A7 Stichting Houtrook vrij informatie schadelijkheid houtstook en noodzaak tot uitfaseren

Van: HoutrookVrij Verzonden: donderdag 21 maart 2024 11:09 Onderwerp: informatie schadelijkheid houtstook (ook EcoDesign) en noodzaak tot uitfaseren Geachte gemeenteraadsleden, geachte adviescommissieleden van de VNG,

Veel gemeenten worstelen met het houtstook dossier, zo bleek uit de media (o.a. in Pointer) en dat is ook wel te verklaren. De landelijke overheid biedt de bevolking en gemeenten onvoldoende informatie om draagvlak te creëren voor een (aanvankelijk gedeeltelijk) houtstookverbod (in het Omgevingsplan). De geadviseerde stooktips om “goed” te stoken en de gecertificeerde neus om dat te controleren, zijn niet alleen zeer arbeidsintensief maar helaas ook onvoldoende. Stichting HoutrookVrij biedt u in de bijlage informatie aan die wel overtuigt dat houtstook - ook goed gestookte EcoDesign - onnodig en disproportioneel te veel schade toebrengt aan de volksgezondheid. Wij hopen dat u hiermee kan bijdragen aan succesvol (landelijk) overheidsbeleid, om houtstook op korte termijn in te perken en - onvermijdelijk - uit te faseren. De andere 2 bijlagen ontvangt u vanwege een referentie met ontbrekende link dan wel een betaalmuur.

Met vriendelijke groet, Bestuur Stichting HoutrookVrij

www.houtrookvrij.nl info@houtrookvrij.nl https://houtrookvrij.nl/disclaimer/

Aan de gemeenteraden van de gemeenten in Nederland Aan de secretaris Adviescommissie Economie, Klimaat, Energie en Milieu van de VNG, Kopie: directeur Beleid Leefomgeving, Datum: 19 maart 2024 BetreK: informa(e schadelijkheid houtstook (ook EcoDesign) en noodzaak ui:aseren S(ch(ng HoutrookVrij biedt u informa(e en advies Geachte gemeenteraadsleden, geachte adviescommissieleden van de VNG, De bewijzen stapelen zich op dat par(culiere houtstook – met veel fijnstof, PAK en benzeen - zorgt voor grote schade aan de volksgezondheid. Veel instanLes roepen daarom op tot een stookverbod, maar bereiken het publiek en de bestuurders niet, omdat zij vooral worden geïnformeerd door de kachelbranche die - vanuit commerciële belangen - ‘goed stoken in EcoDesign’ onterechte in de markt heeK gezet als “gezellig en vrijwel schoon”. Men denkt zo al snel dat de klager “zeurt”. Het rijksoverheidsbeleid biedt onvoldoende informaLe om bevolking en bestuurders te overtuigen van het belang van een - aanvankelijk parLeel - stookverbod (in het Omgevingsplan). De geadviseerde stookLps om “goed” te stoken en de gecerLficeerde neus om dat te controleren zijn niet alleen zeer arbeidsintensief maar helaas ook onvoldoende. OpLmaal gestookte EcoDesign kachels zijn evengoed schadelijk. Ultrafijnstof is niet te ruiken en fijnstof is per definiLe onzichtbaar.

S(ch(ng HoutrookVrij biedt u hieronder informa(e voor uw gemeentelijk beleid, maar ook voor landelijk beleid, te bevragen bij de staatssecretaris en de landelijke poli(eke par(jen. 1. Nieuwe WHO-normen vereisen een houtstookverbod De WHO adviseert een strengere PM2,5 norm omdat bij de oude nog 8% oversterKe en veel gezondheidsschade wordt gezien. Europees onderzoek (ELAPSE) kwam uit op 11%. Veel instanLes geven aan dat voor het behalen van deze nieuwe norm een houtstookverbod onvermijdelijk is: RIVM, Duitse Umwelt Bundes Amt, de InternaLonal Society for Environmental Epidemiology (ISEE) en de European Respiratory Society (ERS)1-4. Industrie en mobiliteit zijn onmisbaar en kunnen niet zo snel veranderen, maar houtstook kan dat wel, omdat het vrijwel alLjd aanvullend wordt gebruikt (I&O Research)5. Zes jaar Australisch overheidsbeleid – met stookLps en moderne kachels – toonde geen afname van het PM2,5. Door legiLmaLe werd er juist meer gestookt. Het advies is ook daar een stookverbod6. Ook Vlaams onderzoek naar stookLps (o.a. de Zwitserse methode) verlaagde de uitstoot niet7. 2.

Op(maal gestookte EcoDesign kachels zijn evengoed schadelijk OpLmaal gestookte EcoDesign kachels stoten weliswaar minder PM2,5 uit maar nog alLjd 550x meer dan een gasgestookte CV en veel en meer ultrafijnstof, tot wel 700 miljoen deeltjes/cm3.8-10 De deeltjes worden kleiner; dat is niet beter maar juist schadelijker. In tegenstelling tot gewoon fijnstof wordt ultrafijnstof 5x beter opgenomen in de longblaasjes, komt het ook in de bloedbaan en de rest van het lichaam en heeK het een 25x groter reagerend oppervlak (TNO)11. Meer ultrafijnstof biedt ook meer aanklevende PAK toegang tot diep in het lichaam. PAK - polycyclische aromaLsche koolwaterstoffen zijn celbeschadigend en kankerverwekkend. Ultrafijnstof hangt veel sterker samen (dan fijnstof) met de toename van bijvoorbeeld haroalen, harLnfarcten en astma12,13. De WHO adviseert om gemiddelde dag- en uurwaarden boven de 10.000 en 20.000 deeltjes/cm3 met prioriteit te verlagen14. Ook de Gezondheidsraad adviseert om het ultrafijnstof te verlagen. Dus kunnen EcoDesign kachels - met deze hoge(re) ultrafijnstof uitstoot - niet geadviseerd worden. Mensen denken “schoon” te stoken en gaan daarom meer stoken, met nog meer uitstoot tot gevolg.

Volgens het STAB produceren (zeer) goed brandende houtkachels 10.000 nanogram/m3 benzo(a)pyreen (BaP), de markerstof van PAK-mengsels15. Secundair in de lucht tot ultrafijnstof geoxideerde vluchLge stoffen, zijn hierbij niet inbegrepen16. De streef-jaarwaarde van BaP in de EU is 1 nanogram/m3 en volgens de WHO 0,12. Dat is gebaseerd op het toegenomen risico op luchtwegkanker; de oxidaLeve schade aan longen en andere organen is hierbij nog niet meegerekend17. Toch wees Europees onderzoek de geoxideerde PAK uit houtrook aan als de belangrijkste bron (in het PM2,5) voor deze oxidaLeve schade18. OxidaLeve schade naast ontstekingsreacLes worden gezien als het werkingsmechanisme bij de schade door luchtvervuiling19,20. Ook is vastgesteld dat droger hout en moderne houtkachels meer – en meer geoxideerde - PAK uitstoten en zo meer oxidaLeve schade kunnen aanrichten aan (afweer)cellen21-23. De PAK toename ontstaat door de hogere verbrandingstemperaturen en -snelheden met een relaLef O2-tekort. Pelletkachels emiperen wel minder PAK, maar het toegenomen ultrafijnstof biedt PAK (meer) toegang tot diep in het lichaam. De overheid heeK weUelijk de verplich(ng om de uitstoot van PAK-mengsels als zeer zorgwekkende stoffen - te voorkomen17. Bij Tata Steel is iedereen daarvan wel overtuigd.

Kachelfilters weinig effec(ef en afgeraden door Royal Haskoning en Bureau Blauw Kachelfilters - zoals een katalysator en elektrostaat - vervuilen snel en verliezen dan hun werking. Het (dagelijks) reinigen is lasLg en het regelmaLge vervangen duur. Bovendien wordt het nog niet gecondenseerde fijnstof (60%) en het ultrafijnstof (met de aanklevende PAK) ongemoeid gelaten24-27. 3. Brede consensus en exponen(eel toegenomen bewijs schade houtstook De WHO schrijK al in 2016 over “houtrook en oxida0eve stress, directe cel toxiciteit, beperkt herstelvermogen van beschadigde cellen, longschade met secondaire ontsteking, een ontstekingsbeeld in het bloed en DNA-schade met toegenomen kans op longkanker.” PAK en afgeleiden werden als de veroorzakers van deze effecten aangewezen28. De WHO halveerde de norm voor PM2,5 vanwege sterk bewijs dat bij de oude norm nog veel oversterKe en ziekten ontstaan aan longen, hart en vaten, zenuwstelsel en andere organen en ook bij (ongeboren) kinderen. Bewijs en nieuwe norm gelden volgens de WHO voor alle PM2,5 bronnen tezamen, nadrukkelijk ook voor houtstook1. De Europese longartsen (ERS) en internaLonale epidemiologen (ISEE) roepen op tot een houtstookverbod vanwege “brede consensus en exponen0eel toegenomen bewijs” dat luchtvervuiling “vrijwel alle organen aantast en gelinkt is aan vele invaliderende ziektebeelden”29. 4.

Houtrook zorgt voor veel leed Een kwart van de Nederlanders ervaart maLge of ernsLge overlast door houtrook (I&O Research)30. Mensen kunnen hun huis niet meer goed venLleren, krijgen zomers hipestress, worden gedwongen wasdrogers te gebruiken en op het dak zuigen moderne warmte-terug-win venLlaLesystemen rechtstreeks de houtrook van de buren aan. Mensen worden gedwongen om in eigen huis en tuin de houtrook van de buurt in te ademen, terwijl ze daar (sterk) geïrriteerde luchtwegen van krijgen. Jaarlijks worden 1 miljoen longpaLënten regelmaLg benauwd door luchtvervuiling waarvan 50.000 acuut moeten worden opgenomen. Als oorzaak hiervoor wordt houtrook het meest frequent genoemd31. Toch geven veel stokers aan niet de oorzaak te kunnen zijn, want zij stoken “schoon”. Gemeenten en rechters zeggen geen bewijs te hebben dat houtrook schadelijk is. Na aanvankelijk protest houden veel klagers zich sLl, uit angst voor een negaLeve bejegening. Wanhoop en verontwaardiging dat de overheid hen in de steek laat, dat is wat onze s(ch(ng te horen krijgt. 5.

PM2,5 is verantwoordelijk voor toename vele ziekten; rela(e door mensen zelf moeilijk te leggen PM2,5 zorgt voor meer oorontstekingen, luchtweginfecLes, astma, COPD (longfalen), longkanker, hoge bloeddruk, hartritmestoornissen, haroalen, hart- en herseninfarcten, te klein en te vroeg geboren kinderen, leerstoornissen, ADHD, auLsme, depressies, schizofrenie, demenLe, Parkinson, adipositas en diabetes 2, reuma, botontkalking, maag-, nier-, blaas-, lever- en hersentumoren en (long)covid32-34.

Benzeen - voor een kwart asomsLg van houtstook - veroorzaakt kanker aan de afweercellen, zoals leukemie, non-Hodgkin lymfoom en mulLpel myeloom ofwel beenmerg-kanker35. Toename ziektelast door PM2,5 is aanzienlijk, een aanvulling op de GGD Rekentool Bij het Sister-onderzoek in de VS kregen op-hout-stokende vrouwen 68% meer longkanker36. PM2,5 veroorzaakt in Nederland 8-37% van alle te klein geboren kinderen. Zij hebben meer kans op onderontwikkelde longen, astma, leerproblemen, speciaal onderwijs, ADHD en auLsme. Ook niet te klein geboren kinderen hebben bij blootstelling aan meer PM2,5 vaker een deels dunnere hersenschors en een minder goede impulscontrole 37-40. Kinderen in Taiwan hebben 79% meer ADHD als zij leven in het kwart met de hoogste concentraLes PM2,5, vergeleken hen in het laagste kwart. Er werd goed gecorrigeerd voor andere risicofactoren41. Volwassenen in de VS hebben 80% meer reuma als zij leven in het kwart met de hoogste PAK concentraLes. De reuma hing niet samen met PAK asomsLg uit sigarepenrook42. Een meta-analyse naar demenLe toont 17% meer demen(e bij een toename van elke 2 µg PM2,5/m3, daarbij is goed gecorrigeerd voor andere risicofactoren43. Bij iedere toename van 1 µg PM2,5/m3 nam de sterce bij Covid-19 met 12% toe en bij iedere 10 µg PM2,5/m3 werd 65% meer long-covid (met longproblemen) bij gezonde jongvolwassenen gezien44,45.

In Europees onderzoek nam het risico op borstkanker met 12% toe, bij 10 µg/m3 meer aan PM2,5. 5. Par(culiere houtstook is dispropor(oneel vervuilend Een kleine minderheid van 12,5% huishoudens stookte voornamelijk 1-3 keer per week in een houtkachel of haard. Dat droeg voor 4% bij aan de woningwarmte maar produceerde 24% van alle PM2,5 en 69% van alle PAK (2021)46. Buitenstook, BBQ, houtkachels in vakanLehuisjes en woonboten en woningbranden door houtstook zijn daarbij niet meegerekend. Ter vergelijk, het totale wegverkeer was verantwoordelijk voor 7,9% PM2,5 en 6,6% PAK; de gehele industrie - inclusief Tata Steel - was verantwoordelijk voor 22% PM2,5 en 2,7% PAK (EmissieregistraLe). Houtkachels kunnen in woonwijken verantwoordelijk zijn voor wel 50% van het gemeten PM2,5, ook bij hogere windsnelheden (Scapeler)47,48. Het PM2,5 van houtrook is rijk aan PAK - carcinogeen en de belangrijkste bron voor de oxidaLeve schade - het werkingsmechanisme bij luchtvervuiling. 6. Houtstook is slecht voor de natuur, ons oppervlaktewater en het klimaat Houtstook stoot per warmte-eenheid 2x zoveel CO2 uit vergeleken met een CV op gas, ook meer lachgas, methaan en roet, die het klimaat opwarmen, volgens het Europese Environmental Bureau49. Ook andere onderzoeksinsLtuten waarschuwen de EU dat houtverbranding i.p.v. fossiele verbranding zorgt voor een zorgwekkende toename van CO2 in de lucht.

Daarnaast tast het de biodiversiteit en de CO2 opnamecapaciteit van bossen aan en verdringt het duurzaam houtgebruik50-52. Het gaat om de European Academic Science Advisory Council (EASAC), het European Joint Research Centrum, de Griffith University en de European ScienLfic Advisory Board on Climate Change. Daarnaast vervuilen houtkachels ons oppervlaktewater met kwik en zijn ze de belangrijkste bron van PAK hierin 53,54. PM2,5 beschadigt de insectenantennes zodat feromonen niet meer worden waargenomen, belangrijk voor de voortplanLng en het voedsel zoeken55. Dat speelt een rol bij de afname van insecten, ook in afgelegen natuurgebieden. 7. Lokaal beleid met stook(ps en gecer(ficeerde neus is arbeidsintensief en helaas niet effec(ef Houtstook is niet verenigbaar met de nieuwe WHO-norm. OpLmaal gestookte EcoDesign kachels zijn evengoed schadelijk. Ultrafijnstof is niet te ruiken, fijnstof is per definiLe onzichtbaar en ook bij hogere windsnelheden is het PM2,5 ook verhoogd. Lokale stookverboden – indien wel gerealiseerd - geven onrechtvaardige verschillen in gezondheid. Een landelijk stookverbod is niet alleen meer rechtvaardig en efficiënter maar ook effecLever omdat houtrook zich niet aan de gemeentegrenzen houdt en - ook in plapelandsgebieden – zich over grote afstanden verspreid. Het Samenwerking Houtrookonderzoek (Charred) toonde dat ook aan56.

Bij klachten moet gekeken worden naar een veel groter gebied, dan alleen de houtkachels vlakbij.

Stoken is geen lokaal probleem en het probleem van stokers in de buurt is overal hetzelfde. Goede landelijke campagnes kunnen het draagvlak vergroten voor een landelijk stookverbod, aanvankelijk gedeeltelijk. Dit is nodig omdat kennis alleen niet tot gewenste gedragsveranderingen leidt.

Conclusie: huidige kennis van zaken vraagt om ui:aseren van par(culiere houtstook Wij hopen dat u - met deze extra informaLe, argumentaLe en bronnen – kan bijdragen aan succesvol overheidsbeleid om houtstook op korte termijn in te perken en - onvermijdelijk - uit te faseren. Houtstook blijkt – net als roken – helaas niet zo gezellig. Het is belangrijk dat u uw burgers laat weten waarom ze houtstook – ook in EcoDesign - beter achterwege kunnen laten, zodat er draagvlak kan ontstaan voor een houtstookverbod. Daarnaast kan u bij de landelijke poliLek aandringen op landelijk uioaseren van houtstook volgens onderstaande suggesLes. Hiermee kunnen gemeenten ook zelf – liefst gezamenlijk - hun zorgplicht ten uitvoer brengen met de bijbehorende aanpassingen in het Omgevingsplan. Ui,aseren par1culiere houtstook naar algeheel houtstookverbod in 2026 1. Landelijke/gemeentelijke campagnes informeren burgers over alle gezondheidsschade en dat “goed” stoken in EcoDesign met kachelfilters geen oplossing is. Dit is nodig voor het draagvlak voor uioasering. De enige goede boodschap is ‘Stook niet op hout!’. ‘Met de huidige kennis van zaken, is het niet meer verantwoord om daar de buurt - maar ook jezelf en kinderen – mee te belasten. Het maakt meer kapot dan ieder lief is, ook aan de natuur en het klimaat’.

Belangrijk: - houtstook is disproporLoneel schadelijk, kleine minderheid schaadt vrijheid en gezondheid rest - benoem veel ziekten: hoe meer mensen het leed (in de omgeving) kennen, hoe meer draagvlak - uioaseren houtstook onvermijdelijk: hoe eerder, hoe sneller de schade stopt: daarom per 2026. 2. Alterna(even adviseren zoals: een (hybride) warmtepomp, goede isolaLe, elektrische haarden, elektrische BBQ, tuinlampionnen. 3. Burgers bij energiearmoede prakLsch/financieel ondersteunen met isolaLe/schone verwarming. 4. Subsidies verstrekken voor sloop van hout/pelletkachels en dak doorvoer (bij hoofdverwarming). 5. Technisch personeel kachelbranche is hard nodig voor de energietransiLe naar warmtepompen, zonnepanelen en -boilers, elektrische kachels en BBQ en kan daar goed mee verdienen. 6. Overgangsmaatregel per direct: (landelijk) stookverbod buiten 2 vaste stookdagdelen/week: woensdag- en zaterdagavond (19-22 uur) mits code geel bij de Stookwijzer. Zie punt 7. Het gaat om alle hout-gestookte toestellen zoals houtkachels, vuurkorven en BBQ. Daarbuiten is rookvrij venLleren en buitenspelen van kinderen wel mogelijk. 7. Overgangsmaatregel per direct: (landelijk) stookverbod bij Stookwijzer code rood/oranje 8. Anoniem meldpunt bij de gemeente/omgevingsdienst. Mensen willen geen conflict in de buurt. 9.

Handhaving door controles (bij klachten) met drones met camera, warmtesensor, fijnstof meter en automaLsch boetesysteem. PoliLe en brandweer hebben al experLse in het vliegen met drones boven bebouwing en in het donker. De aanpassing en uitvoering lijken zo vrij eenvoudig. 10. WeUelijk totaal houtstookverbod voor binnen en buiten per 2026. Onderstaand vindt u de genoemde bronnen en de Infographic ‘Gezondheidsschade Luchtvervuiling’ Bereid tot het geven van nadere toelichLng en in afwachLng van uw reacLe, met vriendelijke groet, Bestuur SLchLng HoutrookVrij info@houtrookvrij.nl www.houtrookvrij.nl

Infographic van Zorona Andersen, professor Environmental Epidemiology en hoofd van de European Respiratory Society, 24-5-2023. Zie bijlage.

Andere bronnen 1. hpps://www.who.int/publicaLons/i/item/9789240034228 Zie ExecuLve Summary op blz. XVII en XIX (sterk bewijs). IntroducLon op blz. 7 (houtstook grote bron PM2,5) en blz. 10 - onderaan - en 11 (veel ziekten) en Hst 3 op blz. 75 - onderaan – (risico sterKe 1,08 = 8%, sterker effect bij lage concentraLes): Kortom PM2,5 - ook uit houtstook en bij heel lage concentraLes – veroorzaakt 8% oversterKe (bij oude norm, 10 mcg/m3) en ziekte aan longen, hart- en vaten, zenuwstelsel en andere organen en ook bij (ongeboren) kinderen. 2. hpps://journals.lww.com/environepidem/Fulltext/2023/04000/Clean_air_in_Europe_for_all__A_ call_for_more.3.aspx - JCL-P-8 Zie 4e Kop Adverse Health Effects, 3e alinea: Mortaliteit bij ELAPSE is 40% hoger dan bij de WHO (8%). Dus 1,4 x 8% = 11%. Zie 5e Kop PotenLal policy opLons, 1e alinea, laatste zin: houtstookverbod. Zie 1e alinea: “...brede consensus met groot en exponen0eel gestegen wetenschappelijk bewijs dat luchtvervuiling vrijwel alle organen aantast en daarmee zorgt voor veel invaliderende ziekten”. 3. hpps://www.rivm.nl/publicaLes/inventarisaLe-van-benodigde-maatregelen-om-whoadvieswaarden-voor-luchtkwaliteit Zie Samenva~ng, 3e alinea: Houtstookverbod nodig voor nieuwe WHO-norm. 4.

hpps://www.umweltbundesamt.de/themen/luK/emissionen-von-luKschadstoffen/quellen-derluKschadstoffe/holzheizungen-schlecht-fuer-gesundheit-klima UBA wijst hout/pelletkachels af. 5. hpps://206.wpcdnnode.com/ioresearch.nl/wp-content/uploads/2023/07/onderzoek-naarhoutstook-definiLeve-rapportage.pdf Zie blz. 22 en 23: Binnen stookt: 42+18+6 = 66% van de 21% = 14% stokers. Daarvan stookt 8% de houtkachel als hoofdverwarming. Dat is 1%. 6. hpps://envcomm.act.gov.au/wp-content/uploads/2022/08/OCSE-Wood-Heaters-ReportA40588031.pdf Summary. StookLps en moderne houtkachels niet effecLef: advies uioaseren.

7. hpps://www.zorg-en-gezondheid.be/sites/default/files/2022-04/Houtstook intervenLestudie rapport finaal_febr 2021 - publiekssamenva~ng.pdf OpLmalisering van het houtstook proces in de thuissituaLe – met instrucLe ter plaatse - bleek de concentraLes van o.a. het PM2,5 bij de kachelpijp niet te verlagen. Zie uitslagen op blz. 9. 8. hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S1364032119300012 Zie introducLon: een grotere uitstoot van ultrafijnstof deeltjes door moderne kachels. Met op blz. 521 Cordwood stoves, laatste alinea: gemeten concentraLes tot 700 miljoen deeltjes. Zie bijlage. 9. hpps://houtrookvrij.nl/2019/12/14/moderne-pelletkachel-stoot-evenveel-ultrafijnstof-uit-alshoutkachel SLchLng HoutrookVrij meet met een mobiele meter (ver buiten lineaire meetbereik) bij een opLmaal gestookte pelletkachel 600.000 UFP deeltjes/cm3, meer dan de houtkachel met 500.000 deeltjes/cm3. KatalyLsche filters lieten geen afname zien, eerder een toename. 10. hpps://www.ccacoaliLon.org/en/resources/polluLon-residenLal-burning-danish-experienceinternaLonal-perspecLve. Zie blz. 9. De Noorse eco-kachel, met betere kwalificaLes dan de Europese, stoot 650.000 ultrafijnstof deeltjes/cm3 uit, onder ideale stookcondiLes. 11. hpps://publicaLons.tno.nl/publicaLon/34639645/LOr5Nr/TNO-2022-fijnstof.pdf Zie blz.

11, 12, 14 en 15: Het aantal deeltjes ultrafijnstof en de reacLviteit ervan is een betere indicator voor de gezondheidsschade dan het gewicht van PM2,5. Ultrafijnstof dringt 5x beter in de longblaasjes (en daarmee op het autonome zenuwstelsel) en ook in de bloedbaan met een 25x groter reagerend oppervlakte vergeleken met fijnstof met een diameter van 2,5 μm. Stoffen die een sterk oxidaLef potenLeel hebben zijn PAK uit houtstook en metaaldeeltjes door remslijtage. 12. hpps://doi.org/10.1289/EHP3047 Zie Resultaten en Conclusie. Iedere toename van 10.000 deeltjes ultrafijnstof/cm3 geeK 76% meer haroalen en 43% meer harLnfarcten. Bij gelijke ultrafijnstof concentraLes verdwijnen de relaLes met PM10-2,5 en NO2. Ook PM2,5 onderschat vergeleken met ultrafijnstof de gezondheidseffecten van luchtverontreiniging. 13. hpps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9105082/ Ultrafijnstof PM0,1 heeK grotere effecten bij longpaLënten dan PM0,1-0,5. 14. hpps://www.who.int/publicaLons/i/item/9789240034228 Zie blz. xix (21) en UFP (ultra fine parLculate maper): De WHO noemt concentraLes van meer dan 10.000 deeltjes/cm3 gedurende een dag en meer dan 20.000 deeltjes/cm3 gedurende een uur, als hoog en adviseert die met prioriteit te verlagen. 15. hpps://stab.nl/wp-content/uploads/2019/11/STAB-Kennisdocument-Houtstook-september2019.pdf Zie blz. 57, tabel 6.18. (Zeer) goede verbranding: 0,01 mg/m3 = 10.000 ng/m3 P(a)B. 16.

hpps://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2010365117 Zie abstract. De oxidering van vluchLge organische gassen in houtrook vindt niet alleen langzaam plaats onder invloed van Uvlicht (gedurende enkele dagen) maar ook onder invloed van NO3-radicalen (uit NO2 en O3) in het donker en in de winterperiode, al binnen 1 a 2 uur. A•ankelijk van de luchtvochLgheid kan meer dan 70% zo worden omgezet. Dit geeK sterk verhoogde concentraLes secundair (ultra)fijnstof met reacLeve zuurstofmoleculen die door de huidige verspreidingsmodellen met een factor 3 tot 5 worden onderschat. 17. hpps://rvs.rivm.nl/sites/default/files/202202/Memo_luchtnormen_voor_PAKs_met_bijlage_%20achtergrondinformaLe_200122.pdf Zie bladzij 5 -7: De Europese streefwaarde is 1 ng/m3. De WHO-richtwaarde is 0,12 ng/m3. Risicoscha~ng op basis van benzo(a)pyreen: Bij levenslange blootstelling aan omgevingslucht die gemiddeld 1 ng /m3 benzo(a)pyreen bevat, tezamen met alle andere carcinogene PAK daarin, is het addi0onele ster@erisico aan luchtwegkanker ongeveer 1 op 10.000 blootgestelden. De Nederlandse wet schrijK een inspanningsverplichLng voor de EU-streefwaarde voor BaP van 1 ng/m3 en het ZZS-overheidsbeleid een streven naar minimalisering van de bron van PAK. 18. hpps://www.nature.com/arLcles/s41586-020-2902-8 Zie de samenva~ng en midden blz. 418.

Het oxidaLeve potenLeel in het PM2,5 is vooral asomsLg van PAK uit parLculiere houtstook. Metalen in de niet-uitlaat emissies hebben dit ook, maar zijn voornamelijk aanwezig in het grovere PM10-2,5 en hebben daarom minder impact op de diepere delen van de luchtwegen.

19. hpps://www.epa.gov/pmcourse/parLcle-polluLon-exposure Zie 4e Hst. De studies impliceren dat oxidaLeve stress een belangrijke rol speelt bij de gezondheidsschade en dat geneLsche factoren bepalend lijken voor de aanzienlijke verschillen waarmee mensen reageren op zowel acute als chronische fijnstof blootstelling. 20. hpps://publicaLons.tno.nl/publicaLon/34639645/LOr5Nr/TNO-2022-fijnstof.pdf Zie blz. 11: Zeker is dat oxidaLeve stress en ontstekingsreacLes een rol spelen bij luchtvervuiling. 21. hpps://repositum.tuwien.at/bitstream/20.500.12708/9830/2/Kistler%20Magdalena%20%202012%20-%20ParLculate%20maper%20and%20odor%20emission%20factors%20from...pdf Zie blz. 7 (onderaan): moderne kleine houtkachels stoten door de hoge verbrandingstemperatuur en -snelheid meer PAK uit (10X). Blz. 155 onderaan: droger hout (16->8%) meer PAK (35x). 22. hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S1352231016303880 Bij een hogere burnrate neemt zowel de hoeveelheid PAK als de hoeveelheid geoxideerde PAK toe, bij loof- en naaldhout. 23. hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S0269749120316055 Zie abstract. Bij een high burnrate werden 35x meer PAK aangetroffen.

Deze beschadigden wanden van cellen en van celorganellen die eiwipen maken (endoplasmaLsch reLculum, RE) en die de energieproducLe van de cel verzorgen (mitochondria) met als gevolg verminderde zwangerschapshormoon producLe, ontstekingsstoffen (zoals IL6) en celdood. 24. hpps://open.overheid.nl/documenten/ronl915635af9451173ea799099aa62b9608d8d743b6/pdf Zie blz. 69: Subsidiering op kachelfilters geeK 1,6% afname van het totaal aan PM2,5. De katalysator wordt afgeraden omdat deze niet werkt bij lagere temperaturen zoals bij opstarten en bij vervuiling contraproducLef werkt vanwege belemmering van de trek. De elektrostaat werkt vooral bij ioniseerbare zouten en niet goed bij teren en roet die vrijkomen bij opstarten en oudere kachels. 25. hpps://www.stateninformaLe.provincie-utrecht.nl/Vergaderingen/Statencommissie-Milieu-enMobiliteit/2021/26-mei/13:30/2021MM53-02-1-Buro-Blauw-Maatregelen-parLculierehoutstook.pdf Zie Samenva~ng op blz. 3, 2e en 3e alinea: Een katalysator kan in specifieke situaLes een kosteneffecLeve maatregel zijn. De ESP is dat niet. Beiden hebben geen invloed op later condenseerbaar fijnstof. 26. hpps://houtrookvrij.nl/2019/12/14/moderne-pelletkachel-stoot-evenveel-ultrafijnstof-uit-alshoutkachel/ SLchLng HoutrookVrij meet geen afname aan ultrafijnstof bij een katalyLsch filter. 27.

hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S0048969723023689 - bb0955 Zie abstract, laatste derde deel: UFP wordt niet gereduceerd door moderne houtkachels, minerale katalysator of elektrostaat (ESP). 28. hpps://iris.who.int/handle/10665/153671 Zie blz. 16: Over houtstook en oxidaLeve stress, directe cel toxiciteit, beperkt herstelvermogen van beschadigde cellen, longschade met secondaire ontsteking, een ontstekingsbeeld in het bloed en DNA-schade met toegenomen kans op longkanker. PAK en afgeleiden worden aangewezen als de veroorzakers van deze effecten. 29. hpps://journals.lww.com/environepidem/Fulltext/2023/04000/Clean_air_in_Europe_for_all__A_ call_for_more.3.aspx - JCL-P-8 Zie 4e Kop Adverse Health Effects, 3e alinea: Mortaliteit bij ELAPSE is 40% hoger dan bij de WHO (8%). Dus 1,4 x 8% = 11%. Zie 5e Kop PotenLal policy opLons, 1e alinea, laatste zin: houtstookverbod. Zie 1e alinea: “...brede consensus met groot en exponen0eel gestegen wetenschappelijk bewijs dat luchtvervuiling vrijwel alle organen aantast en daarmee zorgt voor veel invaliderende ziekten”. 30. hpps://206.wpcdnnode.com/ioresearch.nl/wp-content/uploads/2023/07/onderzoek-naarhoutstook-definiLeve-rapportage.pdf Zie blz. 7: Een kwart van de Nederlanders ervaart regelmaLg tot vaak overlast door houtstook. 31.

hpps://www.nivel.nl/nl/nieuws/verbeteren-luchtkwaliteit-kan-luchtwegklachten-van-mensenmet-een-longziekte-aanzienlijk?utm_source=Nivel+apendering&utm_campaign=1b242819372022_03_24_luchtwegklachten&utm_medium=email&utm_term=0_caebd11ec3-1b2428193763922993 Vijf procent van de miljoen longpaLënten die luchtwegklachten krijgen t.g.v. luchtverontreiniging moet worden opgenomen vanwege acute benauwdheid: 50.000 mensen. Houtrook wordt het meest frequent genoemd als oorzaak van de verslechterde longfuncLe.

32. hpps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arLcles/PMC6904854/ Overzichtsstudie in Chest concludeert dat PM2,5 ieder orgaan in het lichaam kan aantasten, besproken door de WHO in The Guardian: 33. hpps://www.theguardian.com/environment/ng-interacLve/2019/may/17/air-polluLon-may-bedamaging-every-organ-and-cell-in-the-body-finds-global-review 34. Zie de infographic van Zorona Andersen, professor Environmental Epidemiology en hoofd van de European Respiratory Society, op 24-5-2023. Zie ook de bijlage. 35. hpps://www.rivm.nl/ggd-richtlijn-medische-milieukunde-luchtkwaliteit-engezondheid/gezondheidseffecten-luchtverontreiniging/luchtkwaliteit-benzeen 36. hpps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37542784/ Bij 50.000 vrouwen uit het Amerikaanse Sister onderzoek, bleek na gemiddeld 11 jaar en ≥30x per jaar stoken in een houtkachel of haard, 68% meer longkanker op te treden. Bij niet-rooksters waarbij het roken de relaLe tussen stoken en roken niet verstoorde, trad 99% meer longkanker op. Niet-rooksters die weinig frequent stook-ten (<30x/jaar) alLjd nog 64%. Er waren geen verschillen in percentages longkanker tussen plapeland versus stad of tussen inkomensgroepen. 37. hpps://www.vzinfo.nl/leefomgeving/luchtverontreiniging/fijn-stof Van alle te klein geboren kinderen wordt 37% gerelateerd aan fijnstof PM2,5, zie onderaan in de tabel. 38.

hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S0269749120316055 Zie abstract. Met een elektronenmicroscoop worden PAK in (aan houtrook blootgestelde) placentacellen aangetroffen: PAK beschadigden wanden van cellen en van celorganellen die eiwipen maken (endoplasmaLsch reLculum, RE) en die de energieproducLe van de cel verzorgen (mitochondria) met als gevolg verminderde zwangerschapshormoonproducLe, ontstekingsstoffen (zoals IL6) en celdood. 39. hpps://www.ncj.nl/richtlijnen/alle-richtlijnen/richtlijn/?richtlijn=15&rlpag=862 Zie tabel 3 en (Basiskennis) Mentale ontwikkeling. Te klein of te vroeg geboren kinderen hebben vaker leerproblemen, vaker speciaal onderwijs nodig, vaker een lager IQ, vaker taalproblemen, vaker problemen met doelgericht uitvoeren van taken (planning, werkgeheugen, aandacht, verwerkingssnelheid, flexibiliteit) en een minder goede prikkelverwerking die leidden tot beperkingen in het algemeen funcLoneren, zoals gezien worden bij ADHD en auLsme. 40. hpps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arLcles/PMC4456286/ Zie abstract: (prenatale) blootstelling aan PAK draagt bij aan een tragere informaLeverwerking, ADHD-symptomen en gedragsproblemen door de ontwikkeling van de wipe stof in delen van de hersenen te verstoren. 41.

hpps://www.mdpi.com/1660-4601/19/23/16138#B14-ijerph-19-16138 In de gebieden met het hoogste kwarLel aan luchtvervuiling met PM2,5, werd 79% vaker de diagnose ADHD gesteld dan in gebieden met het laagste kwarLel. 42. hpps://www.bmj.com/company/newsroom/polycyclic-aromaLc-hydrocarbons-strongly-linked-toraised-rheumatoid-arthriLs-risk Amerikanen, die leven in gebieden met het hoogste kwart aan PAK concentraLes in het fijnstof, hebben 80% meer reuma, dan zij die leven in het laagste kwart. De gerelateerde PAK waren niet die asomsLg uit sigarepenrook. 43. hpps://www.bmj.com/content/381/bmj-2022-071620 Iedere toename van 2 µg/m3 aan langdurende belasLng met PM2,5 toont een toename van 17% meer demenLe diagnosen in de VS. 44. hpps://www.sciencedirect.com/science/arLcle/pii/S2666776223000261 Iedere 10 mcg/m3 PM2,5 zorgt voor 65% meer long-Covid-19 (met longproblemen) bij jongvolwassenen in Zweden. 45. hpps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36215200/ ) of de wetenschappelijke samenva~ng: hpps://www.nih.gov/news-events/news-releases/high-levels-parLculate-air-polluLonassociated-increased-breast-cancer-incidence: Uit Europese studie blijkt risico op borstkanker 6% hoger bij 5 microgram/m3 meer PM2,5 fijnstof. 46. Kleine minderheid (13%) is met houtkachels en haarden dispropor(oneel vervuilend.

Met voornamelijk 1-3x/week stoken, dragen zij met 4% woningverwarming bij aan 24% PM2,5, bijna 70% PAK en 24% benzeen in woonwijken. De industrie - inclusief Tata - draagt bij aan 2,6% van de PAK uitstoot. De vrijheid van deze 13% beperkt de vrijheid en gezondheid van de rest. Houtkachels dragen voor 4% bij aan de woningverwarming (16/388 PJ = 4%): hpps://www.cbs.nl//media/_pdf/2019/41/cbs_2019_rapport_houtverbruik_huishoudens_woon-

onderzoek_2018.pdf Zie blz.11 en 12. Het blijkt dat 933/1355 x 18,1% = 12,5% van alle huishoudens een houtkachel of open haard gebruikt. Uit de tabel op blz. 17 blijkt dat de meerderheid 1, 2 of 3 dagen per week stookt. Zie blz. 27, laatste alinea: 16 PJ aan energie asomsLg van houtstook. hpps://www.rvo.nl/sites/default/files/Warmte%20en%20Koude%20NL%202NECW1202%20jan13 .pdf Zie blz. 9 bij het 2e kopje: 388 PJ aan energie voor de verwarming van alle woningen. 47. hpps://www.scapeler.com/wp-content/uploads/2024/01/De-bijdrage-van-houtrook-aan-defijnstofconcentraLe-in-de-leefomgeving_V1.0a.pdf PM2,5 meLngen (400 uurwaarden ad random gemeten met een Met-One BAM) toonden aan dat de bijdrage door houtkachels aan het PM2,5 in woonwijken verdubbelt naar 50%. Dit werd ook gemeten bij hogere windsnelheden (blz. 44,56) 48. hpps://www.rtlnieuws.nl/nieuws/nederland/arLkel/5432029/probleem-fijnstof-door-houtstookonderschat-wijken 49. hpps://eeb.org/wp-content/uploads/2021/09/Where-theres-fire-theres-smoke_domesLcheaLng-study_2021.pdf Wates J., 2021. Where there’s fire, there’s smoke. Emissions from domesLc heaLng with wood. European Environmental Bureau and Green TransiLon Denmark. Zie blz. 5 en 8: Per warmte-eenheid produceren houtkachels/boilers t.o.v.

aardgas: 2x zoveel CO2, 140x zoveel methaan (een 30x sterker broeigas), 5x zoveel lachgas (N20, een 266x sterker broeigas) en >220 keer zoveel BC (een 900x sterker broeikaseffect dan CO2). 50. hpps://easac.eu/fileadmin/PDF_s/reports_statements/NegaLve_Carbon/EASAC_Commentary_F orest_Bioenergy_Feb_2019_FINAL.pdf : European Academies Science Advisory Council bericht de Europese Commissie dat houtstook i.p.v. fossiele verbranding niet duurzaam is en juist het CO2 in de lucht verhoog. Het herstellen en uitbreiden van bossen is dat wel en ook het goedkoopst. 51. hpps://easac.eu/media-room/press-releases/details/easac-welcomes-that-the-jrc-reportstrengthens-the-case-for-shorter-payback-periods-on-woody-biomass : EASAC ziet haar eigen rapport uit 2019 bevesLgd door het Joint Research Centre. Deze concludeert in 2021 dat alleen de verbranding van slechts een deel van de twijgen van gekapte naaldbomen voor houtgebruik kan bijdrage aan een CO2-reducLe. De huidige (gesubsidieerde) biomassa industrie zorgt voor een zorgwekkende toename van CO2 en beschadigt de biodiversiteit en CO2-opslag van bossen. 52. hpps://research-repository.griffith.edu.au/handle/10072/417933 Mackey B.G., Lindenmayer D.B., Keith H., 2022. Burning forest biomass for energy: Not a source of clean energy and harmful to forest ecosystem integrity. Griffith University. 2022-09.

Australisch onderzoek bevesLgt dat de huidige (Europese) biomassa industrie leidt tot ernsLge CO2 toename, aantasLng van de bossen, toename van het energiegebruik en verdringing van het wel duurzame houtgebruik. Zij dringen aan op een mondiaal verbod op hout als brandstof omdat er geen residu biomassa is dat duurzaam gebruikt kan worden voor verbranding. 53. hpps://open.overheid.nl/documenten/ronl-9f6d7cb4-ff39-4452-b2b6-1cb67ac20f22/pdf : Zie Hoofdstuk PAK, blz. 138. ParLculiere houtstook grootste bijdrage PAK in atmosfeer en oppervlaktewater. 54. hpps://www.eea.europa.eu/nl/arLcles/kwik-een-aanhoudende-bedreiging-van : Kwik, in Europa asomsLg uit de verbranding uit steenkolen/hout, schadelijk voor milieu, (zee)vis en mensen. 55. hpps://www.nature.com/arLcles/s41467-023-39469-3 Wang Q, et al., 2023. Short-term parLculate maper contaminaLon severely compromises insect antennal olfactory percepLon. Nature CommunicaLons, volume 14, ArLcle number: 4112 (2023): Kortdurende blootstelling aan lage PM2,5 concentraLes beschadigen de antennes van vliegen en belemmeren zo het opvangen van geuren nodig voor het vinden van voedsel en voor de voortplanLng. PM2,5 verplaatst zich over duizenden kilometers en kan de afname van de insecten wereldwijd verklaren, ook op afgelegen gebieden. 56.

hpps://www.rivm.nl/houtrook/samenwerking-houtrookonderzoek Zie laatste kopje: Dat betekent dat het effect veel minder lokaal is dan de onderzoekers dachten. Voor de aanpak van de gezondheidsklachten door houtrook moet dus gekeken worden naar een groter gebied en niet alleen naar afzonderlijke bronnen van houtstook vlakbij.

Renewable and Sustainable Energy Reviews 103 (2019) 515–528

Contents lists available at ScienceDirect

Renewable and Sustainable Energy Reviews journal homepage: www.elsevier.com/locate/rser

Nanoparticle emissions from residential wood combustion: A critical literature review, characterization, and recommendations Rebecca Trojanowskia,b, Vasilis Fthenakisa, a b

T

⁎

Center for Life Cycle Analysis, Earth and Environmental Engineering, Columbia University, New York, NY, United States Sustainable Energy Technologies, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY, United States

A R T I C LE I N FO

A B S T R A C T

Keywords: Biomass Wood stoves Nanoparticle Emissions Regulations

The increased use of wood as a heating fuel in residential and small commercial buildings has increased concern about potential environmental and safety impacts, specifically particulate matter (PM) emissions in the nanometer range. Larger particles (> 2.5 µm) can be effectively removed from exhaust streams by emission control devices. However, nanoparticles (NP), due to their size, are more difficult to capture in exhaust flue gases. In addition, NPs have a higher surface to volume ratio, allowing them to absorb organic compounds, causing them to be more reactive than their larger counterparts. This review focuses on the NPs produced from residential wood heating devices. Current emission regulations do not reflect the NP count or type produced from residential wood combustion, although most published studies show that a significant portion of the particles produced during combustion is in the nano-size range. Fuel type, device type and combustion periods have all shown to impact, at various degrees, the NPs produced. Contrary to common expectations, it appears that modern units may generate a higher count of NPs, although emitting less particulate mass than older units. This investigation supports arguments of needed particle type and count regulations in addition to the current mass based emission regulations.

In addition to a critical review and analysis, recommendations are made regarding future testing, monitoring and environmental impact studies that address the significance of NP emissions.

1. Introduction The increased use of wood as a heating fuel in residential buildings has increased concern about potential environmental health and safety impacts. The increased use is partially due to the historically low cost of wood fuel, but also because the technology offers a renewable alternative to fossil fuel heating. In addition, single room heaters using either pellets or cordwood can help offset significant amounts of home heating oil or propane without the larger investment of replacing a boiler. As the use of biomass is encouraged as a rewewable fuel source and considered to be an important player in the transition to renewable fuel sources, it suffers from higher particulate matter (PM) emissions in comparison to oil or natural gas fired systems. The World Health Organization estimates that more than 50% of the world population uses biomass fuels for cooking and heating [1] and these PM emissions from residential wood-smoke have corresponded to declines in local air quality in Europe [2–4]. As of 2015, residential wood combustion (RWC) devices were responsible for more than 45% of PM2.5 (particles with an aerodynamic diameter < 2.5 µm) in Europe [5]. Similarly, biomass burning in the

⁎

United States (US) accounts for more than one-third of primary PM2.5 emissions and the US Environmental Protection Agency (EPA) lists the three largest sources of PM2.5 as utility fuel, RWC and prescribed burning (land management tool to maintain forest health) [6]. Specifically in New York State (NYS), residential wood heating contributes 275% more PM2.5 than all industrial, commercial and institutional (ICI) heating emissions combined, 550% more PM2.5 than the electricity generation sector, and 35% more PM2.5 than the transportation sector; overall, contributing more than 90% of the PM2.5 emissions in NYS even though it only provides less than 2% of NYS overall heating needs [7]. Similar trends are reported by the Danish Ecological Council; the number of particles per unit volume of wood burning exhaust in Denmark, were found to be than 230 times greater than those from diesel trucks [5]. 2. Background Especially of concern are emissions from wood combustion of submicron particles, i.e., nanoparticles (NPs) (< 300 nm) The absorbed compounds in some cases may be potentially carcinogenic and induce a

Corresponding author. E-mail address: vmf5@columbia.edu (V. Fthenakis).

https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.01.007 Received 22 March 2018; Received in revised form 10 December 2018; Accepted 1 January 2019 Available online 15 January 2019 1364-0321/ © 2019 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Renewable and Sustainable Energy Reviews 103 (2019) 515–528

R. Trojanowski, V. Fthenakis

their size, are more difficult to capture in exhaust flue gases. Additionally, commercial biomass heating systems (office buildings and those used for district heating) are more efficient and equipped with emission control devices mentioned above. However, residential units often do not have these PM removal systems1 and so they are major sources of PM in the air. Therefore, this review paper focuses on the NPs produced from residential wood heating devices. In addition, the paper offers suggestions for future studies from an environmental perspective as the use of wood combustion devices continues to increase.

more pronounced pro-inflammatory response than larger particles of the same material [8–11]. Depending on the combustion source, small amounts of sulfates, nitrates, and metals may also be present along with adsorbed volatile organic carbon (OC) [12]. Perhaps the combination of metals present, organic compounds, persistent free radicals and/or low solubility or degradability are the likely source of observed health impacts of airborne PM such as oxidative stress [9,13,14]. A review by Bøman et al. discussed exposure effects such as asthma, respiratory symptoms, mortality, and declined lung function had a stronger correlation in areas where residential wood smoke combustion was a major source of PM [4]. Other reports show that NPs can become suspended in wash water, make their way into organisms and eventually cause serious health effects to humans through the food chain [15]. Many studies have looked at the health effects associated with wood combustion NPs, but to date little is known about the environmental fate of these NPs and their eventual pathway to humans. One review indicates that 99% of the total number concentration of particles in the ambient atmospheric environment are made up of NPs 300 nm and smaller [8]. However, there is no systematic description of anthropogenic NPs and their occurrence, fate, and effects on the environment [16].

Several studies showed that ultrafine NPs emissions (< 100 nm) may affect the climate and this is dependent on the chemical properties of the aerosol [3,17,18] and their residence times [16,19]. It is known that black and brown carbon has a significant role in altering the climate [20,21]. Nienow et al. [12] report that approximately 15% of all atmospheric particles between the sizes of 1 and 1000 nm in diameter are soot, which are mostly elemental carbon (EC), and typically are non-toxic to cells but are known to absorb sunlight and contribute to global warming. Black carbon NPs are of particular concern since, in addition to absorbing light, they are inefficient light scatters as they are much smaller than the 400–700 visible light spectra [19]. RWC not only contributes to photochemical smog [22,23] but has been reported to be a significant source of black and OC [24]. A recent study shows that 56% of the black carbon soot in Europe is caused from RWC and with a projected increase in its use to meet renewable energy goals, the contribution of black carbon soot is expected to grow upwards to 70% by 2030 [5]. The accumulation of NPs in the environment may not only induce climate change but also affect atmospheric visibility decreasing the sun's light intensity, and have an effect on the environmental hydroxyl radical concentration, ultimately depleting the ozone. Smita et al.

[25] summarized a scenario in South Asia where 70% of the brown clouds are made up of soot from biomass combustion in cook stoves. They correlated the brown clouds to glacial melting, reduced sunlight and extreme weather conditions which have impacted local agricultural production. The authors also discussed the NPs reaction with hydroxyl radicals in the environment and their immediate binding due to the very reactive nature of both. Typically, hydroxyl radicals degrade pollutants due to their strong oxidation nature, however with the NP reaction, the free radicals are no longer available and an increase in pollutants and greenhouse gases are observed. In addition to NPs affecting the atmospheric chemistry and inducing climate changes, NPs can eventually deposit onto soils and bodies of water causing secondary contamination and other environmental effects [19,26]. Hata et al. found wood combustion NPs (in comparison to larger particles) had the largest fraction of particle-bound water soluble OC which is known to contribute to cloud condensation nuclei generation [27] but may also interact with the natural OC in water; dissolved OC can carry trace metals and other contaminants [28] that are otherwise insoluble and immobile causing carcinogenic effects on organisms [22].

Larger particles (greater than 2.5 µm) typically derive from the inorganic fraction of the fuel in the form of ash, or may be agglomerations of fine and ultrafine particles, but they can be successful removed from exhaust streams by emission control devices [23] such as electrostatic precipitators (ESP), cyclones, and baghouses. Nanoparticles, due to

3. Residential wood combustion systems Residential systems may be classified as primary heaters or secondary heaters. Primary heaters include biomass boilers or furnaces which serve to heat an entire home and may also include domestic hot water. Secondary heaters, also commonly referred to as ‘room heaters’, are used as a supplemental heat source, particularly for one room, and in some cases may only be used for ambience. This category typically includes wood stoves, masonry stoves, and fireplaces and fireplace inserts. Wood heaters may be manually or automatically fed. Manual systems are typically fed in batches with fuel types such as cordwood (logs or split wood), cribwood (dimensional lumber), and briquettes. Automatically fed systems transport wood chips and pellets via an auger to the combustion chamber; they may be top fed, horizontally fed or bottom fed [7]. Systems which are automatically fed or include controls, require electricity to operate the fuel screw, glow-plug ignitor and fans, whereas manual systems may not require electricity. Traditional stoves that lack automatic controls do not need an electric source and simply rely on the operator to ignite the fuel source and control air dampers. Advanced units may include fans, lambda (oxygen), temperature sensors, and automatically controlled dampers that require an electric source to operate.

Some wood heater designs also promote the use of duel fuel i.e. a manually fed cordwood and automatically fed pellets 3.1. Primary heaters One type of primary wood heating appliance is the wood-fired hydronic heater, a technology that has been evolving rapidly in the U.S. and Europe over the past decade. Hydronic heaters heat water, or otherworking fluid, and then pump the fluid to the home via baseboard or traditional cast iron radiators. Hydronic systems are most common in Europe and the Northeast US. Older wood-fired hydronic technology involved outdoor-installed units with large integral water volumes and updraft combustion (commonly referred to as outdoor wood boilers, OWBs). These units operate with air flow controls that set the firing rate to maintain a target boiler water temperature. These units control combustion by just opening and closing a damper operated by an aquastat [7]. During periods of low-heat demand, these units go into a “slumber” or smoldering combustion mode, (described in Table 1), which can create high emissions. Also, these units have very large combustion chambers allowing them to be easily overfilled potentially causing a hundred-pound charge of wood in a boiler with a nominal output capacity in the range of 100,000 Btu/h to smolder. Hydronic heaters may be classified as single-stage or two-stage gasification boilers.

Single-stage units only involve one chamber for combustion and an air damper or two. These units are typically less efficient as unburned gases leave the flue. Two-stage gasification systems involve two chambers; one chamber to burn most of the biomass 1 Some stoves may be sold with catalyst; however, this practice is more common in the US than in the EU. Recently a prototype of a residential boiler with a mini ESP was introduced in the EU but this is not a common practice yet [84].

516

Renewable and Sustainable Energy Reviews 103 (2019) 515–528

R. Trojanowski, V. Fthenakis

Table 1 Common Operation Conditions for Residential Wood Combustion Devices. Operating Condition

Characteristics

Start-up or ramp up

Fuel was just ignited and the unit ramping up to its full output, fan speeds (if applicable) and/or dampers are fully open; CO concentrations tend to be high as well as PM with low to moderate O2 values. Unit is running at full output, max fan speed (if applicable), fully open dampers, high burn rate of fuel, low CO, low PM, low to moderate O2 values. Unit is running at less than full output because heat demand has been met; fan speeds are ramped down (if applicable), partially closed dampers; low to moderate burn rate of fuel, slowed combustion. Unit has overheated or met heat demand and can no longer modulate to slow combustion and reduce output. Dampers at this point may be fully closed or barely open to maintain a fire; in the case for a manual system, fans (if applicable) are off; CO concentration tend to be very high but can become low towards end of slumber, combustion is very low or stopped. Fuel is almost consumed; high O2 values; CO values can range from low to high depending on the unit.

Steady state operation Intermediate or modulation or partial load Slumber

Burn-out (i.e., end-phase)

Fig. 1. Schematic of hydronic wood heater. a) single-stage unit b) two-stage gasification [29] (Courtesy of John Siegenthaler P.E.).

comparison to traditional OWBs. These new technologies are two-stage combustion designs with oxygen and/or temperature sensors and an advanced control system; they operate with full or partial external thermal storage, include multiple air dampers and fans to modulate and/ or stage combustion, and are intended for use either indoors or outdoors. These units contain approximately one-tenth the water volume of older units internally but are installed with large external thermal storage. Fig. 3 below shows an example of an advanced woodfired boiler. The concept is that these units will serve primarily to heat the storage tank while running at optimal, full-output condition. Heat from the storage will then be used to heat the home. With the integration of air supply controls, temperature, and or thermal storage, the efficiency and emissions (mass based) performance is significantly improved due to the optimization of the air supply to fuel ratio [7]. Thermal storage allows boilers to reduce cycling which in turn may reduce emissions from start-up and shut down periods. Similar to hydronic heaters, furnaces also are designed to burn cordwood, wood chips or pellets to heat an entire home and typically are controlled by a home's thermostat. However, the heat from a furnace is distributed as a gas (hot air) through ducts rather than as a liquid in pipes which is pumped through a home.

Fig. 4 below shows the difference between a hydronic and forced air OWB. Typically wood fired furnaces are located indoors. Johansson et al. [31] describe in detail common wood boiler designs for up-draught combustion while a NYSERDA report details down-draught combustion devices [7]. Downdraught boilers pull air in and use it to fully combust unburned gases below the active flaming area. Up-draught boilers pull air in and heat it

Fig. 2. Hydronic heater integrated with heating system. Shown here is the unit integrated with a forced hot air furnace, but other integrations may include radiant floors, radiators, or baseboards [30].

and the second to burn the off-gases not fully combusted in the first chamber; this typically involves the need for a fan or blower to push the gases into the second chamber. Burning the exhaust gases allows for a more complete combustion and ultimately a gain in efficiency. Differences between the two systems are shown in Fig. 1 below. In both scenarios below, hot water would leave the system and be piped to the home for heating and/or domestic hot water use. Fig. 2 shows how the system may be integrated with the home's heating system. The newest technologies for wood boilers are characterized by their low mass (small water volume) and smaller combustion chambers in 517

Renewable and Sustainable Energy Reviews 103 (2019) 515–528

R. Trojanowski, V. Fthenakis

Fig. 3. Advanced wood-fired boiler with thermal storage [29] (Courtesy of John Siegenthaler P.E.).

above the active flaming area. Modern/advanced boilers typically employ down-draught combustion while conventional boilers and wood stoves use up-draught combustion

catalyst by closing a damper and redirecting the fuel gas path based on a stove temperature. 3.3. Fire places and masonry heaters

3.2. Secondary heaters

A third category includes units that may be used also as secondary heaters but are not regulated by the US EPA. This category includes fireplaces and masonry heaters. Fireplaces generally have no controls associated with their design and simply exhaust flue gases up a chimney due by natural convection. Fireplaces are not regulated in terms of their emissions as they are classified as a recreational burn, not a primary source of heat [34]. Masonry heaters similarly to fireplaces have no control mechanisms, are not a free standing device and typically built into the home's blueprint. These units operate at a single high burn rate only, rapidly heating the brick mass and thereby avoiding some emissions typically associated with low burn rate operations. They are high mass units with heat exchanger channels for the hot flue gas to pass through the masonry bed before exhausting to the outdoors. Thus the masonry material stores heat and release the heat stored over a prolonged period of time.

Unlike a boiler or furnace, a wood stove is not controlled by a central thermostat to meet the home's heating demand. Wood stoves only heat a small local area and are considered to free standing and enclosed, unlike an insert or open fireplace. Older stove technology (cordwood) typically uses an updraft burn which introduces primary air into the combustion chamber at the bottom of the stove and under the fuel injection causing the air and flames to naturally draft up. These stoves include a manual damper for the user to adjust to their desired heat output. Some newer stoves introduced advanced controls to adjust the dampers automatically (based on oxygen, temperature and/or thermostat setting) as well as gasification and secondary combustion techniques which push combustion gases into chambers below the fuel further burning the gases, thereby improving both efficiency and emission performance. Stoves may also be categorized as catalytic or non-catalytic. Catalytic stoves employ a ceramic honeycomb design coated with a rare-earth metal catalyst placed in the path of the flue gas to enable combustion of the volatile gases at lower temperatures [7]. Therefore, the construction and air supply vary between the two. Often in older technology especially, the user of the stove is responsible to ‘engage’ the

4. Fuel types Wood heater designs range from single fuel systems (e.g., cordwood, cribwood, pellets, wood chips, and briquettes (also called biobricks)), to multi-fuel systems which have been designed to burn pellets, corn

Fig. 4. Outdoor wood boilers (OWBs) a. hydronic [32] b. forced hot air [33]. 518

Renewable and Sustainable Energy Reviews 103 (2019) 515–528

R. Trojanowski, V. Fthenakis

Pellets are commonly used in automatic feed systems. They are a more consistent fuel type due to their uniform size, shape, and moisture content. They are delivered to the end-user either by delivery trucks (similar to oil) or in 18 kg plastic bags. High quality pellets include those made of sawmill waste; grasses, if used, often have higher ash content, chlorine, and sulfur levels which can cause the combustion chamber to corrode over time, making them less desirable unless additives are used [43]. Pellets are not to be produced from recycled material such as treated or painted lumber as the emissions from burning materials of this type would produce toxic emissions or large variations in burns. Required certification programs exist in most European countries (ENplus) and Canada (CANplus) to protect pellet consumers and ensure the procurement of a high quality pellet [44]. Unlike Europe, pellets fuel in the US are only recommended but not mandated to meet a certification. The Pellet Fuel Institute (PFI) recently launched a third-party accreditation standards program to provide specifications for residential and commercial-grade pellet fuel to ensure the consumer would purchase high quality pellets [45].

The Northeast States for Coordinated Air Use Management (NESCAUM) sampled pellet fuels from 100 difference companies and, despite US standards, [7], some pellet fuels did not meet standards. In some cases, the pellets did not meet the specified moisture content, showed seasonal variability, exceeded standard for chloride, and many samples had higher than normal values for Arsenic (As), Cadmium (Cd), and Mecurgy (Hg).

husks, wood chips, and olive pits. In addition to the system design itself, fuel type may also impact emissions, efficiency, and performance. Fuels that contain bark for instance are known to contain many contaminants as trees will push the “unwanted” matter to their leaves or bark. In summary Jensen found mineral compounds are up to 10 times more abundant in bark than in wood, with bark ash contents up to 60%wt, predominantly calcium, silica, and phosphorus [35]. Additionally, phenolic acids in bark are mostly found in outer bark cells. Low molecular weight extractives are often very abundant in bark such as alcohols, resin acids, alkaloids, and terpenes. There can also be small amounts of essential oils (volatile low molecular-weight terpenes) (e.g. incense cedar, ponderosa pine, and eucalypts, among many others) [36]. Moisture content of biomass fuels are also another key factor in the ignition time and devolatilization rate [37], as well as the overall combustion performance [38,39]. The elements that may be found in a solid biomass fuel, and the emission from their combustion, also depend on where the tree was grown. Specifically, trees living in areas with toxic air pollution or ground water contaminants may have toxic metals accumulated in the bark and leaves [40]. In the sections below various common fuel types are described in some detail. 4.1.

Cordwood Cordwood or as more commonly referred firewood, is un-treated, with or without bark and air-dried wood. Cordwood can vary in terms of species (fuel density) and pieces of the same species further may vary in moisture content, the amount of bark covering the surface, weight, and size. To complicate this fuel further, combustion of cordwood is subject to natural chimney draught, cannot be ‘turned on or off’ like automatic fuels can with instantaneous ignition, and is subject to various lighting techniques. To minimize this variability and increase best combustion practices, stove or boiler manufacturers typically recommend their systems be fired with either two main types of cordwood: deciduous or hardwoods and coniferous or evergreens or softwoods. Examples of hardwoods include oak (red or white), maple, or beech and softwoods include pine, spruce or Douglas Fir. Traditionally, round logs are cut into four to six pieces to improve the surface area and combustion performance. Manufacturers typically recommend seasoned (air-dried) cordwood for use in their devices with moisture ranges on a dry basis of 16–20%, however some units have claims to the ability to burn green wood (moisture levels above 35%). In addition, piece size, amount, and loading procedures are listed in manufacturer's written instructions and device manuals.