p a r t i c l e s

.

U n d e r t y p i c a l c o n d i t i o n s

, o r g a n i c p a r t i c l e s a r e m o s t r e l e v a n t i n p o o r l y o p e r a t e d m a n u a l w o o d c o m b u s

t i o n d e v i c e s

, w h i l e i n o r g a n i c p a r t i c l e s a r e m o s t d o m i n a n t i n a u t o m a t i c w o o d c o m b u s t i o n p l a n t s o p e r a

t e d a t h i g h t e m p e r a t u r e s

. D e p e n d i n g o n t h e a i m o f t h e m e a s u r e m e n t

, d i f f e r e n t s a m p l i n g s t r a t e g i e s a r e

c o m m o n l y u s e d e

. g

. f o r p r o d u c t t e s t i n g a n d h e a l t h s t u d i e s

. I n t h e p r e s e n t s u r v e y

, t h r e e t y p e s o f

p a r t i c l e s a m p l i n g a r e d i s t i n g u i s h e d a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

. 4 :

F i g u r e 4

. 4 C o m p a r i s o n o f d i f f e r e n t s a m p l i n g m e t h o d s w i t h t o t a l P M i n t h e f l u e g a s

. E x p l a n a t i o n s :

P M : T o t a l P a r t i c u l a t e M a t t e r i n f l u e g a s a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e

. S P : F i l t e r ( M e t h o d a ) r e s u l t i n g i n s o l i d p a r t i c l e s S P

. S P C : F i l t e r + I m p i n g e r ( M e t h o d b ) r e s u l t i n g i n s o l i d p a r t i c l e s a n d c o n d e n s a b l e s S P C

.

D T : D i l u t i o n T u n n e l ( M e t h o d c ) r e s u l t i n g i n a P M m e a s u r e m e n t i n c l u d i n g S P C a n d m o s t o r a l l C

.

H e n c e D T i s i d e n t i c a l o r s l i g h t l y s m a l l e r t h a n S P C + C d u e t o p o t e n t i a l l y i n c o m p l e t e c o n d e n s a t i o n

d e p e n d i n g o n d i l u t i o n r a t i o a n d s a m p l i n g t e m p e r a t u r e ( s i n c e d i l u t i o n r e d u c e s n o t o n l y t h e t e m p e

r a t u r e b u t a l s o t h e p a r t i a l p r e s s u r e o f c o n t a m i n a n t s )

.

* S O

2 a n d o t h e r s o l u a b l e g a s e o u s c o m p o u n d s i n t h e f l u e g a s m a y b e d i s s o l v e d i n t h e i m p i n g e r s

.

* * I n c a s e o f d e t e r m i n a t i o n o f T O C i n i m p i n g e r s

, t h e m a s s o f O

, H

, N

, S a n d o t h e r e l e m e n t s

c o n t a i n e d i n t h e o r g a n i c c o n d e n s a b l e s n e e d s t o b e a c c o u n t e d f o r s e p a r a t e l y

.

* * * O r g a n i c c o m p o u n d s w h i c h a r e l i q u i d o r s o l i d a t p a r t i a l p r e s s u r e i n t h e f l u e g a s a n d a m b i e n t

t e m p e r a t u r e b u t v o l a t i l e a t s a m p l i n g d u e t o r e d u c e d p a r t i a l p r e s s u r e b y d i l u t i o n a n d t e m p e r a t u r e

a b o v e a m b i e n t

.1 2 a ) S a m p l i n g o f p a r t i c l e s o n a h e a t e d f i l t e r

, t h r o u g h a p r o b e

, f r o m u n d i l u t e d f l u e g a s i n t h e c h i m n e y a t

g a s t e m p e r a t u r e s o f e

. g

. 1 8 0 ° C ( V D I ) o r 1 2 0 ° C ( E P A )

. T h e s e p a r t i c l e s a r e d e f i n e d a s s o l i d p a r

t i c l e s ( S P ) i n t h e s t u d y a n d c o n s i s t o f f i l t e r a b l e p a r t i c l e s a n d d r o p l e t s a t t h e i n d i c a t e d t e m p e r a t u r e

.

I f n o t i n d i c a t e d o t h e r w i s e

, d a t a o n P M i n t h e p r e s e n t r e p o r t a r e g i v e n a s S P

.

S o l i d o r f i l t e r a b l e p a r t i c l e s c o n s i s t o f i n o r g a n i c p a r t i c l e s a n d o r g a n i c p a r t i c l e s

. T h e i n o r g a n i c

p a r t i c l e s a r e c o n s t i t u t e d t o a l a r g e p a r t o f K

2 S O

4 a n d K C l ( d e p e n d i n g o n t h e f u e l c o m p o s i t i o n ) a t

f a v o u r a b l e c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, w h i l e s o o t ( e l e m e n t a l c a r b o n

, E C ) a n d o r g a n i c p a r t i c l e s a r e

a l s o e m i t t e d a s s o l i d p a r t i c l e s i f t h e c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s a r e p o o r

.

b ) S a m p l i n g o f p a r t i c l e s a s d e s c r i b e d i n a ) a n d s u b s e q u e n t s a m p l i n g o f c o n d e n s a b l e o r g a n i c

m a t t e r ( C ) i n i m p i n g e r t r a p s a t t e m p e r a t u r e s < 2 0 ° C

. T y p i c a l l y c o n d e n s a b l e p a r t i c u l a t e e m i s s i o n s

a r e s a m p l e d i n a s e r i e s o f i m p i n g e r f l a s k s

, e

. g

. c o n t a i n i n g w a t e r t o c o l l e c t i n o r g a n i c c o m p o u n d s

a n d c o n t a i n i n g m e t h y l e n e c h l o r i d e t o c a p t u r e o r g a n i c c o m p o u n d s

. T h e s u m o f s o l i d p a r t i c l e s a n d

c o n d e n s a b l e s a r e d e f i n e d a s ( S P C ) i n t h e p r e s e n t r e p o r t

.

I n o r g a n i c m a t t e r

, e x c l u d i n g w a t e r

, f o u n d i n t h e i m p i n g e r s c a n o r i g i n f r o m g a s e o u s p r o d u c t s s u c h

a s e

. g

. S O

2

. H e n c e i n c a s e o f r e l e v a n t a m o u n t o f s u c h c o m p o u n d s

, t h e a l l o c a t i o n o f t h e r e s p e c t i v e

m a s s t o e i t h e r g a s e o u s o r p a r t i c u l a t e e m i s s i o n s i s u n c e r t a i n a n d n e e d s f u r t h e r i n f o r m a t i o n

. U n d e r

t y p i c a l w o o d c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, t h e i n o r g a n i c P M i s s a m p l e d i n t h e f i l t e r

, w h i l e c o n d e n s a b l e

i n o r g a n i c m a t t e r i n t h e i m p i n g e r b o t t l e s i s a s s u m e d t o b e n e g l i g i b l e

.

c ) S a m p l i n g o f f i l t e r a b l e p a r t i c l e s i n a d i l u t i o n t u n n e l w i t h a f i l t e r h o l d e r g a s t e m p e r a t u r e < 3 5 ° C ( e

. g

.

N o r w e g i a n s t a n d a r d N S 3 0 5 8

- 2 )

. D u e t o t h e c o o l i n g a n d d i l u t i o n

, c o n d e n s a b l e o r g a n i c m a t e r i a l i n

t h e h o t f l u e g a s c o n d e n s e s o n t h e f i l t e r

. C o n d e n s a b l e i n o r g a n i c P M i s a s s u m e d t o b e n e g l i g i b l e f o r

r e s i d e n t i a l c o m b u s t i o n o f w o o d

. H e n c e t h e p a r t i c l e c o n c e n t r a t i o n f o u n d b y m e t h o d c ) i s a s s u m e d

t o b e s i m i l a r o r e q u a l t o t h e m a s s d e t e c t e d b y m e t h o d b )

. T h e p a r t i c l e s d e t e c t e d b y m e t h o d c ) a r e

d e f i n e d a s p a r t i c l e s i n d i l u t i o n t u n n e l ( D T ) i n t h e p r e s e n t s t u d y

.

F o r r e s i d e n t i a l c o m b u s t i o n d e v i c e s

, a l l t h r e e m e t h o d s c a n b e a p p l i e d

, w h i l e f o r l a r g e c o m b u s t i o n

d e v i c e s

, m e t h o d c i s n o t a p p l i c a b l e

.

M e t h o d a i s u s e f u l f o r t e s t i n g o f c o m b u s t i o n d e v i c e s

, b u t c a n s i g n i f i c a n t l y u n d e r e s t i m a t e t h e t o t a l

o r g a n i c P M i n a m b i e n t a i r r e s u l t i n g f r o m b i o m a s s c o m b u s t i o n f o r a p p l i c a t i o n s w i t h h i g h c o n c e n t r a t i o n s

o f o r g a n i c s u b s t a n c e s r e s u l t i n g f r o m i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n

. S i n c e c o n d e n s a b l e o r g a n i c m a t t e r h a s

b e e n i d e n t i f i e d a s h i g h l y t o x i c

, m e t h o d a m a y n o t o n l y u n d e r e s t i m a t e t h e m a s s c o n c e n t r a t i o n o f P M

b u t i n a d d i t i o n t h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t

.1 3 

# 4

. 3 M e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s

T a b l e 4

. 1 s h o w s a c o m p a r i s o n o f t h e m o s t c o m m o n m e t h o d s f o r d i s c o n t i n u o u s m e a s u r e m e n t s o f p a r t

i c u l a t e e m i s s i o n s

, w h i l e T a b l e 4

. 2 s h o w s a n o v e r v i e w o n t h e c o v e r e d s i z e r a n g e s a n d t h e a d v a n t a g e s

a n d d i s a d v a n t a g e s o f c o n t i n u o u s m e a s u r e m e n t m e t h o d s

.

D i s c o n t i n u o u s g r a v i m e t r i c s a m p l i n g o f t o t a l p a r t i c l e m a s s c o n c e n t r a t i o n

T h e b a s i c m e t h o d t o m e a s u r e m a s s c o n c e n t r a t i o n s o f P M o f f

- l i n e i n f l u e g a s e s i s g r a v i m e t r i c s a m p l i n g

o n q u a r t z o r g l a s s f i b r e f i l t e r s

, w h i c h h a v e b e e n i n a d e s i c c a t o r o r a r o o m w i t h c o n t r o l l e d h u m i d i t y

p r i o r t o s a m p l i n g

. T h i s m e t h o d g i v e s t o t a l m a s s c o n c e n t r a t i o n

. A s a n o p t i o n

, m a s s c o n c e n t r a t i o n o f a

s p e c i f i c s i z e f r a c t i o n c a n b e g a t h e r e d i n c o m b i n a t i o n w i t h a p r e c y c l o n e w i t a c u t

- o f f o f e

. g

. 1 0 μ m o r

2

. 5 μ m t h u s r e s u l t i n g i n P M

1 0 o r P M

2

. 5

. T h e s a m p l i n g o f p a r t i c l e s o n f i l t e r s e n a b l e s t y p i c a l t i m e r e s o

l u t i o n o f 1 5 m i n u t e s a n d u p a n d h e n c e d o e s n o t e n a b l e t o i d e n t i f y f a s t p r o c e s s e s

. H o w e v e r

, p a r t i c l e s

a v a i l a b l e o n t h e f i l t e r a r e p o t e n t i a l l y a v a i l a b l e f o r a d d i t i o n a l c h e m i c a l a n a l y s i s

.

C o n t i n u o u s m e a s u r e m e n t s o f p a r t i c u l a t e m a t t e r

W h e n t h e r e i s a n e e d o f r e a l

- t i m e m e a s u r e m e n t s o f P M

1 0 a n d P M

2

. 5 T a p e r e d e l e m e n t o s c i l l a t i n g

m i c r o

- b a l a n c e ( T E O M ) i s a w e l l e s t a b l i s h e d i n s t r u m e n t

. T E O M i s o f t e n u s e d f o r c o n t r o l o f P M

1 0 a n d

P M

2

. 5 i n a m b i e n t a i r

. I n c o m b u s t i o n a p p l i c a t i o n s

, t h e a m b i e n t a i r m o d e l o f t h e i n s t r u m e n t i s u s e d

t o g e t h e r w i t h a d i l u t i o n s y s t e m

. F o r l a r g e r c o m b u s t i o n p l a n t s

, t h e r e i s a s p e c i f i c m o d e l o f T E O M a v a i

l a b l e w h i c h o p e r a t e s w i t h o u t d i l u t i o n

.

M e a s u r e m e n t s o f p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n s

S i n c e t h e p a r t i c l e s i z e i s a n i m p o r t a n t p a r a m e t e r w h i c h i n f l u e n c e s e

. g

. t h e l i f e t i m e o f t h e p a r t i c l e s i n

t h e a m b i e n t a i r a n d t h e s e p a r a t i o n e f f i c i e n c y i n t h e h u m a n r e s p i r a t o r y t r a c t

, t h e r e i s a n i n c r e a s i n g

i n t e r e s t i n t h e p a r t i c l e s i z e o f p a r t i c u l a t e e m i s s i o n s a s w e l l a s o f p a r t i c u l a t e m a t t e r i n t h e a m b i e n t a i r

.

F o r t h i s p u r p o s e

, p a r t i c l e n u m b e r o r p a r t i c l e m a s s d i s t r i b u t i o n s a r e d e t e r m i n e d d e p e n d i n g o n t h e

a n a l y t i c a l m e t h o d

. I n a d d i t i o n

, o n

- l i n e d e t e c t i o n w i t h h i g h t i m e r e s o l u t i o n i s o f i n t e r e s t t o d e t e c t i n s t a

t i o n a r y c o m b u s t i o n p r o c e s s e s s u c h a s e

. g

. t h e s t a r t

- u p p h a s e o f c o m b u s t i o n d e v i c e s

.

a

) M a

s

s s i z

e d i s

t r i b

u

t

i o

n

F o r m e a s u r e m e n t s o f m a s s s i z e d i s t r i b u t i o n s

, l o w p r e s s u r e c a s c a d e i m p a c t o r s ( e

. g

. A n d e r s e n I m

p a c t o r

, D e k a t i L o w P r e s s u r e I m p a c t o r D L P I

, B e r n e r L o w P r e s s u r e I m p a c t o r B L P I ) a r e f r e q u e n t l y u s e d

,

t y p i c a l l y r a n g i n g f r o m 3 0 n m t o 1 0

– 2 0 μ m

, s o m e t i m e s a l s o c o m b i n e d w i t h a f i l t e r w h i c h e x t e n d s t h e

m e a s u r e m e n t r a n g e d o w n t o a f e w n a n o m e t r e s

. D u e t o t h e s a m p l i n g m e t h o d

, c a s c a d e i m p a c t o r s a r e

a l s o o p e r a t e d o f f l i n e a n d p a r t i c l e s a m p l e s c a n p o t e n t i a l l y b e u s e d f o r a d d i t i o n a l a n a l y s e s

.1 4 b

) N u m b

e

r s i z

e d i s

t r

i b

u

t i o

n

F r o m h e a l t h a s p e c t s t h e r e i s a l s o a n i n t e r e s t i n p a r t i c l e n u m b e r c o n c e n t r a t i o n s a n d p a r t i c l e n u m b e r

s i z e d i s t r i b u t i o n s

, s i n c e a h i g h n u m b e r o f u l t r a f i n e p a r t i c l e s a r e a s s u m e d t o b e r e l e v a n t a t l e a s t t o

c e r t a i n h e a l t h i s s u e s

. T h e r e a r e s e v e r a l i n s t r u m e n t s a v a i l a b l e f o r o n

- l i n e m e a s u r e m e n t s o f p a r t i c l e

n u m b e r

, m o s t l y i n n e e d o f d i l u t i o n s y s t e m s a s t h e y d o n o t c o p e w i t h h i g h t e m p e r a t u r e s

. T h e m a i n

i n s t r u m e n t s a r e :

• S c a n n i n g m o b i l i t y p a r t i c l e s i z e r ( S M P S ) a r e c o m m o n l y u s e d f o r m e a s u r e m e n t o f n u m b e r c o n

c e n t r a t i o n a n d c o r r e s p o n d i n g s i z e d i s t r i b u t i o n

. T h e r e a r e a n u m b e r o f i n s t r u m e n t v e r s i o n s

,

w o r k i n g i n t h e s i z e r a n g e f r o m a f e w n a n o m e t r e s t o 1 μ m

.

• E l e c t r i c l o w p r e s s u r e i m p a c t o r ( E L P I ) i s a n o t h e r i n s t r u m e n t f o r c h a r a c t e r i s a t i o n o f n u m b e r

c o n c e n t r a t i o n a n d d i s t r i b u t i o n

, r a n g i n g f r o m 7 n m t o 1 0 μ m

.

• A e r o d y n a m i c p a r t i c l e s i z e r ( A P S ) m e a s u r e s p a r t i c l e s f r o m ~ 0

. 5 μ m t o ~ 1 0 μ m

.

• F a s t m o b i l i t y p a r t i c l e s i z e r ( F M P S ) i s a r a t h e r n e w i n s t r u m e n t f o r n u m b e r c o n c e n t r a t i o n s a n d

s i z e d i s t r i b u t i o n s r a n g i n g f r o m 5

. 6 n m t o 0

. 5 6 μ m

.

• O p t i c a l p a r t i c l e c o u n t e r ( O P C ) i s a n o t h e r o p t i o n f o r m e a s u r e m e n t o f n u m b e r o f p a r t i c l e s

,

t y p i c a l l y r a n g i n g f r o m ~ 0

. 1 μ m t o a f e w m i c r o m e t e r s

.

T h e i n s t r u m e n t s m e n t i o n e d u s e d i f f e r e n t p a r t i c l e d i a m e t e r s f o r c h a r a c t e r i s a t i o n o f n u m b e r s i z e d i s t r i

b u t i o n s

. I t i s i m p o r t a n t t o r e s p e c t w h i c h d i a m e t e r i s c o n s i d e r e d e

. g

. t o p e r f o r m c a l c u l a t i o n s f r o m n u m

b e r t o m a s s c o n c e n t r a t i o n

. I n F i g u r e 4

. 5 a c o m p a r i s o n o f S M P S

, E L P I

, D L P I

, a n d A P S i s p r e s e n t e d i n

w h i c h a l l d a t a a r e c o n v e r t e d t o a e r o d y n a m i c d i a m e t e r b y a s s u m p t i o n o f s p h e r i c a l p a r t i c l e s w i t h a n

e q u i v a l e n c e d e n s i t y o f 2 g / c m 3 f o r S M P S a n d E L P I

. W i t h t h i s a s s u m p t i o n

, E L P I a n d S M P S s h o w a

r e a s o n a b l e a g r e e m e n t i n t h e s u b m i c r o n r a n g e

. I n t h e s u p e r m i c r o n r a n g e

, m e a s u r e m e n t s w i t h E L P I

l e a d t o f a r h i g h e r v a l u e s t h a n D L P I a n d D L P I l e a d s t o f a r h i g h e r v a l u e s t h a n A P S

. H o w e v e r

, i t n e e d s

t o b e r e s p e c t e d

, t h a t t h e p r e s e n t e d d a t a e x h i b i t a v e r y s t e e p d e c r e a s e i n c o n c e n t r a t i o n b e t w e e n 0

. 1 t o

1 0 μ m a s t h e y c o v e r a t o t a l r a n g e i n c o n c e n t r a t i o n o f 9 o r d e r s o f m a g n i t u d e

. D u e t o t h e m e a s u r e m e n t

p r i n c i p l e o f s u c c e s s i v e s e p a r a t i o n o f p a r t i c l e s w i t h d e c r e a s i n g s i z e a s u s e d b y S M P S a n d E L P I

, i t i s

d i f f i c u l t t o c o v e r m a n y o r d e r s o f m a g n i t u d e s i n c o n c e n t r a t i o n

, s i n c e a m i n o r c a r r y

- o v e r o f s m a l l

p a r t i c l e s t o t h e s u b s e q u e n t s e p a r a t i o n s e c t i o n s l e a d t o a s i g n i f i c a n t o v e r e s t i m a t i o n o f t h e n u m b e r o f

l a r g e p a r t i c l e s

. H e n c e t h e E L P I o v e r e s t i m a t e s t h e n u m b e r c o n c e n t r a t i o n i n F i g u r e 4

. 5 f o r p a r t i c l e s

> 0

. 5 μ m

. T h i s e f f e c t h a s a l s o b e e n f o u n d f o r a c o m p a r i s o n o f S M P S a n d O P C

, w h e r e i n c a s e o f

m o d e r a t e p a r t i c l e s c o n c e n t r a t i o n s > 0

. 2 μ m ( i

. e

. , f o r g o o d c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s )

, t h e S M P S w a s o v e r

e s t i m a t i n g t h e n u m b e r c o n c e n t r a t i o n s > 0

. 2 μ m

, w h i l e S M P S a n d O P C s h o w e d g o o d a g r e e m e n t i n t h e

r a n g e b e t w e e n 0

. 1 t o 0

. 5 μ m i n c a s e o f h i g h c o n c e n t r a t i o n s ( i

. e

. , p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s ) [ K l i p p e l

& N u s s b a u m e r 2 0 0 7 b ]

. I n s u c h a p p l i c a t i o n s

, O P C m e a s u r e m e n t n e e d s t o b e p e r f o r m e d i n d i l u t e d f l u e

g a s t o a v o i d e x c e e d a n c e o f t h e m e a s u r e m e n t l i m i t

, w h e r e t w o p a r t i c l e s m a y b e d e t e c t e d a s o n e

.

A d d i t i o n a l p a r t i c l e p r o p e r t i e s

B e s i d e s m a s s a n d n u m b e r c o n c e n t r a t i o n s s u r f a c e a n d v o l u m e c o n c e n t r a t i o n s a r e e x a m p l e s o f o t h e r

p a r a m e t e r s t h a t m i g h t b e i n t e r e s t i n g t o c o n s i d e r i n c e r t a i n a p p l i c a t i o n s

. F i n a l l y

, i t s h o u l d a l s o b e

e m p h a s i z e d t h a t c h a r a c t e r i s a t i o n o f c h e m i c a l c o n t e n t i s v e r y i m p o r t a n t a s i t c a n g i v e i n f o r m a t i o n o n

c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s a n d m i r r o r s t h e a s h c o n t e n t i n t h e f u e l

.1 5 T a b l e 4

. 1 C o m p a r i s o n o f m e t h o d s f o r d i s c o n t i n u o u s p a r t i c l e m e a s u r e m e n t s [ J o k i n i e m i 2 0 0 7 ]

. L P I

= L o w

p r e s s u r e i m p a c t o r

, S E M / T E M

= S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y / t u n n e l e l e c t r o n m i c r o s c o p y

.

T a b l e 4

. 2 C o m p a r i s o n o f m e t h o d s f o r c o n t i n u o u s p a r t i c l e m e a s u r e m e n t s [ J o k i n i e m i 2 0 0 7 ]

.1 6 F i g u r e 4

. 5 C o m p a r i s o n o f n u m b e r s i z e d i s t r i b u t i o n s w i t h d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t i n s t r u m e n t s a t s i m u l t a n e o u s

m e a s u r e m e n t i n f l u e g a s f r o m a r e s i d e n t i a l p e l l e t b u r n e r [ P a g e l s e t a l

. 2 0 0 2 ]

.1 7 

# 5 D a t a b a s i s

5

. 1 Pa r ti c i p a ti n g c o u n tr i e s

I n t o t a l

, 1 7 p a r t i c i p a n t s f r o m 7 c o u n t r i e s p a r t i c i p a t e d i n t h e p r e s e n t s u r v e y a n d c o n t r i b u t e d w i t h d a t a i n

t h e q u e s t i o n n a i r e

. I n a d d i t i o n

, d a t a f o r n a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s w e r e r e p o r t e d o r g a t h e r e d f r o m

l i t e r a t u r e

.

T a b l e 5

. 1 L i s t o f p a r t i c i p a t i n g I E A c o u n t r i e s a n d i n s t i t u t i o n s i n t h e s u r v e y

.

C o u n t r y A b b r e v i a t i o n I n s t i t u t i o n ( f u l l n a m e )

A U S B L T B i o m a s s L o g i s t i c s T e c h n o l o g y

, W i e s e l b u r g

B i o s B i o s B i o e n e r g y a n d G r a z U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

, G r a z

J o a n n e u m J o a n n e u m R e s e a r c h

, G r a z

K O V A u s t r i a n T i l e s S t o v e A s s o c i a t i o n

, V i e n n a

D E N F o r c e F O R C E T e c h n o l o g y

, B r ø n d b y

G E R I E I n s t i t u t e f o r E n e r g y a n d E n v i r o n m e n t

, L e i p z i g

T F Z T e c h n o l o g i e

- u n d F ö r d e r z e n t r u m

, S t r a u b i n g

U n i S t u t t g a r t U n i v e r s i t y o f S t u t t g a r t

, I n s t

. o f P r o c e s s E n g

. a n d P o w e r P l a n t T e c h n o l o g y

Z A E Z A E B a y e r n

, G a r c h i n g

N E T T N O T N O S c i e n c e a n d I n d u s t r y

, A p e l d o o r n

N O R S I N T E F S I N T E F N B L

, N o r w e g i a n F i r e R e s e a r c h L a b o r a t o r y

, T r o n d h e i m

S W E S P T e c h

. S P T e c h n i c a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S w e d e n

, B o r å s

U m e å U n i U m e å U n i v e r s i t y

, E n e r g y T e c h n

. a n d T h e r m a l P r o c e s s C h e m i s t r y

, U m e å

V X U V ä x j ö U n i v e r s i t y

, D e p

. o f B i o e n e r g y T e c h n o l o g y

, V ä x j ö

S W I C A T S E C e n t r e o f A p p r o p r i a t e T e c h n o l o g y a n d S o c i a l E c o l o g y

, L a n g e n b r u c k

V e r e n u m V e r e n u m

, Z ü r i c h a n d U n i v e r s i t y o f L u c e r n e

, L u c e r n e

V o c k V o c k E n g i n e e r i n g

, M a s c h w a n d e n1 8 

# 5

. 2 S o u r c e s

M o s t o f t h e d a t a p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g f i g u r e s h a v e b e e n i n d i c a t e d b y t h e p a r t i c i p a t i n g e x p e r t s

f r o m t h e i n s t i t u t i o n s d e s c r i b e d i n T a b l e 5

. 1

. I n t h e s e c a s e s

, t h e r e i s n o d i r e c t l i t e r a t u r e q u o t a t i o n

, a s

t h e s e d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d b y t h e q u e s t i o n n a i r e s e n t o u t i n t h e p r e s e n t s t u d y

.

I n s e v e r a l c a s e s

, a d d i t i o n a l d a t a h a v e b e e n u s e d f r o m r e p o r t s o r l i t e r a t u r e

. I n t h e s e c a s e s

, t h e

s o u r c e i s c i t e d i n t h e f i g u r e s w i t h n u m b e r s i n b r a c k e t s a s e

. g

. [ 7 ] w h i c h r e f e r t o t h e l i t e r a t u r e l i s t i n

c h a p t e r 9

. 2

.



# 5

. 3 Em i s s i o n f a c t o r s

E m i s s i o n f a c t o r s a r e r e p r e s e n t a t i v e v a l u e s w h i c h a t t e m p t t o r e l a t e t h e q u a n t i t y o f a p o l l u t a n t r e l e a s e d

t o t h e a t m o s p h e r e w i t h a n a c t i v i t y a s s o c i a t e d w i t h t h e r e l e a s e o f t h a t p o l l u t a n t [ E P A 2 0 0 7 ]

. E m i s s i o n

f a c t o r s f o r b i o m a s s c o m b u s t i o n a p p l i a n c e s a r e e x p r e s s e d a s t h e w e i g h t o f p o l l u t a n t d i v i d e d b y a u n i t

e n e r g y

, v o l u m e

, o r w e i g h t o f t h e a c t i v i t y e m i t t i n g t h e p o l l u t a n t ( e

. g

. , g r a m s o f p a r t i c u l a t e e m i t t e d p e r

k i l o g r a m o f w o o d b u r n e d )

. T h e y a r e u s e d t o m a k e s o u r c e

- o r a p p l i a n c e

- s p e c i f i c e m i s s i o n e s t i m a t e s

.

E m i s s i o n f a c t o r s r e p r e s e n t a n a v e r a g e r a n g e o f e m i s s i o n r a t e s

, r o u g h l y h a l f o f t h e s u b j e c t

s o u r c e s w i l l h a v e e m i s s i o n r a t e s g r e a t e r t h a n t h e e m i s s i o n f a c t o r a n d t h e o t h e r h a l f w i l l h a v e e m i s s i o n

r a t e s l e s s t h a n t h e f a c t o r

. M a n u a l o p e r a t e d c o m b u s t i o n a p p l i a n c e s h a v e a n e s p e c i a l l y w i d e r a n g e o f

e m i s s i o n f a c t o r s

. E s s e n t i a l a r e t h e o p e r a t i n g m o d e

, t h e f u e l t y p e

, a n d t h e t e c h n i q u e o f t h e e q u i p m e n t

.

M e a s u r e s r e g a r d i n g m a n u a l o p e r a t e d c o m b u s t i o n d e v i c e s s h o w t h a t t h e e m i s s i o n s d u r i n g p r a c t i c a l

o p e r a t i o n h a v e a f a c t o r l e a s t w i s e t w i c e a s h i g h a s d u r i n g i d e a l o p e r a t i o n w h e r e a s b y i m p r o p e r h a n d

l i n g t h e e m i s s i o n s c a n p o s s i b l y b e e v e n t e n t i m e s a s h i g h

. T h e a c c u r a c y o f e m i s s i o n f a c t o r s h a s a

c e n t r a l i m p a c t o n t h e q u a l i t y o f e m i s s i o n i n v e n t o r i e s

.

T o o b t a i n a c l e a r e r p i c t u r e o f t h e e m i s s i o n r a n g e

, o n e t a r g e t o f t h e s u r v e y i s t o r e c o r d v a l u e s

c o n t a i n i n g d a t a f r o m b e s t r e s u l t s a t i d e a l o p e r a t i o n o v e r t y p i c a l r e s u l t s a t p r a c t i c a l o p e r a t i o n t o w o r s t

r e s u l t s a t v e r y p o o r o p e r a t i o n

. T h e c o l l e c t e d e m i s s i o n f a c t o r s a r e r e s u l t s o f m e a s u r e m e n t s a n d d a t a

f r o m l i t e r a t u r e o f v a r i o u s c o u n t r i e s a n d w h e r e d e l i v e r e d i n d i f f e r e n t m e a s u r e s

. F o r c o m p a r i s o n r e a s o n s

t h e d a t a a r e c o n v e r t e d t o m g p a r t i c l e s e m i t t e d p e r M J e n d e n e r g y c o n t a i n e d i n t h e f u e l b a s e d o n l o w e r

h e a t i n g v a l u e a n d i n d i c a t e d a s [ m g / M J ]

. I f n o t d e t e r m i n e d i n t h e e v a l u a t e d l i t e r a t u r e

, e m i s s i o n f a c t o r s

a r e a s s u m e d t o b e m e a s u r e d w i t h o u t s t a r t

.1 9 

# 6 R e s u l t s o n e m i s s i o n f a c t o r s

6

. 1 O p e n fi r e p l a c e s

F i g u r e 6

. 1 s h o w s t h e P M e m i s s i o n f a c t o r s f o r o p e n f i r e p l a c e s

. T h e r a n g e f o r t y p i c a l m e a s u r e d e m i s

s i o n f a c t o r s o n s o l i d p a r t i c l e s ( S P ) v a r i e s b e t w e e n 2 3 a n d 2 6 5 m g / M J

. N a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s r a n g e

f r o m 1 6 0 ( G E R ) t o 4 4 7 m g / M J ( U K M )

. T h e o f f i c i a l e m i s s i o n f a c t o r f o r F i n l a n d a n d N o r w a y a r e

8 6 0 m g / M J a n d 9 1 0 m g / M J r e s p e c t i v e l y i n d i c a t e d f o r m e a s u r e m e n t s w i t h d i l u t i o n t u n n e l ( D T )

.

F i g u r e 6

. 1 E m i s s i o n f a c t o r s f o r P M i n m g / M J f o r s o l i d p a r t i c l e s ( S P

, r e d ) a n d f o r p a r t i c l e s m e a s u r e d i n d i l u t i o n

t u n n e l ( D T

, l i g h t g r e e n )

.2 0 

# 6

. 2 C l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s (c l o s e d fi r e p l a c e s )

F o r c l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s ( c l o s e d f i r e p l a c e s a c c o r d i n g t o E N 1 3 2 2 9 : 2 0 0 1 )

, o n l y f e w d a t a w e r e

a v a i l a b l e

. W o r s t r e s u l t s f o r e m i s s i o n f a c t o r s r a n g e f r o m 1 8 0

– 2 0 4 m g / M J

, t y p i c a l r e s u l t s f r o m 4 7

–

8 3 m g / M J a n d b e s t r e s u l t s f r o m 1 4

– 2 6 m g / M J

.

F i g u r e 6

. 2 E m i s s i o n f a c t o r s f o r c l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s i n d i c a t e d a s s o l i d p a r t i c l e s ( S P )

.



# 6

. 3 W o o d s t o v e s

I n t h i s p a r a g r a p h

, P M e m i s s i o n f a c t o r s f o r c o n v e n t i o n a l w o o d s t o v e s w i t h n a t u r a l d r a f t a r e d i s u c u s s e d

.

W i t h i n t h e s u r v e y m o s t d a t a w a s d e l i v e r e d f o r t h e c a t e g o r y o f w o o d s t o v e s s o t h a t t h i s r u b r i c r e

p r e s e n t s a b r o a d o v e r v i e w

. F o r t y p i c a l m e a s u r e d s o l i d p a r t i c l e s w i t h s t a r t p h a s e t h e s c o p e r a n g e s

f r o m 6 4 t o 8 7 m g / M J

. M e a s u r e m e n t s w i t h c o n d e n s a b l e s a n d i n d i l u t i o n t u n n e l s h o w p e r s i s t e n t l y h i g h e r

r e s u l t s i n t h e r a n g e f r o m 3 4 0 t o 5 4 4 m g / M J

.

N a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s a r e t h e b a s i s f o r c a l c u l a t i o n s o f e m i s s i o n i n v e n t o r y r e p o r t s

. O n e o f

t h e m o s t i m p o r t a n t a p p l i c a t i o n s i s t h e r e p o r t i n g o f n a t i o n a l g r e e n h o u s e g a s i n v e n t o r i e s u n d e r t h e

U n i t e d N a t i o n s F r a m e w o r k C o n v e n t i o n o n C l i m a t e C h a n g e

. T h e c o m p a r i s o n o f d e f a u l t P M e m i s s i o n

f a c t o r s f o r w o o d s t o v e s r e v e a l s a w i d e o r d e r o f m a g n i t u d e

. T h e e m i s s i o n f a c t o r f o r s o l i d p a r t i c l e s

r a n g e s f r o m 9 4 m g / M J ( G e r m a n y ) t o 6 5 0 m g / M J ( S w e d e n )

. I n c o u n t r i e s w i t h c o m p u l s o r y m e a s u r e

m e n t s w i t h d i l u t i o n t u n n e l t h e f a c t o r s a r e h i g h e r c o m p a r e d t o s o l i d p a r t i c l e s

. F a c t o r s v a r y f r o m

7 5 0 m g / M J ( F i n l a n d ) t o 1 9 3 2 m g / M J ( N o r w a y )

. T h e F i n n i s h v a l u e i s a n e w r e v i s e d n u m b e r w h i c h w i l l

a p p l y s o o n

, w h i l e c u r r e n t l y t h e o l d v a l u e o f 4 0 0 m g / M J i s s t i l l i n f o r c e

. T h e N o r w e g i a n e m i s s i o n e s t i

m a t e i s b a s e d o n a n a g g r e g a t e d e m i s s i o n f a c t o r f o r t r a d i t i o n a l / c o n v e n t i o n a l s t o v e s

, n e w s t o v e s a n d

o p e n f i r e p l a c e s [ N o r d i c C o u n c i l o f M i n i s t e r s 2 0 0 4 ]

. A n e x p l a n a t i o n t o t h e h i g h N o r w e g i a n e m i s s i o n

d a t a i s t h a t t h e N o r w e g i a n s t a n d a r d f o r w o o d s t o v e s i n c l u d e s m e a s u r e m e n t s a t l o w t h e r m a l o u t p u t

w i t h t h r o t t l e d a i r s u p p l y

. T h u s t h e d a t a s h o u l d r e p r e s e n t r e a l u s e o f w o o d s t o v e s i n N o r w a y

.

F i g u r e 6

. 3 s h o w s t h e e m i s s i o n f a c t o r s f o r w o o d s t o v e s w i t h i n d i c a t i o n o f r a n g e s f r o m b e s t

,

t y p i c a l t o w o r s t t y p e o f o p e r a t i o n o r c o m b u s t i o n t y p e

. F i g u r e 6

. 4 s u m m a r i z e s t h e s a m e d a t a w i t h

i n d i c a t i o n o f t h e t y p i c a l d a t a o n l y

. F i g u r e 6

. 3 a n d F i g u r e 6

. 4 a r e g i v e n a d d i t i o n a l l y i n m a g n i f i e d s c a l e i n

t h e a p p e n d i x f o r b e t t e r r e a d a b i l i t y

.2 1 F i g u r e 6

. 3 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r w o o d s t o v e s d e p e n d i n g o f t y p e

o f o p e r a t i o n a n d / o r e q u i p m e n t

. R e d

= S P

, l i g h t g r e e n = D T

, d a r k g r e e n = S P C

, b l a c k

= a v e r a g e

.

F i g u r e 6

. 4 A v e r a g e e m i s s i o n f a c t o r s f o r w o o d s t o v e s

. R e d

= S P

, l i g h t g r e e n = D T

, d a r k g r e e n = S P C

, b l a c k

=

a v e r a g e S P

, b l a c k a n d g r e e n = a v e r a g e S P C a n d D T

.

F i g u r e 6

. 5 N a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s f o r w o o d s t o v e s

.2 2 

# 6

. 4 L o g w o o d b o i l e r s

F o r l o g w o o d b o i l e r s

, t h e t e c h n o l o g y o f t w o s t a g e c o m b u s t i o n h a s b e e n i m p l e m e n t e d s i n c e m o r e t h a n

2 0 y e a r s

. M o s t m o d e r n l o g w o o d b o i l e r s u s e d e

. g

. i n S w i t z e r l a n d

, A u s t r i a

, a n d G e r m a n y a r e b a s e d o n

a t w o s t a g e c o m b u s t i o n w i t h p r i m a r y a i r f o r t h e s o l i d f u e l c o n v e r s i o n

, a s u b s e q u e n t m i x i n g z o n e w i t h

i n j e c t i o n o f s e c o n d a r y a i r f o l l o w e d b y t h e p o s t c o m b u s t i o n c h a m b e r a n d f i n a l l y t h e h e a t e x c h a n g e r i n

t h e b o i l e r s e c t i o n [ N u s s b a u m e r 2 0 0 3 ]

. S u c h b o i l e r s a r e u s u a l l y d e s i g n e d b y t h e d o w n d r a f t p r i n c i p l e

a n d m o s t c o m m o n l y o p e r a t e d w i t h f o r c e d d r a f t

, e i t h e r b y a p p l i c a t i o n o f v e n t i l a t o r s f o r t h e a i r i n l e t

a n d / o r f o r t h e f l u e g a s e x h a u s t

. I n t h e p r e s e n t s u r v e y

, d a t a f r o m d o w n d r a f t b o i l e r s w i t h f o r c e d d r a f t

a n d d a t a f r o m u p d r a f t b o i l e r s w e r e c o l l e c t e d

.

F i g u r e 6

. 6 s h o w s t h e r a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f o r u p d r a f t b o i l e r s

, a l t h o u g h a v a i l a b l e f r o m a

l i m i t e d n u m b e r o f i n s t i t u t i o n s o n l y

. I f c o m p a r e d t o d a t a f r o m t h e s a m e c o u n t r i e s

, u p d r a f t b o i l e r s e x h i b i t

c o m p a r a b l e r a n g e s o f e m i s s i o n s a s w o o d s t o v e s

.

F i g u r e 6

. 7 s h o w s e m i s s i o n d a t a f r o m l o g w o o d b o i l e r s w i t h f o r c e d d r a f t

. U n d e r t y p i c a l

o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

, b o i l e r s w i t h d o w n d r a f t p r i n c i p l e e n a b l e s i g n i f i c a n t l y l o w e r e m i s s i o n s t h a n u p d r a f t

b o i l e r s

.

B e s i d e t h e c o m b u s t i o n p r i n c i p l e

, t h e h y d r a u l i c i m p l e m e n t a t i o n o f t h e b o i l e r i n t h e h e a t i n g

s y s t e m a n d i n p a r t i c u l a r t h e a p p l i c a t i o n a n d m a n a g e m e n t o f a h e a t s t o r a g e t a n k c a n s i g n i f i c a n t l y i n

f l u e n c e t h e e m i s s i o n s i n p r a c t i c a l o p e r a t i o n

. F i g u r e 6

. 8 s h o w s a c o m p a r i s o n o f e m i s s i o n f a c t o r s o f l o g

w o o d b o i l e r s w i t h a n d w i t h o u t h e a t s t o r a g e t a n k

. T h e c o m b i n a t i o n o f a l o g w o o d b o i l e r w i t h a h e a t

s t o r a g e t a n k e n a b l e s a n o p e r a t i o n a t f u l l l o a d o r a t s t a t i o n a r y p a r t

- l o a d w i t h l o w e m i s s i o n s

. O n t h e

o t h e r h a n d

, b o i l e r s o p e r a t e d f o r h o u s e h e a t i n g w i t h o u t h e a t s t o r a g e t a n k m a y b e u s e d w i t h t h r o t t l e d a i r

i n l e t t h u s l e a d i n g t o e x c e s s i v e l y h i g h e m i s s i o n s o f u n b u r n t c a r b o n a n d p a r t i c l e s

.

F i g u r e 6

. 9 s h o w s a n o v e r v i e w o f d a t a f r o m l o g w o o d b o i l e r s

, w h e r e n o i n f o r m a t i o n a b o u t t h e

c o m b u s t i o n p r i n c i p l e w a s a v a i l a b l e

.

F i g u r e 6

. 6 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r l o g w o o d b o i l e r s w i t h u p d r a f t

c o m b u s t i o n w i t h o u t v e n t i l a t o r

.2 3 F i g u r e 6

. 7 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r l o g w o o d b o i l e r s w i t h f o r c e d

d o w n d r a f t c o m b u s t i o n

.

F i g u r e 6

. 8 E m i s s i o n f a c t o r s f o r l o g w o o d b o i l e r s w i t h a n d w i t h o u t h e a t s t o r a g e t a n k

.

F i g u r e 6

. 9 E m i s s i o n f a c t o r s f o r l o g w o o d b o i l e r s

, w h e r e c o m b u s t i o n t y p e i s n o t s p e c i f i e d

.2 4 

# 6

. 5 P e l l e t s t o v e s a n d b o i l e r s

F i g u r e 6

. 1 0 a n d F i g u r e 6

. 1 1 s h o w t h e e m i s s i o n f a c t o r s o f p e l l e t s t o v e s a n d p e l l e t b o i l e r s r e s p e c t i v e l y

.

F o r b o t h a p p l i c a t i o n s

, o n l y r e s u l t s f r o m t h e o p e r a t i o n w i t h p e l l e t s m a d e f r o m w o o d w i t h l o w b a r k

c o n t e n t a r e r e s p e c t e d

. T h e e m i s s i o n f a c t o r s f o r p e l l e t c o m b u s t i o n a r e i n m o s t c a s e s b e t w e e n

1 0 m g / M J a n d 5 0 m g / M J f o r t y p i c a l o p e r a t i o n a n d h e n c e c o m p a r a b l e t o t h e b e s t r e s u l t s a c h i e v e d b y

l o g w o o d c o m b u s t i o n

. I f w o r s t r e s u l t s u n d e r p o o r o p e r a t i o n c o n d i t i o n s a r e c o m p a r e d

, a r e l a t i v e l y m o

d e r a t e i n c r e a s e i n e m i s s i o n s i s e x p e c t e d f o r p e l l e t c o m b u s t i o n

. I n c o m p a r i s o n t o l o g w o o d c o m

b u s t i o n

, e m i s s i o n f a c t o r s a t n o n

- i d e a l o p e r a t i o n a r e a t l e a s t a n o r d e r o f m a g n i t u d e l o w e r

, w h i c h i s

r e g a r d e d a s t h e m a i n a d v a n t a g e o f p e l l e t c o m b u s t i o n

.

H o w e v e r

, m a n y i n v e s t i g a t i o n s h a v e s h o w n

, t h a t t h e u t i l i z a t i o n o f o t h e r b i o m a s s t h a n w o o d

w i t h l o w a m o u n t s o f b a r k f o r p e l l e t c o m b u s t i o n i n r e s i d e n t i a l h e a t i n g a p p l i a n c e s r e s u l t s i n s i g n i f i c a n t l y

i n c r e a s e d e m i s s i o n s o f p a r t i c u l a t e m a t t e r ( i

. e

. t y p i c a l l y b y a m o r e t h a n a f a c t o r o f 3 ) a s w e l l a s i n

e m i s s i o n o f N O

X

. H e n c e t h e r e p o r t e d d a t a a r e v a l i d f o r w o o d p e l l e t s w i t h l o w a s h c o n t e n t o n l y

.

F i g u r e 6

. 1 0 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r p e l l e t s t o v e s w i t h n a t u r a l d r a f t

.2 5 F i g u r e 6

. 1 1 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r p e l l e t s t o v e s w i t h f o r c e d d r a f t

a n d e l e c t r o n i c c o m b u s t i o n c o n t r o l

.

F i g u r e 6

. 1 2 R a n g e o f e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o r s t t o b e s t ( w h e r e a v a i l a b l e ) f o r p e l l e t b o i l e r s

.2 6 

# 6

. 6 O v e r v i e w o n r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s ti o n

F i g u r e 6

. 1 3 g i v e s a s u m m a r y o f t h e a v e r a g e e m i s s i o n f a c t o r s f o r p e l l e t c o m b u s t i o n

, l o g w o o d b o i l e r s

,

a n d w o o d s t o v e s a n d s h o w s t h e f o l l o w i n g r e s u l t s :

F i g u r e 6

. 1 3 A v e r a g e e m i s s i o n f a c t o r s ( b e s t

, t y p i c a l

, w o r s t ) f o r p e l l e t b o i l e r s

, p e l l e t s t o v e s

, l o g w o o d b o i l e r s

, a n d

w o o d s t o v e s

. A l l d a t a i n d i c a t e d a s s o l i d p a r t i c l e s S P e x c e p t f o r w o o d s t o v e s

, w h e r e d a t a i n c l u d i n g

c o n d e n s a b l e s ( S P C ) o r m e a s u r e d i n d i l u t i o n t u n n e l a r e g i v e n a d d i t i o n a l l y i n t h e l a s t c o l u m n

.

• P e l l e t c o m b u s t i o n a n d l o g w o o d b o i l e r s w i t h f o r c e d d r a f t a c h i e v e r e l a t i v e l y l o w p a r t i c l e e m i s s i o n s

n o t o n l y u n d e r i d e a l o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

, b u t a l s o u n d e r o p e r a t i o n c o n d i t i o n s w h i c h a r e a s s u m e d

t o b e t y p i c a l a n d s h o u l d r e f l e c t t h e e m i s s i o n s u n d e r p r a c t i c a l c o n d i t i o n s o f m o s t i n s t a l l e d h e a t i n g

d e v i c e s o f t h e r e s p e c t i v e c a t e g o r i e s

. T h e r e p o r t e d d a t a l e a d t o a n e s t i m a t e d a v e r a g e e m i s s i o n

f a c t o r o f a p p r o x i m a t e l y 3 0 m g / M J i n d i c a t e d a s f i l t e r a b l e o r s o l i d p a r t i c l e s ( S P ) f o r t h e s e c a t e g o r i e s

u n d e r t y p i c a l o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

. H o w e v e r

, t h e s e e m i s s i o n f a c t o r s a r e v a l i d f o r n a t u r a l

, u n c o n

t a m i n a t e d d r y w o o d o n l y

, w h i l e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r e m i s s i o n s a r e f o u n d f o r o t h e r f u e l s s u c h a s

b a r k

, s t r a w p e l l e t s

, w e t l o g w o o d a n d o t h e r i n a p p r o p r i a t e f u e l s

.

• U n d e r p o o r o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

, a n i n c r e a s e o f r o u g h l y a f a c t o r o f 2 i s e x p e c t e d f o r p e l l e t c o m b u s

t i o n

, a l t h o u g h t h i s v a l u e i s u n c e r t a i n d u e t o l i m i t e d i n v e s t i g a t i o n s a n d h e n c e m i g h t b e u n d e r e s t i m a

t e d

. F o r d o w n d r a f t b o i l e r s

, a n i n c r e a s e b y a f a c t o r o f 1 0 i s e x p e c t e d u n d e r p o o r o p e r a t i o n c o n d i t i

o n s

. H e n c e t h e m a i n a d v a n t a g e o f p e l l e t c o m b u s t i o n i s t h a t v e r y p o o r o p e r a t i o n i s a s s u m e d t o b e

v e r y r a r e t h a n k s t o t h e h o m o g e n e o u s f u e l a n d t h a n k s t o t h e c o n t i n u o u s f u e l f e e d i n g

. E s p e c i a l l y f o r

l o g w o o d c o m b u s t i o n

, t h e e f f e c t o f t h e s t a r t

- u p m a y s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e a v e r a g e e m i s s i o n s

.

H o w e v e r

, i n f o r m a t i o n o n t h i s i s s u e i s s c a r c e a n d a l s o u n c e r t a i n f o r p e l l e t c o m b u s t i o n

.

• W o o d s t o v e s m a y a c h i e v e s i m i l a r e m i s s i o n s a s p e l l e t c o m b u s t i o n o r d o w n d r a f t b o i l e r s

, i f o p e r a t e d

i d e a l l y

. H o w e v e r

, i d e a l o p e r a t i o n f o r w o o d s t o v e s i s e x p e c t e d t o b e r a r e l y f o u n d i n p r a c t i c e

, a s i t

d e m a n d s f o r s m a l l b a t c h e s o f s m a l l a n d d r y l o g s

, w h i c h h e n c e l e a d s t o a c o n s t a n t a n d l o w h e a t

o u t p u t b y c o n t i n u o u s m a n u a l f e e d i n g o f t h e s t o v e i n s h o r t p e r i o d s a n d a s s u m i n g a n o p t i m i s e d s t a r t

u p p h a s e

, w h i c h i s o f t e n n o t t h e c a s e

. S i n c e t h e s e c o n d i t i o n s a r e o f t e n n o t f u l f i l l e d i n p r a c t i s e

, a n

i n c r e a s e o f a l m o s t a f a c t o r o f 1 0 i s e x p e c t e d f o r w o o d s t o v e s u n d e r t y p i c a l o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

,

t h u s l e a d i n g t o a n e s t i m a t e d v a l u e o f r o u g h l y 1 5 0 m g / M J o f s o l i d p a r t i c l e s

.2 7 • S i m i l a r v a l u e s a s f o r s t o v e s a r e e x p e c t e d f o r o l d

- t y p e w o o d b o i l e r s w i t h n a t u r a l u p d r a f t c o m b u s t i o n

.

H e n c e t w o s t a g e c o m b u s t i o n w i t h f o r c e d d r a f t i s r e g a r d e d a s a s i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n t

. H o w e v e r

,

t h e t y p e o f o p e r a t i o n o f l o g w o o d b o i l e r s i n p r a c t i s e s t r o n g l y d e p e n d s o n t h e h y d r a u l i c i n t e g r a t i o n i n

t h e h e a t i n g s y s t e m

. F o r c o n v e n t i o n a l h o u s e h e a t i n g

, a c o m b i n a t i o n w i t h h e a t s t o r a g e t a n k i s u s u

a l l y n e e d e d t o a v o i d a n o p e r a t i o n w i t h s h a r p l y t h r o t t l e d a i r i n l e t a n d e x c e s s i v e l y h i g h e m i s s i o n s

.

• F o r w o o d s t o v e s

, m e a s u r e m e n t s i n c l u d i n g c o n d e n s a b l e s f o u n d i n i m p i n g e r b o t t l e s a n d m e a s u r e

m e n t s o f p a r t i c l e s i n d i l u t e d f l u e g a s e s i n a d i l u t i o n t u n n e l a r e a v a i l a b l e a s w e l l

. A c o m p a r i s o n o f

t h e s e d a t a w i t h m e a s u r e m e n t s o f s o l i d p a r t i c l e s o n l y r e v e a l s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r a v e r a g e e m i s s i o n

f a c t o r s

. S i n c e t h e d a t a s h o w n i n F i g u r e 6

. 1 3 a r e d e r i v e d f r o m d i f f e r e n t i n v e s t i g a t i o n s a n d d i f f e r e n t

c o m b u s t i o n d e v i c e s

, t h e y d o n o t e n a b l e a d i r e c t c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t

m e t h o d s

. H o w e v e r

, t h e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r ( i

. e

. b y a f a c t o r o f r o u g h l y 4 ) a v e r a g e e m i s s i o n f a c t o r

r e p o r t e d f r o m m e a s u r e m e n t s i n d i l u t i o n t u n n e l s o r d a t a i n c l u d i n g c o n d e n s a b l e s i s i n l i n e w i t h t h e

p o t e n t i a l o f a d d i t i o n a l p a r t i c l e m a s s f r o m c o n d e n s a t i o n o f h i g h l y v o l a t i l e o r g a n i c c o n d e n s a b l e s

f o u n d d u r i n g p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

. T h e i n f l u e n c e o f t h e s a m p l i n g m e t h o d i s d i s c u s s e d

s e p a r a t e l y i n c h a p t e r 7

, s i n c e t h e d a t a i n F i g u r e 6

. 1 3 d o n o t a l l o w a d i r e c t c o m p a r i s o n o f t h e

s a m p l i n g t y p e s

.



# 6

. 7 I n f l u e n c e o f i g n i t i o n m e th o d

T h e i g n i t i o n m e t h o d i s a n i m p o r t a n t f a c t o r f o r t h e P M e m i s s i o n s d u r i n g t h e s t a r t

- u p p h a s e a n d o f t e n

a l s o f o r t h e e m i s s i o n s d u r i n g t h e w h o l e b a t c h i n m a n u a l l y o p e r a t e d w o o d s t o v e s a n d b o i l e r s

. D i f f e r e n t

m e t h o d s f o r t h e i n i t i a l i g n i t i o n a n d t h e s t a r t

- u p a r e a p p l i e d i n p r a c t i s e

. B e s i d e f u e l s i z e a n d o t h e r

p a r a m e t e r s

, t h e l o c a t i o n o f t h e i n i t i a l i g n i t i o n o f t h e w o o d c a n b e d i s t i n g u i s h e d

. I n c a s e o f w o o d s t o v e s

a n d c l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s ( c l o s e d f i r e p l a c e s ) b a s e d o n a c o n v e n t i o n a l c o m b u s t i o n p r i n c i p a l w i t h

u p d r a f t c o m b u s t i o n

, t h e f o l l o w i n g m e t h o d s h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d i n a n o n g o i n g p r o j e c t i n S w i t z e r l a n d

[ V o c k & J e n n i 2 0 0 7 ] :

– I g n i t i o n o f t h e b a t c h o f w o o d f r o m t h e b o t t o m ( t r a d i t i o n a l m e t h o d )

– I g n i t i o n o f t h e b a t c h o f w o o d f r o m t h e t o p e n d

. T o e n a b l e i g n i t i o n f r o m t h e t o p

, a s o c a l l e d “ i g n i t i o n

m o d u l e ” w a s u s e d

, w h i c h c o n s i s t s o f f o u r s m a l l d r y p i e c e s o f w o o d o f a p p

. 3 c m x 3 c m x 2 0 c m

w i t h w a x i m p r e g n a t e d w o o d w o o l o n t h e b o t t o m

.

T h e t a r g e t o f t h e p r o j e c t i s t o i d e n t i f y o p t i m u m i g n i t i o n m e t h o d s f o r w o o d s t o v e s a n d b o i l e r s

. T h e

i g n i t i o n s h a l l s a f e l y a v o i d v i s i b l e s m o k e a t t h e l a t e s t f r o m 1 5 m i n u t e s a f t e r i g n i t i o n a n d e n a b l e g o o d

c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s d u r i n g t h e w h o l e b a t c h

. F o r a l l i n v e s t i g a t e d s t o v e s a n d c l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s

,

t h e d e s c r i b e d i g n i t i o n p r i n c i p l e f r o m t h e t o p e n a b l e d a r e d u c t i o n o f t o t a l P M e m i s s i o n s b y 5 0 % t o 8 0 %

i n c o m p a r i s o n t o t r a d i t i o n a l i g n i t i o n f r o m t h e b o t t o m

. F u r t h e r m o r e

, a s m o k e f r e e o p e r a t i o n w a s

a c h i e v e d a f t e r l e s s t h a n 1 5 m i n u t e s r e s u l t i n g i n a v e r a g e P M e m i s s i o n s d u r i n g t h e w h o l e b a t c h i n c l u

d i n g s t a r t

- u p i n t h e r a n g e o f 3 1 t o 5 3 m g / M J ( 7 0 t o 1 2 0 m g / m

n 3 a t 1 3 V o l

. - % O

2 ) f o r t h e i n v e s t i g a t e d

s t o v e s i n s t e a d o f a p p

. 8 7 t o 2 1 8 m g / M J ( 2 0 0 t o 5 0 0 m g / m

n 3 a t 1 3 V o l

. - % O

2 ) b y t r a d i t i o n a l i g n i t i o n

f r o m t h e b o t t o m ( F i g u r e 6

. 1 4 )

. C o n s e q u e n t l y

, i g n i t i o n f r o m t h e t o p ( i f a p p l i e d a s d e s c r i b e d ) i s r e g a r d e d

a s f a v o u r a b l e a n d h e n c e p r o p o s e d t o b e a p p l i e d i n p r a c t i c e f o r c o n v e n t i o n a l w o o d s t o v e s a n d c l o s e d

i n s e t a p p l i a n c e s

. A s a c o n s e q u e n c e o f t h i s i n v e s t i g a t i o n

, a f l y e r w a s d e v e l o p e d a n d d i s t r i b u t e d

, w h i c h

d e s c r i b e s t h e p r o p o s e d m e t h o d o f i g n i t i o n t o b e a p p l i e d f o r c o n v e n t i o n a l u p d r a f t c o m b u s t i o n a n d

w h i c h i s a v a i l a b l e a s d o w n l o a d [ H o l z e n e r g i e S c h w e i z 2 0 0 7 a ]

.2 8 F o r c o n v e n t i o n a l s t o v e s

, t h e a m o u n t o f w o o d u s e d f o r o n e b a t c h n e e d s t o b e a d o p t e d t o t h e

s t o v e d e s i g n

. F o r s t o v e s w h i c h d o n o t e x h i b i t a s e p a r a t e p o s t c o m b u s t i o n c h a m b e r

, t h e v o i d s p a c e i n

t h e u p p e r p a r t o f t h e f u e l c h a m b e r a c t s a s c o m b u s t i o n c h a m b e r

. I n c a s e o f u t i l i s a t i o n o f t o o m u c h

w o o d a t a t i m e

, t h e v o i d s p a c e i s r e d u c e d a n d h e n c e t h e r e m a i n i n g r e s i d e n c e t i m e i s n o t s u f f i c i e n t f o r

g a s m i x i n g a n d g a s p h a s e o x i d a t i o n

. I n s o m e c a s e s

, a l s o f l a m e q u e n c h i n g m a y o c c u r

. H e n c e f o r c o n

v e n t i o n a l s t o v e s a n d c l o s e d i n l e t a p p l i a n c e s w i t h o u t s e p a r a t e p o s t c o m b u s t i o n c h a m b e r

, t h e e m i s

s i o n s o f u n b u r n t p o l l u t a n t s i n c l u d i n g s o o t a n d o r g a n i c c o n d e n s a b l e s c a n s t r o n g l y i n c r e a s e b y u s i n g

t o o m u c h w o o d a t a t i m e

. H e n c e b e s i d e o p t i m u m i g n i t i o n

, t h e a m o u n t o f f u e l u s e d f o r o n e b a t c h i s

c r u c i a l f o r t h e t o t a l e m i s s i o n s

.

F o r d o w n d r a f t c o m b u s t i o n

, t h e t y p e o f i g n i t i o n c a n a l s o s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e t h e s t a r t

- u p

e m i s s i o n s a n d t h e c o m b u s t i o n b e h a v i o u r d u r i n g t h e w h o l e b a t c h

. T h e m e t h o d o f o p t i m u m i g n i t i o n i s

d i f f e r e n t f r o m t h o s e f o r w o o d s t o v e s a n d d e s c r i b e d f o r d i f f e r e n t d o w n d r a f t p r i n c i p l e s i n d e t a i l i n a f l y e r

[ H o l z e n e r g i e S c h w e i z 2 0 0 7 b ]

. F o r d o w n d r a f t b o i l e r s

, b e s t r e s u l t s a r e a c h i e v e d i f t h e b a t c h o f w o o d i s

i g n i t e d a t t h e l o c a t i o n o f t h e o u t l e t o f t h e c o m b u s t i b l e g a s e s t o t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r

. F u r t h e r m o r e

,

a s u f f i c i e n t a m o u n t o f s m a l l w o o d p i e c e s t o s a f e l y i g n i t e t h e w o o d a n d b u i l d u p a g l o w b e d o n t h e

b o t t o m o f t h e f u e l b e d i s i m p o r t a n t

. B y a p p l i c a t i o n o f t h e p r o p o s e d i g n i t i o n m e t h o d

, t h e r i s k o f f u e l

b r i d g i n g a n d c h a n n e l i n g

, w h i c h c a n l e a d t o h i g h e m i s s i o n s i n d o w n d r a f t b o i l e r s

, c a n b e r e d u c e d

.

F i g u r e 6

. 1 4 C o m p a r i s o n o f a v e r a g e P M e m i s s i o n s b y i g n i t i o n f r o m t h e b o t t o m a n d f r o m t h e t o p a p p l i e d i n

d i f f e r e n t w o o d s t o v e s

. T h e i n d i c a t e d e m i s s i o n f a c t o r s d e s c r i b e t h e e m i s s i o n s d u r i n g a w h o l e b a t c h

i n c l u d i n g t h e s t a r t

- u p f r o m t h e v e r y b e g i n n i n g

. I g n i t i o n f r o m t o p i s p e r f o r m e d b y u s e o f a n “ i g n i t i o n

m o d u l e ” a s d e s c r i b e d a b o v e

. D a t a f r o m [ V o c k & J e n n i 2 0 0 7 ]

.2 9 

# 6

. 8 A u t o m a t i c b i o m a s s c o m b u s ti o n p l a n ts

F i g u r e 6

. 1 5 a n d F i g u r e 6

. 1 6 s h o w t h e r e p o r t e d e m i s s i o n f a c t o r s f o r a u t o m a t i c c o m b u s t i o n p l a n t s f r o m

7 0 k W t o 5 0 0 k W f o r u n d e r s t o k e r a n d g r a t e b o i l e r s r e s p e c t i v e l y

. A v e r a g e e m i s s i o n f a c t o r s o f t h i s c a

t e g o r y a r e b e t w e e n 5 0 m g / M J a n d 1 0 0 m g / M J

, w h i c h i s i n l i n e w i t h t h e t y p i c a l e m i s s i o n l i m i t v a l u e s

v a l i d n o w a d a y s ( e

. g

. 1 5 0 m g / m 3 a t 1 1 o r 1 3 V o l

. - % O

2 )

.

H o w e v e r

, a n i n v e s t i g a t i o n o f f i e l d m e a s u r e m e n t s i n S w i t z e r l a n d f o r a l a r g e n u m b e r o f i n

s t a l l a t i o n s r e v e a l e d a r e l a t i v e l y b r o a d r a n g e o f e m i s s i o n s f r o m 3 0 m g / M J u p t o 3 5 0 m g / M J w h i c h

d e m o n s t r a t e s

, t h a t t h e t y p e o f o p e r a t i o n i s a l s o i m p o r t a n t f o r a u t o m a t i c w o o d c o m b u s t i o n p l a n t s a n d

t h a t p e r i o d i c m o n i t o r i n g o f s u c h p l a n t s i s c r u c i a l

. T h e s a m e i s t r u e f o r p l a n t s f r o m 5 0 0 k W t o 1 0 M W a s

s h o w n i n F i g u r e 6

. 1 7 a n d F i g u r e 6

. 1 8

. H o w e v e r

, e m i s s i o n f a c t o r s o f i n s t a l l a t i o n s i n t h i s c a t e g o r y

s t r o n g l y d e p e n d o n t h e t y p e o f f l u e g a s c l e a n i n g a n d t h u s o n t h e i m p o s e d e m i s s i o n l i m i t v a l u e s

. I n t h e

c a t e g o r y o f c o m b u s t i o n p l a n t s g r e a t e r t h a n 5 0 0 k W

, s i g n i f i c a n t c h a n g e s a r e e x p e c t e d e

. g

. i n S w i t z e r

l a n d 2

, s i n c e n e w e m i s s i o n l i m i t v a l u e s i n t h i s c a t e g o r y w i l l m a k e t h e a p p l i c a t i o n o f f i n e p a r t i c l e r e m o v a l

s y s t e m s n e c e s s a r y i n f u t u r e a n d t h u s l e a d t o a s i g n i f i c a n t r e d u c t i o n o f P M e m i s s i o n s

.

F o r t h e c o m p a r i s o n o f d i f f e r e n t p a r t i c l e s o u r c e s i t n e e d s t o b e r e s p e c t e d t h a t t h e p r e s e n t e d

e m i s s i o n f a c t o r s a r e i n d i c a t e d a s p a r t i c l e m a s s c o n c e n t r a t i o n s a n d h e n c e d o n o t r e s p e c t t h e h e a l t h

r e l e v a n c e o f d i f f e r e n t p a r t i c l e t y p e s

. P a r t i c l e s a n d c o n d e n s a b l e s f o u n d f r o m w o o d b u r n t u n d e r v e r y

p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, i

. e

. , i n a w o o d s t o v e w i t h t h r o t t l e d a i r i n l e t

, c o n t a i n h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f

p o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s a n d e x h i b i t h i g h c e l l t o x i c i t y a n d h i g h c a r c i n o g e n i c p o t e n t i a l

, w h i l e

p a r t i c l e s f o u n d f r o m a u t o m a t i c w o o d c o m b u s t i o n a t g o o d o p e r a t i o n c o n d i t i o n s c o n s i s t m a i n l y o f s a l t s

a n d c o n s e q u e n t l y e x h i b i t f a r l o w e r t o x i c i t y a n d c a r c i n o g e n i t y [ K l i p p e l & N u s s b a u m e r 2 0 0 7 ]

.

2 2 0 m g / m 3 a t 1 1 V o l

. - % O

2 a r e v a l i d f o r p l a n t s > 1 M W f r o m 9

. 1

. 0 7 i n s t e a d o f f o r m e r l y 1 5 0 m g / m 3

,

2 0 m g / m 3 a t 1 3 V o l

. - % O

2 a r e i n t r o d u c e d f o r p l a n t s > 5 0 0 k W i n 2 0 0 8 i n s t e a d o f f o r m e r l y 1 5 0 m g / m 3

.3 0 F i g u r e 6

. 1 5 E m i s s i o n f a c t o r s f o r u n d e r s t o k e r b o i l e r s f r o m 7 0

– 5 0 0 k W

.

F i g u r e 6

. 1 6 E m i s s i o n f a c t o r s f o r g r a t e b o i l e r s f r o m 7 0

– 5 0 0 k W

.3 1 F i g u r e 6

. 1 7 E m i s s i o n f a c t o r s f o r u n d e r s t o k e r b o i l e r s f r o m 5 0 0 k W

– 1 0 M W

.

F i g u r e 6

. 1 8 E m i s s i o n f a c t o r s f o r g r a t e b o i l e r s f r o m 5 0 0 k W

– 1 0 M W

.3 2 

# 7 C o m p a r i s o n o f p a r t i c l e m e a s u r e m e n t s

7

. 1 Pa r ti c l e s a m p l i n g : S o l i d p a r t i c l e s

, c o n d e n s a b l e s

, d i l u ti o n t u n n e l

F o r t h e e m i s s i o n f a c t o r s f r o m w o o d s t o v e s

, a l i m i t e d n u m b e r o f d a t a s e t i s a v a i l a b l e f r o m S w e d e n

,

[ R y d e a n d J o h a n s s o n

, 2 0 0 7 ]

, w h e r e p a r a l l e l m e a s u r e m e n t s w e r e p e r f o r m e d b y s a m p l i n g m e t h o d a

r e s u l t i n g i n s o l i d p a r t i c l e s ( S P ) a n d s a m p l i n g m e t h o d c r e s u l t i n g i n p a r t i c l e s f o u n d o n t h e f i l t e r i n t h e

d i l u t i o n t u n n e l ( D T ) a s d e s c r i b e d i n c h a p t e r 4

. 2

. I n a d d i t i o n

, d a t a a r e a v a i l a b l e f r o m m e a s u r e m e n t s o n

w o o d s t o v e s i n S w i t z e r l a n d w i t h s e p a r a t e s a m p l i n g o f s o l i d p a r t i c l e s a n d s u b s e q u e n t c o n d e n s a b l e

m a t t e r t h u s r e s u l t i n g i n S P a c c o r d i n g t o m e t h o d a a n d S P C a c c o r d i n g t o m e t h o d b

.

F i g u r e 7

. 1 s h o w s t h a t t h e P M e m i s s i o n f a c t o r f o u n d i n t h e d i l u t i o n t u n n e l i s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r

t h a n t h e s o l i d p a r t i c l e e m i s s i o n s d e t e c t e d i n t h e c h i m n e y

. T h e s a m e i s t r u e f o r t h e d a t a f o u n d i n c l u d i n g

c o n d e n s a b l e s i n i m p i n g e r s

.

F i g u r e 7

. 2 i l l u s t r a t e s t h e r a t i o o f D T / S P i n c a s e o f d i l u t i o n t u n n e l a n d o f S P C / S P i n c a s e o f

c o n d e n s a b l e s f o u n d i n i m p i n g e r s

. I n o n e s i n g l e c a s e ( V e r e n u m s t o v e 3 ) w h i c h c o r r e s p o n d s t o a h i g h

c o m b u s t i o n q u a l i t y r e s u l t i n g i n l o w t o t a l P M e m i s s i o n s

, t h e r a t i o S P C / S P i s o n l y s l i g h t l y a b o v e 1

( ≤ 1

. 1 )

, w h i l e i n a l l o t h e r c a s e s w i t h p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s ( t h r o t t l e d a i r s u p p l y )

, t h e r e p o r t e d

r a t i o s D T / S P a r e b e t w e e n 2

. 5 a n d c l o s e t o 1 0 ( d a t a f r o m S w e d e n ) a n d t h e r a t i o s o f S P C / S P a r e

b e t w e e n 3 t o 6 ( S w i t z e r l a n d )

.3 3 F i g u r e 7

. 1 C o m p a r i s o n o f P M e m i s s i o n f a c t o r s o n s o l i d p a r t i c l e s ( S P )

, p a r t i c l e s i n d i l u t i o n t u n n e l ( D T )

, a n d

s o l i d p a r t i c l e s p l u s c o n d e n s a b l e s f r o m i m p i n g e r ( S P C ) f o r w o o d s t o v e s

.

F i g u r e 7

. 2 R a t i o D T / S P a n d S P C / S P f o r w o o d s t o v e s a c c

. t o F i g u r e 7

. 1

.3 4 F i g u r e 7

. 3 R a t i o D T / S P a n d S P C / S P f o r w o o d s t o v e s a s f u n c t i o n o f S P

.

F i g u r e 7

. 4 R a t i o D T / S P a n d S P C / S P f o r w o o d s t o v e s a s f u n c t i o n o f S P C a n d D T r e s p e c t i v e l y

.3 5 

# 7

. 2 Pa r ti c l e s i z e m e a s u r e m e n ts

F i g u r e 7

. 5 s h o w s t h e d i s t r i b u t i o n o f e q u i p m e n t u s e d f o r p a r t i c l e s i z e a n a l y s i s b y 1 2 i n s t i t u t i o n s w h i c h

a r e i n v o l v e d i n t h i s w o r k

. F i g u r e 7

. 6 d e s c r i b e s t h e i n d i v i d u a l r a n k i n g o f t h e u s e f u l n e s s o f d i f f e r e n t

e q u i p m e n t

, w h i l e F i g u r e 7

. 7 s h o w s t h e a v e r a g e r a n k i n g

.

• A l m o s t a l l i n s t i t u t e s u s e l o w

- p r e s s u r e c a s c a d e i m p a c t o r s a n d a s s e s s t h i s m e a s u r e m e n t a s h i g h l y

u s e f u l

.

• S c a n n i n g m o b i l i t y p a r t i c l e s i z e r ( S M P S ) i s u s e d b y 5 0 % o f a l l p a r t i c i p a n t s a n d j u d g e d w i t h a t o p

r a n k i n g

.

• F a s t m o b i l i t y p a r t i c l e s i z e r ( F M P S ) i s i n u s e i n o n e i n s t i t u t e

, w h i l e a r a n k i n g i s n o t y e t a v a i l a b l e

.

• E l e c t r i c l o w

- p r e s s u r e i m p a c t o r ( E L P I ) i s u s e d b y 5 0 % o f a l l i n s t i t u t e s a n d e x h i b i t s a h e t e r o g e n e o u s

r a n k i n g

.

• O p t i c a l p a r t i c l e c o u n t e r ( O P C ) i s u s e d b y 2 5 % a n d e x h i b i t s a t o p r a n k i n g

.

• O p a c i t y m e t e r i s n o t i n u s e a n y m o r e b y t h e p a r t i c i p a n t s

, b u t r e c e i v e d a l o w r a n k i n g d u e t o e a r l i e r

e x p e r i e n c e s

.

• A e r o d y n a m i c p a r t i c l e s i z e r ( A P S ) i s u s e d b y 2 i n s t i t u t e s a n d i s j u d g e d w i t h a h i g h r a n k i n g

.

• T a p e r e d e l e m e n t o s c i l l a t i n g m i c r o

- b a l a n c e T E O M i s u s e d b y 4 0 % a n d e x h i b i t s a h i g h r a n k i n g

.

• O n e i n s t i t u t e i n d i c a t e s t o u s e c y c l o n e

, w h e r e n o r a n k i n g w a s a v a i l a b l e

.

F i g u r e 7

. 5 P e r c e n t a g e o f a p p l i c a t i o n o f p a r t i c l e s i z e m e a s u r e m e n t s i n 1 2 p a r t i c i p a t i n g i n s t i t u t i o n s

. F o r c a s c a d e

i m p a c t o r s

, A n d e r s o n

, B e r n e r

, D e k a t i

, a n d K a l m a n a r e s u m m a r i z e d

.3 6 F i g u r e 7

. 6 R a n k i n g o f u s e f u l n e s s o f d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e m e a s u r e m e n t s

. G r e y = i n d i v i d u a l r a n k i n g

, b l u e =

a v e r a g e

. F o r F M P S t h e r e i s n o r a n k i n g a v a i l a b l e

.

F i g u r e 7

. 7 A v e r a g e r a n k i n g o f u s e f u l n e s s o f d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e m e a s u r e m e n t s a c c

. t o F i g u r e 7

. 6

.

5 = M a x i m u m r a n k i n g

. F o r F M P S t h e r e i s n o r a n k i n g a v a i l a b l e

.

.3 7 

# 8 C o n c l u s i o n s

D a t a o n e m i s s i o n f a c t o r s o f r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n h a v e b e e n c o l l e c t e d f r o m 1 7 i n s t i t u t i o n s i n

s e v e n I E A c o u n t r i e s

. H u g e r a n g e s o f e m i s s i o n f a c t o r s a r e r e p o r t e d f o r r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

,

w h i l e e m i s s i o n f a c t o r s o f m e d i u m a n d l a r g e s c a l e a p p l i c a t i o n s m a i n l y d e p e n d o n p a r t i c l e r e m o v a l

e q u i p m e n t

, r e l a t e d t o n a t i o n a l o r l o c a l e m i s s i o n l i m i t v a l u e s

. C o n s e q u e n t l y

, c o n c l u s i o n s f r o m t h e

p r e s e n t s t u d y m a i n l y f o c u s o n r e s i d e n t i a l a p p l i c a t i o n s

• T h e r e p o r t e d e m i s s i o n f a c t o r s f r o m m a n u a l w o o d c o m b u s t i o n d e v i c e s e x h i b i t h u g e r a n g e s f r o m

l e s s t h a n 2 0 m g / M J u n d e r i d e a l c o n d i t i o n s u p t o m o r e t h a n 5 0 0 0 m g / M J u n d e r p o o r c o n d i t i o n s

( d a t a r e f e r t o e n d e n e r g y i n d i c a t e d a s l o w e r h e a t i n g v a l u e )

. E v e n n a t i o n a l e m i s s i o n f a c t o r s v a r y

f r o m l e s s t h a n 1 0 0 m g / M J ( m e a s u r e d a s s o l i d p a r t i c l e s i n t h e c h i m n e y ) u p t o a l m o s t 2 0 0 0 m g / M J

( m e a s u r e d i n a d i l u t i o n t u n n e l )

.

• F o r w o o d s t o v e s

, h u g e r a n g e s a r e f o u n d d u e t o d i f f e r e n t o p e r a t i o n c o n d i t i o n s

. C o n s e q u e n t l y

, h i g h

p r i o r i t y s h o u l d b e g i v e n t o a v o i d i n a p p r o p r i a t e o p e r a t i o n o f m a n u a l w o o d c o m b u s t i o n a p p l i a n c e s

.

E x c e s s i v e P M e m i s s i o n s a r e f o u n d d u r i n g s m o l d e r i n g c o n d i t i o n s a t r e d u c e d l o a d a n d a t t h r o t t l e d

a i r s u p p l y

. T h i s t y p e o f o p e r a t i o n i s n o t r e c o m m e n d e d

, b u t n e v e r t h e l e s s s e e m s t o b e r e l e v a n t i n

p r a c t i c a l o p e r a t i o n i n m a n y c o u n t r i e s

. I n m a n y c a s e s

, t h e s t a r t

- u p p h a s e i s r e s p o n s i b l e f o r m o r e

t h a n 5 0 % o f t h e t o t a l P M e m i s s i o n s o f a w h o l e b a t c h

. H e n c e m e a s u r e s f o r o p t i m i s a t i o n o f t h e s t a r t

u p a r e v e r y i m p o r t a n t

. F o r c o n v e n t i o n a l w o o d s t o v e s a n d c l o s e d i n s e t a p p l i a n c e s

, a c o m p a r i s o n o f

d i f f e r e n t i g n i t i o n m e t h o d s i n S w i t z e r l a n d s h o w e d

, t h a t i g n i t i o n f r o m t h e t o p e n a b l e s a r e d u c t i o n o f

5 0 % t o 8 0 % o f t h e P M e m i s s i o n s i n c o m p a r i s o n t o i g n i t i o n o f t h e w h o l e b a t c h f r o m t h e b o t t o m

.

C o n s e q u e n t l y

, t h i s m e t h o d i s b e i n g p r o p o s e d f o r a p p l i c a t i o n i n p r a c t i c e

.

• F o r w o o d b o i l e r s

, e x c e s s i v e P M e m i s s i o n s a r e r e p o r t e d f o r b o i l e r s o p e r a t e d w i t h o u t h e a t s t o r a g e

t a n k

. T h i s i s i n l i n e w i t h t h e o b s e r v a t i o n f o u n d i n s t o v e s

, s i n c e b o i l e r o p e r a t i o n f o r h o u s e h e a t i n g

a p p l i e d w i t h o u t h e a t s t o r a g e t a n k o f t e n l e a d s t o p a r t l o a d c o m b u s t i o n

. H e n c e

, h e a t s t o r a g e t a n k s

a r e m a n d a t o r y f o r l o g w o o d b o i l e r s i n S w i t z e r l a n d

, e x c e p t i f t h e b o i l e r d o e s a c h i e v e t h e e m i s s i o n

l i m i t v a l u e s a t c o n s t a n t h e a t d e m a n d o f m a x i m u m 3 0 % o f t h e n o m i n a l l o a d

, w h i c h i s p o s s i b l e f o r

p e l l e t b o i l e r s b u t n o t r e a l i s t i c f o r l o g w o o d b o i l e r s

. T o a v o i d p o o r o p e r a t i o n o f l o g w o o d b o i l e r s

,

s i m i l a r r e g u l a t i o n s a r e r e c o m m e n d e d

, w h i c h m i g h t n o t d i s a b l e n e w t e c h n i c a l s o l u t i o n s i n f u t u r e

. I n

S w e d e n

, e m i s s i o n l i m i t s i m p l y h e a t s t o r a g e t a n k s f o r n e w i n s t a l l a t i o n s

, i n p r a c t i c e i t i s m a n d a t o r y

t o d a y

, b u t i n t h e f u t u r e o t h e r t e c h n i c a l s o l u t i o n s m i g h t f u l f i l t h e e m i s s i o n r e g u l a t i o n s

. F o r l o g w o o d

b o i l e r s w i t h d o w n d r a f t p r i n c i p l e

, o p t i m i s e d i g n i t i o n c a n r e d u c e t h e r i s k o f b r i d g i n g a n d c h a n n e l l i n g i n

t h e f u e l b e d

, w h i c h i s a c u r r e n t r e a s o n f o r h i g h e m i s s i o n s i n s u c h b o i l e r s

.

• F o r r e s i d e n t i a l w o o d b o i l e r s

, t h e t y p e o f c o m b u s t i o n i s a l s o s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c i n g t h e P M e m i s

s i o n

. M o d e r n b o i l e r s w i t h f o r c e d d o w n d r a f t c o m b u s t i o n a n d e l e c t r o n i c c o m b u s t i o n c o n t r o l d e v i c e s

e n a b l e l o w p a r t i c l e e m i s s i o n s u n d e r a p p r o p r i a t e c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, w h i l e o l d

- t y p e b o i l e r s w i t h

u p d r a f t c o m b u s t i o n e x h i b i t h i g h e r e m i s s i o n s u n d e r s i m i l a r c o n d i t i o n s

. H o w e v e r

, t h e i n f l u e n c e o f

o p e r a t i o n m o d e c a n n o t b e e v a l u a t e d i n d e t a i l b a s e d o n t h e r e p o r t e d d a t a

.

• F o r p e l l e t b o i l e r s a n d s t o v e s

, t y p i c a l p a r t i c l e e m i s s i o n s o f a r o u n d 3 0 m g / M J a r e r e p o r t e d w i t h a

r e l a t i v e l y n a r r o w v a r i a t i o n f r o m 1 0 m g / M J t o 5 0 m g / M J

. H e n c e

, t h e t o t a l P M e m i s s i o n s u n d e r t y p i

c a l o p e r a t i o n c o n d i t i o n s a r e e x p e c t e d t o b e f a r l o w e r t h a n f o r m a n u a l w o o d s t o v e s

. T h e p r o b l e m o f

v a r i a t i o n s b e t w e e n i d e a l o p e r a t i o n a n d i n a p p r o p r i a t e o p e r a t i o n a r e c e r t a i n l y l e s s e m p h a s i z e d t h a n

i n m a n u a l b o i l e r s

, a l t h o u g h d a t a o n p o o r l y o p e r a t e d p e l l e t c o m b u s t i o n a r e s c a r c e a n d h e n c e t h e3 8 u p p e r r a n g e f r o m p e l l e t c o m b u s t i o n i s u n c e r t a i n

. I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e m a r k e t f o r p e l l e t s i s

g r o w i n g a n d t h e p r o d u c t i o n o f s e c o n d g r a d e q u a l i t y p e l l e t s w i t h h i g h e r a s h c o n t e n t w i l l i n c r e a s e

.

T h e u s e o f t h e s e p e l l e t s i n s m a l l

- s c a l e e q u i p m e n t w i t h o u t s e c o n d a r y p a r t i c l e r e d u c t i o n w i l l r e s u l t i n

h i g h e r e m i s s i o n s

. T h u s

, g o o d q u a l i t y p e l l e t s s h o u l d b e r e s e r v e d f o r d o m e s t i c s c a l e a p p l i c a t i o n s

.

• F o r a u t o m a t i c c o m b u s t i o n p l a n t s

, t h e e m i s s i o n f a c t o r s f o r p l a n t s w i t h o u t e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r

( E S P ) o r f a b r i c f i l t e r ( F F ) a r e r e l a t i v e l y h i g h

, i

. e

. t y p i c a l l y b e t w e e n 5 0 t o 1 0 0 m g / M J

, w h i c h

, u n d e r

g o o d c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s

, i s a t t r i b u t e d t o h i g h e m i s s i o n s o f i n o r g a n i c p a r t i c l e s

. H e n c e c l e a n g a s

e m i s s i o n s s t r o n g l y d e p e n d o n t h e t y p e o f f l u e g a s c l e a n i n g a p p l i e d

, w h i c h d e p e n d s o n n a t i o n a l o r

l o c a l e m i s s i o n s t a n d a r d s

. I n m a n y E u r o p e a n c o u n t r i e s

, e m i s s i o n l i m i t v a l u e s f o r s u c h a p p l i c a t i o n s

h a v e r e c e n t l y b e e n s h a r p e n e d a n d h e n c e t h e s i t u a t i o n o f t y p i c a l P M e m i s s i o n s w i l l c h a n g e i n m a n y

c o u n t r i e s i n t h e f u t u r e

, s i n c e p a r t i c l e r e m o v a l e n a b l e c l e a n g a s e m i s s i o n s o f t y p i c a l l y s m a l l e r t h a n

3 0 m g / M J ( s i m p l e E S P ) o r s m a l l e r t h a n 1 0 m g / M J ( i m p r o v e d E S P o r F F )

.

• F o r t h e c o m p a r i s o n o f d i f f e r e n t d a t a

, t h e s a m p l i n g a n d m e a s u r e m e n t p r o c e d u r e n e e d s t o b e c o n

s i d e r e d

. I n t h e p r e s e n t s t u d y

, t h r e e t y p e s o f d a t a a r e d i s t i n g u i s h e d : F i l t e r a b l e

, s o l i d p a r t i c l e s ( S P )

c o l l e c t e d o n h e a t e d f i l t e r s

, s o l i d p a r t i c l e s p l u s c o n d e n s a b l e s f o u n d b y l i q u i d q u e n c h i n g a t r o o m

t e m p e r a t u r e ( S P C )

, a n d p a r t i c u l a t e m a t t e r s a m p l e d i n c o l d

, d i l u t e d f l u e g a s i n a d i l u t i o n t u n n e l ( D T )

.

A c o m p a r i s o n b e t w e e n S P a n d S P C s h o w s t h a t t h e m a s s o f c o n d e n s a b l e s m a y s i g n i f i c a n t l y e x

c e e d t h e m a s s o f s o l i d p a r t i c l e s d u r i n g p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s i n w o o d s t o v e s

. A c o m p a r i s o n

b e t w e e n r e s u l t s f r o m a d i l u t i o n t u n n e l w i t h s a m p l i n g i n t h e c h i m n e y r e v e a l s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r

c o n c e n t r a t i o n s i n t h e d i l u t e d f l u e g a s a n d t h u s s h o w s

, t h a t c o n d e n s a b l e s a r e p a r t i a l l y o r q u a n t i

t a t i v e l y f o u n d a s f i l t e r a b l e m a t e r i a l a f t e r d i l u t i o n o f t h e f l u e g a s w i t h c o l d a i r

. C o n s e q u e n t l y

, P M

i m m i s s i o n i n v e n t o r i e s b a s e d o n e m i s s i o n f a c t o r s o f s o l i d p a r t i c l e s m a y s i g n i f i c a n t l y u n d e r e s t i m a t e

t h e c o n t r i b u t i o n o f b i o m a s s t o P M i n t h e a m b i e n t a i r

. T h i s i s i n l i n e w i t h r e s u l t s f r o m i m m i s s i o n

m e a s u r e m e n t s

, w h e r e a h i g h e r c o n t r i b u t i o n f r o m w o o d c o m b u s t i o n i s f o u n d t h a n e x p e c t e d f r o m

e m i s s i o n f a c t o r s u s e d i n S w i t z e r l a n d [ P r é v o t e t a l

. 2 0 0 6 ]

. I n a d d i t i o n

, d a t a r e p o r t e d f r o m c o u n t r i e s

w i t h r e g u l a t i o n s o n s o l i d p a r t i c l e s a s e

. g

. G e r m a n y

, A u s t r i a

, a n d S w i t z e r l a n d

, c a n n o t b e d i r e c t l y

c o m p a r e d w i t h d a t a r e p o r t e d f r o m c o u n t r i e s u s i n g d i l u t i o n t u n n e l s a s e

. g

. N o r w a y

. C o n s e q u e n t l y

,

t h e t y p e o f m e a s u r e m e n t i s i n d i c a t e d i n a l l r e s u l t s p r e s e n t e d i n t h i s s u r v e y a n d i t i s r e c o m m e n d e d

t o c l e a r l y i n d i c a t e t h e t y p e o f m e a s u r e m e n t f o r f u t u r e e m i s s i o n i n v e n t o r i e s

.

• S i n c e c o n d e n s a b l e s f r o m w o o d c o m b u s t i o n h a v e b e e n i d e n t i f i e d a s h i g h l y t o x i c a n d s i n c e t h e y c a n

s i g n i f i c a n t l y c o n t r i b u t e t o t o t a l P M i n t h e a m b i e n t a i r

, i t i s r e c o m m e n d e d t o u s e e m i s s i o n d a t a i n

c l u d i n g c o n d e n s a b l e P M i n i m m i s s i o n s t u d i e s ( S P C o r D T i n t h i s r e p o r t )

. F u r t h e r m o r e

, s i n c e o r

g a n i c c o n d e n s a b l e s a r e h i g h l y t o x i c

, w h i l e s o l i d p a r t i c l e c a n e x h i b i t l o w t o x i c i t y ( i n c a s e o f s a l t s ) o r

h i g h t o x i c i t y ( i n c a s e o f p a r t i c l e s f r o m i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n )

, a s e p a r a t e m e a s u r e m e n t o f b o t h

p a r a m e t e r s i s r e g a r d e d a s a d v a n t a g e o u s

. H o w e v e r

, m e a s u r e m e n t o f s o l i d p a r t i c l e s o n l y i s l e s s

e q u i p m e n t a n d t i m e c o n s u m i n g a n d s t i l l g i v e s a p e r f o r m a n c e v a l u e f o r P M e m i s s i o n s f o r c o m p a

r i s o n o f d i f f e r e n t c o m b u s t i o n a p p l i a n c e s

.

• A s u r v e y o n e q u i p m e n t u s e d f o r p a r t i c l e s i z e m e a s u r e m e n t r e v e a l s t h a t n o w a d a y s l o w

- p r e s s u r e

c a s c a d e i m p a c t o r s a r e u s e d i n a l m o s t a l l l a b o r a t o r i e s d e a l i n g w i t h p a r t i c l e m e a s u r e m e n t

. I n a d d i

t i o n

, h a l f o f t h e p a r t i c i p a t i n g i n s t i t u t i o n s u s e s c a n n i n g m o b i l i t y p a r t i c l e s i z e r ( S M P S ) a n d / o r e l e c t r i c

l o w

- p r e s s u r e i m p a c t o r ( E L P I )

. F u r t h e r

, o p t i c a l p a r t i c l e c o u n t e r ( O P C )

, a e r o d y n a m i c p a r t i c l e s i z e r

( A P S )

, a n d t a p e r e d e l e m e n t o s c i l l a t i n g m i c r o

- b a l a n c e ( T E O M ) a r e c u r r e n t l y u s e d

.3 9 

# 9 R e f e r e n c e s

9

. 1 L i t e r a tu r e

D o c k e r y D

. , C

. P o p e

, X

. X u

, J

. S p e n g l e r

, J

. W a r e

, M

. F a y

, B

. F e r r i s

, F

. S p e i z e r

. ( 1 9 9 3 ) : A n a s s o c i a t i o n

b e t w e e n a i r p o l l u t i o n a n d m o r t a l i t y i n s i x U

. S

. C i t i e s

. T h

e N e

w E n

g l

a

n

d J

. o f M e

d

i c

i n

e

, V o l

. 3 2 9

, p p

. 1 7 5 3

- 1 7 5 9

. D o n a l d s o n K

. , B r o w n D

. , C l o u t e r A

. , D u f f i n R

. , M a c N e e W

. , R e n w i c k L

. , T r a n L

. , S t o n e V

. ( 2 0 0 2 ) : T h e

p u l m o n a r y t o x i c o l o g y o f u l t r a f i n e p a r t i c l e s

. J o

u r

n

a

l o f A e

r o

s

o

l M e

d

i c

i n

e

, 1 5 ( 2 )

, p p

. 2 1 3

- 2 0

E P A : h t t p : / / w w w

. e p a

. g o v / a i r / o a q p s / e f a c t o r s

. h t m l ( a c c e s s t o s i t e : 0 7 / 1 0 / 0 7 )

E P A : N a t i o n a l A m b i e n t A i r Q u a l i t y S t a n d a r d s ( N A A Q S )

, h t t p : / / w w w

. e p a

. g o v / a i r / c r i t e r i a

. h t m l

, 6 / 2 0 / 0 7

, E P A : W h a t i s P M : w w w

. e p a

. g o v / N E / a i r q u a l i t y / p m

- w h a t

- i s

. h t m l

, 2 1

. 1

. 0 8

H a u s a m m a n n

, B

. : B e u r t e i l u n g d e r V e r g l e i c h b a r k e i t v e r s c h i e d e n e r M e s s v e r f a h r e n z u r B e s t i m m u n g d e r

P a r t i k e l g r ö s s e n v e r t e i l u n g v o n F e i n s t ä u b e n a u s V e r b r e n n u n g s p r o z e s s e n

, D i p l o m a r b e i t E T H Z ü r i c h

a m D e p a r t e m e n t U M N W b e i T

. N u s s b a u m e r u n d U

. L o h m a n n

, Z ü r i c h 2 0 0 6

H i n d s

, W

. : A e r o s o l T e c h n o l o g y

, S e c o n d E d i t i o n

, J o h n W i l e y & S o n s

, N e w Y o r k

, 1 9 9 9

H o l z e n e r g i e S c h w e i z ( 2 0 0 7 a ) : R i c

h

t i g A n

f e

u

e

r n

– H o l

z

f e

u

e

r u n g

e n m i t o b

e

r e m A b

b

r a

n

d

. P u b l i k a t i o n

N r

. 3 1 5

, H o l z e n e r g i e S c h w e i z

, Z ü r i c h 2 0 0 7

, w w w

. h o l z e n e r g i e

. c h

H o l z e n e r g i e S c h w e i z ( 2 0 0 7 b ) : R i c

h

t i g A n

f e

u

e

r n

– H o

l z

f e

u

e

r u n g

e n m i t u n t e

r e

m A b

b

r a

n

d

. P u b l i k a t i o n

N r

. 3 1 6

, H o l z e n e r g i e S c h w e i z

, Z ü r i c h 2 0 0 7

, w w w

. h o l z e n e r g i e

. c h

J o k i n i e m i

, J

. : A e r o s o l s a m p l i n g a n d m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s w i t h a s p e c i a l f o c u s o n s m a l l

- s c a l e b i o

m a s s c o m b u s t i o n s y s t e m s

, 3 r d I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p o n A e r o s o l s f r o m B i o m a s s C o m b u s t i o n

, I n t e r n a t i o n a l E n e r g y A g e n c y ( I E A ) B i o e n e r g y T a s k 3 2

, J y v ä s k y l ä ( F i n l a n d )

, 3 S e p t e m b e r 2 0 0 7

,

w w w

. i e a b c c

. n l

K a u f m a n n

, H

. ; N u s s b a u m e r

, T

. ; B a x t e r

, L

. ; Y a n g

, N

. : D e p o s i t f o r m a t i o n o n a s i n g l e c y l i n d e r d u r i n g

c o m b u s t i o n o f h e r b a c e o u s b i o m a s s

. F u e l 2 0 0 0

, 7 9

, 1 4 1

- 1 5 1

. K l i p p e l

, N

. ; N u s s b a u m e r

, T

. : H e a l t h r e l e v a n c e o f p a r t i c l e s f r o m w o o d c o m b u s t i o n i n c o m p a r i s o n t o

D i e s e l s o o t

, 1 5 t h E u r o p e a n B i o m a s s C o n f e r e n c e

, I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e C e n t r e

, B e r l i n 7

– 1 1

M a y 2 0 0 7 ( a )

K l i p p e l

, N

. ; N u s s b a u m e r

, T

. : E i n f l u s s d e r B e t r i e b s w e i s e a u f d i e P a r t i k e l e m i s s i o n e n v o n H o l z ö f e n

, B u n d e s a m t f ü r E n e r g i e u n d B u n d e s a m t f ü r U m w e l t

, S c h l u s s b e r i c h t

, Z ü r i c h 2 0 0 7

, I S B N 3

- 9 0 8 7 0 5

-

1 2

- 6

, 2 0 0 7 ( b )

N o r d i c C o u n c i l o f M i n i s t e r s

, S t e r n h u f v u d C

. , K a r v o s e n o j a N

. , I l l e r u p J

. , K i n d b o m K

. , L ü k e w i l l e A

. , J o

h a n n s o n M

. , J e n s e n D

. , P a r t i c u l a t e m a t t e r e m i s s i o n s a n d a b a t e m e n t o p t i o n s i n r e s i d e n t i a l w o o d

b u r n i n g i n t h e N o r d i c C o u n t r i e s

, C o p e n h a g e n 2 0 0 4 ; p

. 3 4

N o r w e g i a n s t a n d a r d N S 3 0 5 8

- 2 J u n e 1 9 9 4

, E n c l o s e d w o o d h e a t e r s S m o k e e m i s s i o n

, P a r t 2 : D e

t e r m i n a t i o n o f p a r t i c u l a t e e m i s s i o n

N u s s b a u m e r

, T

. : C o m b u s t i o n a n d C o

- c o m b u s t i o n o f B i o m a s s : F u n d a m e n t a l s

, T e c h n o l o g i e s

, a n d P r i

m a r y M e a s u r e s f o r E m i s s i o n R e d u c t i o n

, E n e r g y & F u e l s

, V o l

. 1 7

, N o 6

, 2 0 0 3

, 1 5 1 0

– 1 5 2 1

N u s s b a u m e r

, T

. : O v e r v i e w o n p a r t i c l e s f r o m b i o m a s s c o m b u s t i o n

, 1 4 t h E u r o p e a n B i o m a s s C o n f e

r e n c e

, P a r i s

, 1 7

- 2 1 O c t o b e r 2 0 0 5

P a g e l s

, J

. ; J o h a n s s o n

, L

. ; H a g s t r ö m

, M

. ; S z p i l a

, A

. ; B o h g a r d

, M

. ; T u l l i n

, C

. ; S a n a t i

, M

. : I n t e r c o m p a

r i s o n o f S M P S

, E L P I a n d A P S 3 3 2 0 d u r i n g s a m p l i n g o f p a r t i c l e s e m i t t e d f r o m a d o m e s t i c w o o d

p e l l e t b u r n e r

, 6 t h i n t e r n a t i o n a l A e r o s o l C o n f e r e n c e

, S e p t e m b e r 8

- 1 3

, 2 0 0 2

, T a i p e i

, T a i w a n

P r é v ô t

, A

. ; W e h r l i

, M

. ; A l f a r r a

, M

. ; L a n z

, V

. ; S z i d a t

, S

. ; H u e g l i n

, C

. ; G e h r i g

, R

. ; S a n d r a d e w i

, J

. ; W e i

m e r

, S

. ; B a l t e n s p e r g e r

, U

. : T h e h i g h P M 1 0 e p i s o d e i n J a n u a r y / F e b r u a r y 2 0 0 6

, 1 0

. I

n

t e

r n

a

t i o

n

a

l

E

T

H

- C o

n

f e

r e n c

e o n C o

m

b

u

s

t i o

n G e

n

e

r a

t e

d N a

n

o

p

a

r t i c

l e

s

, Z ü r i c h

, 2 1

- 2 3 A u g u s t 2 0 0 6

R y d e

, D

. o c h J o h a n s s o n

, L

. , P a

r t i k

e

l m

ä

t n i

n

g v i d v e

d

e

l d

n

i n

g

- J ä

m

f ö

r e

l s

e m e l

l a

n p r o

v

t a

g n i n

g i s k

o

r s

t e

n

o

c

h s p

ä

d

t u n n

e

l

, S l u t r a p p o r t f ö r E n e r g i m y n d i g h e t s p r o j e k t n r 3 0 2 0 7

- 1

, S P A r b e t s r a p p o r t 2 0 0 7 : 1 5

, J u l i 2 0 0 7

, B o r å s ( I n S w e d i s h

, s u m m a r y i n E n g l i s h )

U B A : H i n

t e

r g r

u n d

p

a

p

i e

r z u m T h

e m a S t a

u

b

/ F

e

i n

s

t a

u

b ( P

M

)

, U m w e l t b u n d e s a m t B e r l i n

, 2 0 0 5 ; p

. 3

V o c k

, W

. ; J e n n i

, A

. : B e

r i c

h

t z u r 1

. u n d 2

. M e

s

s

- S

e

r i e : E m

i s

s

i o

n

s

a

r m

e A n

f e

u

e

r m

e

t h

o

d

e

n f ü

r S t ü

c

k

h

o

l z

f e

u

e

r u n g

e

n

, B u n d e s a m t f ü r E n e r g i e

, B u n d e s a m t f ü r U m w e l t

, K a n t o n e A G

, B E

, B L / B S

, L U

, S H

, S G

, S O

, T G

, T I

, V D

, Z H

, M a s c h w a n d e n

, 1 0

. J u l i 2 0 0 74 0 W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n ( W H O ) : A i r q u a l i t y G u i d e l i n e s f o r p a r t i c u l a t e m a t t e r

, o z o n e

, n i t r o g e n

, d i o x i d e

a n d s u l p h u r d i o x i d e

, G l o b a l U p d a t e 2 0 0 5

, 2 0 0 6

W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n ( W H O ) : H e a l t h A s p e c t s o f A i r P o l l u t i o n

, R e s u l t s f r o m t h e W H O P r o j e c t

„ S y s t e m a t i c R e v i e w o f H e a l t h A s p e c t s o f A i r P o l l u t i o n i n E u r o p e )

, 2 0 0 4 ; p 1 0



# 9

. 2 S o u r c e s o f e m i s s i o n fa c to r s c i t e d i n fi g u r e s

[ 1 ] A u s t r i a n F E A ( F e d e r a l E n v i r o n m e n t a l A g e n c y ) 2 0 0 4

[ 2 ] J

. B

. I l l e r u p & M

. N i e l s e n

, N a t i o n a l E n v i r o n m e n t a l R e s e a r c h I n s t i t u t e

, I m p r o v e d P M E m i s s i o n s

I n v e n t o r y f o r r e s i d e n t i a l w o o d c o m b u s t i o n

, R o s k i l d e 2 0 0 4

[ 3 ] C

. S t e r n h u v u d

, N

. K a r v o s e n o j a

, J

. I l l e r u p

, K

. K i n d b o m

, A

. L ü k e w l l l e

, M

. J o h a n s s o n

, D

. J e n s e n

, N o r d i c C o u n c i l o f M i n i s t e r s

, P a r t i c u l a t e m a t t e r e m i s s i o n s a n d a b a t e m e n t o p t i o n s i n r e s i d e n t i a l

w o o d b u r n i n g i n t h e N o r d i c C o u n t r i e s

, S t a t i s t i c s F i n l a n d

, 2 0 0 1 ( e s t i m a t i o n o f e m i s s i o n f a c t o r s

b a s e d o n l i t e r a t u r e )

, C o p e n h a g e n 2 0 0 4

, p

. 3 1

[ 4 ] N

. K a r v o s e n o j a

, F i n n i s h E n v i r o n e m e n t I n s t i t u t e ( S Y K E )

, n i k o

. k a r v o s e n o j a @ y m p a r i s t o

. f i

, S t a t e

m e n t : t a b l e o f n e w e m i s s i o n f a c t o r s w h i c h a r e a t t h i s p o i n t n o t y e t i n u s e

, 2 1

. A u g

. 2 0 0 7

[ 5 ] M

. S t r u s c h k a

, U

. Z u b e r b ü h l e r

, A

. D r e i s e i d l e r

, D

. D r e i z l e r

, G

. B a u m b a c h

, H

. H a r t m a n n

, V

. S c h m i d

, H

. L i n k

, G e r m a n F e d e r a l E n v i r o n m e n t a l A g e n c y ( F E A )

, E r m i t t l u n g u n d E v a l u i e r u n g d e r F e i n

s t a u b e m i s s i o n e n a u s K l e i n f e u e r u n g s a n l a g e n i m B e r e i c h d e r H a u s h a l t e u n d K l e i n v e r b r a u c h e r

s o w i e A b l e i t u n g v o n g e e i g n e t e n M a s s n a h m e n z u r E m i s s i o n s m i n d e r u n g

, B e r l i n 2 0 0 3

[ 6 ] C

. S t e r n h u v u d

, N

. K a r v o s e n o j a

, J

. I l l e r u p

, K

. K i n d b o m

, A

. L ü k e w l l l e

, M

. J o h a n s s o n

, D

. J e n s e n

, N o r d i c C o u n c i l o f M i n i s t e r s

, P a r t i c u l a t e m a t t e r e m i s s i o n s a n d a b a t e m e n t o p t i o n s i n r e s i d e n t a l

w o o d b u r n i n g i n t h e N o r d i c C o u n t r i e s

, A v e r a g e v a l u e f o r t r a d i t i o n a l s t o v e s

, n e w s t o v e s a n d

f i r e p l a c e s

, C o p e n h a g e n 2 0 0 4

, p

. 3 1

[ 7 ] C

. S t e r n h u v u d

, N

. K a r v o s e n o j a

, J

. I l l e r u p

, K

. K i n d b o m

, A

. L ü k e w l l l e

, M

. J o h a n s s o n

, D

. J e n s e n

, N o r d i c C o u n c i l o f M i n i s t e r s

, P a r t i c u l a t e m a t t e r e m i s s i o n s a n d a b a t e m e n t o p t i o n s i n r e s i d e n t a l

w o o d b u r n i n g i n t h e N o r d i c C o u n t r i e s

, E x p e r t j u d g e m e n t b a s e d o n o n g o i n g m e a s u r e m e n t

p r o j e c t s

, C o p e n h a g e n 2 0 0 4

, p

. 3 1

[ 8 ] S w i s s F e d e r a l O f f i c e f o r t h e E n v i r o n m e n t ( F O E N )

, A r b e i t s b l a t t E m i s s i o n s f a k t o r e n ( S t a n d O k t o b e r

2 0 0 5 )

, B e r n 2 0 0 6

[ 9 ] M

. H o b s o n

, G

. T h i s t l e t h w a i t e

, E m i s s i o n f a c t o r s p r o g r a m m e T a s k 7

- R e v i e w o f R e s i d e n t i a l &

S m a l l

- S c a l e C o m m e r c i a l C o m b u s t i o n S o u r c e s

, O x o n 2 0 0 3

[ 1 0 ] U m w e l t m e s s u n g e n

, U m w e l t e r h e b u n g e n u n d G e r ä t e s i c h e r h e i t ( U M E G )

, E m i s s i o n s m e s s u n g e n a n

H o l z f e u e r u n g s a n l a g e n i m R e g e l u n g s b e r e i c h d e r 1

. B I m S c h V

, F e l d m e s s p r o g r a m m i n B a d e n

W ü r t t e m b e r g

, H e i z p e r i o d e 2 0 0 2 / 2 0 0 3

, B a d e n

- W ü r t t e m b e r g 2 0 0 3

[ 1 1 ] N

. K l i p p e l

, T

. N u s s b a u m e r

, E i n f l u s s d e r B e t r i e b s w e i s e a u f d i e P a r t i k e l e m i s s i o n v o n H o l z ö f e n

, Z ü r i c h 2 0 0 7

[ 1 2 ] D

. R y d e

, L

. J o h a n s s o n

, S P S v e r i g e s T e k n i s k a F o r s k n i n g s i n s t i t u t

, P a r t i k e l m ä t n i n g v i d v e d l d n i n g

-

J ä m f ö r e l s e m e l l a n p r o v t a g n i n g i s k o r s t e n o c h s p ä d t u n n e l

, B o r å s 2 0 0 7

[ 1 3 ] J

. T o d o r o v i ć

, H

. B r o d e n

, N

. P a d b a n

, S

. L a n g e

, L

. G u s t a v s s o n

, L

. , J o h a n s s o n

, S

. P a u l r u d

, B

. L ö f

g r e n

, “ S y n t e s o c h a n a l y s a v e m i s s i o n s f a k t o r e r f ö r s m å s k a l i g b i o b r ä n s l e f ö r b r ä n n i n g ” S l u

t r a

p

p

o

r t

f ö

r a v

t a

l 5 0

3 0 5

0

6 o c

h 5 0

3 0 5

0

7 p å N a

t u r

v

å

r d

s

v

e

r k

e

t

. N y k ö p i n g

, B o r å s

, S t o c k h o l m

, 2 0 0 7 ( I n

S w e d i s h

, s u m m a r y i n E n g l i s h )

[ 1 4 ] M

. W ö r g e t t e r

, W

. M o s e r

, A u s t r i a n B i o e n e r g y & F J / B L T

, E m i s s i o n s b i l a n z v o n H o l z f e u e r u n g e n

k l e i n e r L e i s t u n g i n N i e d e r ö s t e r r i e c h

, W i e s e l b u r g 2 0 0 5

[ 1 5 ] C

. G a e g a u f

, M

. S c h m i d

, P

. G ü n t e r t

, Ö k o z e n t r u m L a n g e n b r u c k

, E l e m e n t a l a n d O r g a n i c c a r b o n i n

F l u e G a s P a r t i c l e s o f V a r i o u s W o o d C o m b u s t i o n S y s t e m s

, L a n g e n b r u c k 2 0 0 5

[ 1 6 ] H

. H a r t m a n n

, K

. R e i s i n g e r

, K

. T h u n e k e

, A

. H ö l d r i c h

, P

. R o s s m a n n

, H a n d b u c h B i o e n e r g i e

- K l e i n

a n l a g e n

, F a c h a g e n t u r n a c h w a c h s e n d e R o h s t o f f e e

. V

. , R o s t o c k 2 0 0 7

[ 1 7 ] G

. B a u m b a c h

, F e i n s t a u b e m i s s i o n e n b e i d e r V e r b r e n n u n g v o n B i o m a s s e

, V o r t r a g b e i d e r

G V C / D E C H M A

- J a h r e s t a g u n g 2 0 0 5

, W i e s b a d e n 7

. 9

. 2 0 0 5