W obowiązującym obecnie „Krajowym Programie Ochrony Powietrza do 2020 roku" [1] można znaleźć zapis – w planie średnioterminowych działań do 2020 r. – informujący o konieczności stworzenia modelu obliczeniowego dla określenia kosztów zdrowotnych przy ocenach skutków regulacji krajowych strategii oraz programów w zakresie energetyki i przemysłu, oraz uwzględniania kosztów zdrowotnych w kosztach zewnętrznych. Zdaniem autorów, tworzenie jakichkolwiek krajowych strategii czy programów dotyczących energetyki i przemysłu bez uwzględniania ponoszonych kosztów zewnętrznych może prowadzić do całkowicie błędnej polityki w tym zakresie. Przekonują o tym poniższe analizy.

Według szacunków Instytutu Ekonomii Środowiska [2], w Polsce około 70% budynków jednorodzinnych jest wyposażonych w kotły na paliwa stałe. Można zatem powiedzieć, że w budynkach jednorodzinnych funkcjonuje około 3,5 mln takich urządzeń. Biorąc pod uwagę aktualną strukturę cen paliw w Polsce, węgiel kamienny czy drewno używane do spalania w przydomowych kotłach wydają się jednymi z najtańszych nośników energii. Obecnie koszt zakupu jednej tony węgla dobrej jakości (np. „ekogroszek") w handlu detalicznym wynosi 600-900 zł, a koszt jednego metra sześciennego drewna opałowego to około 200 zł. Jednak istotnym pytaniem, które trzeba postawić, jest to: jakie są dodatkowe, zewnętrzne koszty związane z zanieczyszczeniem powietrza spowodowanym spalaniem węgla czy drewna w typowych kotłach na paliwo stałe w budynkach jednorodzinnych?

Koszty zewnętrzne to koszty ponoszone przez otoczenie wskutek działania jakiegoś czynnika, w tym przypadku spalania węgla czy drewna w standardowym kotle grzewczym. W ekonomii to zjawisko bywa też nazywane efektem zewnętrznym. Aby uwzględnić koszty wywierane na środowisko, niektóre kraje wprowadzają podatki i opłaty ekologiczne, które pozwalają promować czystsze technologie, wywierające relatywnie mniejszy wpływ na środowisko naturalne.

Składowe zewnętrznych kosztów spalanie

Dotychczas przeprowadzone były analizy i szacunki kosztów zewnętrznych związanych ze spalaniem węgla tylko w odniesieniu do polskich elektrowni i elektrociepłowni. Na podstawie ogólnodostępnych informacji statystycznych autorzy artykułu podjęli jednak próbę oszacowania kosztów zewnętrznych w zł/rok, związanych ze spalaniem jednej tony węgla lub drewna w przeciętnym kotle na paliwa stałe dla domów jednorodzinnych. Podczas analizy starali się nie przeszacowywać kosztów zewnętrznych, nawet na rzecz pewnego ich niedoszacowania. Wśród zewnętrznych kosztów związanych ze spalaniem węgla w kotłach na paliwo stałe można wyodrębnić następujące składowe:

• zewnętrzne koszty związane ze śmiercią osób, chorobami i wpływem na środowisko oraz na gospodarkę na skutek zanieczyszczeń powietrza;
• koszty dotacji – w tym wypadku: węgla kamiennego (sic!);
• koszty obsługi kotłów na paliwo stałe (nie są one ujęte w analizie) – z reguły przyjmuje się, że jest to od 10 do 15 godz. robocizny na miesiąc

Dane z niezależnych opracowań

Według opracowania Światowej Organizacji Zdrowia WHO („Economic cost of the health impact of air pollution in Europe", 2015 r.) [4], pyły zawieszone PM 2,5 są często używane jako główny wskaźnik różnych zanieczyszczeń powietrza. Te zanieczyszczenia mają też największy wpływ na długoterminowe skutki zdrowotne. Zgodnie z informacją Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska, istotnym problemem nadal pozostają:

• w sezonie zimowym – ponadnormatywne stężenia w powietrzu pyłu zawieszonego PM 10 i PM 2,5 oraz benzo (a)pirenu;
• w sezonie letnim – zbyt wysokie stężenia ozonu troposferycznego.

Ponadto obserwowane są pojedyncze przypadki występowania ponadnormatywnych stężeń dwutlenku azotu, których główną przyczyną jest oddziaływanie emisji związanej z intensywnym ruchem pojazdów w centrum miast. Jednak na powstawanie chorób oraz przedwczesnych śmierci związanych z zanieczyszczeniami powietrza zdecydowanie najbardziej wpływa narażenie mieszkańców na pyły zawieszone PM 2,5. Występowanie tych zanieczyszczeń w powietrzu jest mocno powiązane z emisją węglowodorów aromatycznych, np. benzo- (a)pirenu BaP.

Według raportu Komisji Europejskiej z 2016 r., koszty zewnętrzne zanieczyszczenia powietrza w Polsce związane ze zdrowiem i wpływem na gospodarkę przekraczają 26 mld euro rocznie (ponad 6% PKB Polski), przy czym obejmują one nie tylko wartość wewnętrzną prowadzenia w pełni zdrowego życia, ale także koszty bezpośrednie i pośrednie poniesione przez gospodarkę.

Bezpośrednie koszty ekonomiczne podane we wspomnianym raporcie obejmują 19 mln utraconych dni roboczych rocznie w wyniku chorób związanych z zanieczyszczeniem powietrza.

Jednocześnie koszty zewnętrzne nie obejmują szacunku kosztów przedwczesnych śmierci spowodowanych zanieczyszczeniem powietrza.
Z kolei wyniki raportu „Air quality in Europe – 2016" Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) [3] wskazują, że z powodu zanieczyszczeń powietrza w Polsce przedwcześnie umiera ponad 51 000 Polaków rocznie (tabela 1), z czego w 95% przypadków jest to spowodowane zbyt dużym stężeniem pyłów PM 2,5.
Przyjmując jako kryterium wskazany w raporcie „Air quality in Europe – 2016" udział w przedwczesnych śmierciach pyłów PM 2,5, można założyć, że emisja tych pyłów odpowiada za ponad 95% kosztów zewnętrznych związanych z zanieczyszczeniem powietrza w Polsce. Ze względu na dążenie autorów analizy do tego, by nie przeszacowywać kosztów zewnętrznych, do obliczeń przyjęto zdecydowanie niższy udział związany ze szkodliwością pyłów PM 2,5, wynoszący tylko 70% (założono, że jakaś część udziału stężenia PM 2,5 w powietrzu pochodzi z emitorów znajdujących się poza granicami Polski). Oznacza to, że emisja pyłów PM 2,5 generuje koszt zewnętrzny wynoszący 0,7 x 26 mld euro (wartość wskazana we wspomnianym raporcie KE z 2016 r.), czyli około 18,2 mld euro/rok – tj. około 76,4 mld zł rocznie.

Źródła emisji PM 2,5 i koszty

Według danych KOBIZE (Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami) z 2014 r. [4], rozkład udziałów źródeł emisji pyłów zawieszonych PM 2,5 w Polsce wyrażony w procentach kształtuje się tak jak pokazuje tabela 2 i rys. 1.
Przyjmując wprost podział kosztów zewnętrznych w oparciu o udziały w emisji PM 2,5 poszczególnych źródeł w Polsce oraz przyjmując kurs wymiany 1 euro wynoszący 4,2 zł, roczne koszty zewnętrzne spalania paliw w gospodarstwach domowych (wynikające z emisji pyłu PM 2,5 przez to źródło) wyniosłyby: 49,6 [%] x 76,4 mld [zł/rok] = 37,91 mld [zł/rok].
W oparciu o dostępne dane GUS za 2014 r., szczegółowe dokumenty Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) oraz na podstawie danych wejściowych pozyskanych z publikacji [6], [7], [8], [9], [10], wyliczono szacunkowe koszty zewnętrzne przypadające na jedną tonę paliwa, co obrazuje tabela 3.

Jak wynika z obliczeń (tabela 3), wartość kosztów zewnętrznych zdrowia i wpływu na gospodarkę związanych ze spalaniem węgla w typowym kotle na paliwo stałe w budynku jednorodzinnym w Polsce wynosi 2 405 zł za jedną spalaną tonę węgla oraz 2 021 zł za jedną spalaną tonę drewna.

Przy szacowaniu kosztów zewnętrznych założono wartość wskaźników emisji PM 2,5 równą odpowiednio 170 g/GJ dla kotła węglowego i 230 g/GJ dla kotła na drewno. Wykres na rys. 2 pokazuje, jak rozkłada się wartość kosztów zewnętrznych dla innych wartości wskaźnika PM 2,5.
Opierając się o dostępne dane EEA dotyczące współczynnika emisji PM 2,5, można określić wartości kosztów zewnętrznych spalania jednej tony węgla. Dla kotłów spalających węgiel wartości te zmieniają się od 500 zł aż do 7500 zł za tonę węgla (rys. 2). W przypadku kotłów spalających drewno wartości te wynoszą od około 3000 zł do około 13000 zł za tonę spalanego drewna. Gdyby zatem przyjąć rekomendowane przez EEA średnie wartości wskaźników emisji PM 2,5, to jednostkowe koszty zewnętrzne wynosiłyby odpowiednio około 5861 zł za tonę węgla i około 6440 zł za tonę drewna.

Koszt alternatywny i koszty dotacji węgla

W ekonomii używa się często pojęcia tzw. kosztu alternatywnego. Określa się go jako koszt utraconych możliwości lub koszt utraconych korzyści. Stanowi on miarę wartości utraconych korzyści w związku z niewykorzystaniem w najlepszy sposób dostępnych zasobów. Jeżeli alternatywne rozwiązanie dałoby lepsze efekty niż realizowany wariant, to oznacza, że podjęta decyzja jest nieracjonalna.

Gdyby przyjąć rekomendowane przez Europejską Agencję Środowiska średnie wartości wskaźników emisji PM 2,5, to – jak wynika z naszych obliczeń na podstawie ogólnodostępnych, niezależnych opracowań – jednostkowe koszty zewnętrzne spalania jednej tony węgla w Polsce wynosiłyby około 5861 zł, a jednej tony drewna około 6440 zł.

Państwo prowadząc świadomą politykę energetyczną powinno preferować rozwój czystych technologii o niskim koszcie zewnętrznym. Jednak według najnowszego raportu NIK z czerwca 2017 r., dotacje zarówno do Funduszu Ubezpieczeń Społecznych (finansowanie systemu emerytalnego), jak i inne opłaty związane np. z restrukturyzacją sektora górniczego w latach 2007-2015 wyniosły około 65 mld zł w ciągu 9 lat (średnio 7,16 mld/rok). Oznacza to realny koszt dotacji na poziomie około 99 zł/tonę (założono zużycie węgla kamiennego w 2016 r. wynoszące 72,6 mln ton).

Łączne szacowane koszty zewnętrze spalania węgla. Biorąc pod uwagę powyższe dane z raportu NIK, można stwierdzić, że koszty zewnętrzne spalania jednej tony węgla w gospodarstwach domowych w Polsce, z uwzględnieniem dotacji do węgla kamiennego, wynoszą (zgodnie z tabelą 3 i rys. 3) około 2504 zł rocznie (2405 zł + 99 zł). Wartość łączna dla spalania drewna pozostaje bez zmian (tab. 4).
Przy założeniu, że typowy kocioł węglowy w budynku jednorodzinnym o powierzchni ogrzewanej 150 m2 spala około 3-4 tony węgla rocznie, łączne koszty zewnętrzne dla takiego budynku wynoszą od 7500 do 10 000 zł rocznie. Koszty, które bezpośrednio płacą użytkownicy kotłów węglowych, to wartość z przedziału między 1800 a 3600 zł rocznie, czyli od 19 do 26% łącznych, całkowitych kosztów zewnętrznych wraz z kosztami zakupu paliwa

Wpływ niskiej emisji z kotłów na wysokie stężenie PM 2,5

Emisja pyłów z kotłów węglowych w budynkach jednorodzinnych jest zaliczana do tzw. niskiej emisji (kominy o wysokości do 40 m), która istotnie wpływa na zdrowie przebywających w tej strefie osób. Przyjmuje się, że główna strefa rozchodzenia się zanieczyszczeń pyłowych PM 2,5 ma promień o średnicy siedmiu wysokości komina (rys. 4).

Choć przyjmuje się, że udział kotłów na paliwo stałe w emisji PM 2,5 wynosi około 50%, to faktycznie, zdaniem autorów, wpływ spalania w takich kotłach na przekroczenia zanieczyszczeń jest znacząco większy i w tym zakresie szacowane koszty zewnętrzne związane z utratą życia, zdrowia czy wpływem na gospodarkę mogą być większe niż podane w obliczeniach.

W przypadku emisji pyłów PM 2,5 z kominów elektrowni i elektrociepłowni mamy do czynienia z tzw. wysoką emisją zanieczyszczeń pyłowych (powyżej 40 m wysokości komina, a najczęściej powyżej 100 m wysokości), która nieznacznie podwyższa tzw. tło stężenia pyłów PM 2,5 w strefie przebywania ludzi. Zdaniem autorów, emisja pyłów PM 2,5 z kotłów na paliwa stałe w gospodarstwach domowych jest główną przyczyną przekraczania dopuszczalnych stężeń zanieczyszczenia powietrza w Polsce (w 80-90% przypadków), które występują głównie w sezonie zimowym.
Potwierdzają to przykładowe dane z pomiarów emisji pyłów PM 10 ze stacji pomiarowych w Małopolsce w 2014 r. (rys. 5). Wykres wskazuje jednoznacznie, że przekroczenia stężeń występują tylko w sezonie zimowym, natomiast w okresie letnim i poza sezonem grzewczym nie stwierdza się przekroczenia stężeń pyłów PM 10 i PM 2,5 odpowiedzialnych za koszty zewnętrzne. Warto przypomnieć, że frakcja pyłu zawieszonego PM 2,5 jest składową frakcji PM 10 i w okresie zimowym może ona mieć nawet 60-90% udziału we frakcji PM 10.

Centralne ogrzewanie a przygotowanie ciepłej wody. Można założyć, że emisja pyłów związana z energetyką, przemysłem, transportem drogowym oraz z tzw. innych źródeł jest rozłożona niemal równomiernie przez cały rok. Natomiast niską emisję powierzchniową z kotłów na paliwa stałe można podzielić na emisję związaną z podgrzewaniem wody użytkowej oraz na emisję wynikającą z pozyskiwania ciepła do celów centralnego ogrzewania. W przypadku typowych budynków jednorodzinnych można odpowiednio przyjąć proporcje zużycia ciepła: 20% do 80%. W przypadku ciepłej wody użytkowej przyjmuje się, że rozkład zapotrzebowania ciepła jest jednakowy przez cały rok. Zakładany podział i rozkład emisji PM 2,5 z różnych źródeł (dane na 2015 r.) uwzględniony w symulacji pokazuje tabela 4.

Uwzględniając podział źródeł emisji PM 2,5 (rys. 1) oraz typowy rozkład przekazywania ciepła do ogrzewania w sezonie grzewczym w punktach procentowych, znaczenie niskiej emisji pokazuje wykres na rys. 6. Przedstawia on rozkład całej emisji (100% na poszczególne miesiące). Główna część emisji z kotłów na paliwa stałe w budynkach (49,6% rocznej emisji PM 2,5) przypada na trzy miesiące zimowe, takie jak grudzień, styczeń, luty. W tym okresie występuje połowa rocznej emisji PM 2,5 z kotłów na paliwa stałe (27% rocznej, całkowitej emisji PM 2,5). W tym okresie roku występują też największe przekroczenia stężeń pyłów PM 2,5, co często powiązane jest ze zjawiskiem pogodowym sprzyjającym powstawaniu smogu, tzw. przygruntową inwersją temperaturową mającą miejsce podczas długotrwałych wyżów. Wybrana lokalizacja danych klimatycznych i rozkład temperatury zewnętrznej są w pełni reprezentatywne dla większości obszaru Polski zagrożonego problemem niskiej emisji. Wykres pokrywa się również z typowymi rozkładami stężeń pyłów PM 2,5 czy PM 10 (rys. 5).

Inne szacunki kosztów zewnętrznych

Raport Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) [5] z 2015 r. „Economic cost of the health impact of air pollution in Europe" wykazuje, że w 2010 roku zanieczyszczenia powietrza w Polsce przyczyniły się do śmierci 48 544 Polaków, co z kolei spowodowało koszty zewnętrzne w wysokości 101,8 mld dolarów. Gdyby w oparciu o te dane w analogiczny sposób – jak w przypadku analizowanych danych Komisji Europejskiej – oszacować koszty zewnętrzne spalania jednej tony paliwa stałego w gospodarstwach domowych w Polsce, to wartość ta wyniosłaby odpowiednio dla węgla i drewna tyle, ile pokazuje tabela 5.


W celu lepszego zobrazowania sytuacji, warto przedstawić istniejące szacunki kosztów zewnętrznych śmierci. Przykładowo, w wypadkach samochodowych w Polsce w 2016 r. zginęło 2998 osób. Zewnętrzne, szacowane koszty śmierci w wypadkach samochodowych w 2016 r. można oszacować na około 61,5 mld zł (na podstawie kosztów śmierci wynoszących około 2,05 mln zł na osobę, wyliczonych przez Sekretariat Krajowej Rady Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego). Tymczasem z powodu zanieczyszczeń powietrza pyłami zawieszonymi PM 2,5 przedwcześnie umiera w Polsce ponad 48 000 Polaków rocznie, czyli około 16 razy więcej niż w wypadkach samochodowych.

Kto faktycznie ponosi koszty?

Pierwsza, szybka odpowiedź, jaka się nasuwa na pytanie, kto faktycznie ponosi zewnętrzne koszty spalania paliw stałych w domowych kotłach w Polsce jest taka, że nie ponosi ich użytkownik kotła węglowego. Jednak biorąc pod uwagę strefę rozchodzenia się zanieczyszczeń pyłowych (rys. 3), można stwierdzić z bardzo dużym prawdopodobieństwem, że koszty zewnętrzne spalania węgla rozkładają się w znaczącym stopniu nie tylko na użytkowników kotłów i współmieszkańców budynku kotłem węglowym, lecz także na jego bliższych dalszych sąsiadów.
Z powodu zanieczyszczeń powietrza pyłami zawieszonymi PM 2,5 przedwcześnie umiera w Polsce ponad 48 000 Polaków rocznie, czyli około 16 razy więcej niż ginie w wypadkach samochodowych. Koszty zewnętrzne śmierci jednej osoby, według wyliczeń Sekretariatu Krajowej Rady Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego, wynoszą 2,05 mln zł.

Wnioski z analizy

• Zdaniem autorów analizy, aktualna polityka energetyczna Polski powinna uwzględniać realne koszty zewnętrzne spowodowane zanieczyszczeniem powietrza przez kotły na paliwo stałe w budynkach jednorodzinnych w Polsce. Brak analizy kosztów może prowadzić do przyjęcia błędnej polityki energetycznej.
• Na podstawie wyników dokonanych szacunków, autorzy dostrzegają uzasadnioną potrzebę powszechnej debaty, dyskusji i opracowania dalszych, dokładnych analiz związanych z oszacowaniem kosztów zewnętrznych spalania węgla w budynkach jednorodzinnych w naszym kraju.
• Na tym etapie rozważań można postawić już tezę, że spalając węgiel w sposób kontrolowany w elektrowniach czy elektrociepłowniach oraz dostarczając ciepło do budynków za pomocą systemów ciepłowniczych i elektrycznych sprężarkowych pomp ciepła, można wielokrotnie obniżyć koszty zewnętrzne spalania węgla w porównaniu do kosztów spalania węgla w kotłowniach domowych.
• Gdyby autorzy analizy uwzględnili w obliczeniach rekomendowane przez EEA wskaźniki emisji pyłu PM 2,5 zamiast tych, które zostały przez nich przyjęte (tabela 3), to wyznaczona, łączna, roczna emisja pyłu PM 2,5 przez gospodarstwa domowe byłaby około 2,7 razy wyższa niż ta, która jest publikowana w opracowaniach [4]. Jest to prawdopodobnie związane z zaniżeniem średniego współczynnika emisji PM 2,5 dla kotłów spalających węgiel i drewno w Polsce

Literatura:
[1] Krajowy Program Ochrony Powietrza do 2020 roku (z perspektywą do 2030 r.), Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2015
[2] Marek Zaborowski, Anna Dworakowska, „Efektywność energetyczna w Polsce", Przegląd 2015, Instytut Ekonomii Środowiska, Kraków 2016
[3] „Air quality in Europe – 2016 report", European Environment Agency, 2016, ISBN 978-92-9213-847-9
[4] OŚ-PIN, KOBIZE, „Krajowy bilans emisji SO2, NOx, CO, NH3, NMLZO, pyłów, metali ciężkich i TZO za lata 2013-2014"
[5] Nicole Satterley, „Economic cost of the health impact of air pollution in Europe", WHO Regional Office for Europe, 2015
[6] Wanda Tkaczyk, Agnieszka Kozieł, Hanna Mikołajuk, „Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2015 roku", GUS/ Ministerstwo Energii/Agencja Rynku Energii S.A., Warszawa 2017, ISSN 2084-8137
[7] Wanda Tkaczyk, Grażyna Berent-Kowalska, Joanna Kacprowska, Ryszard Gilecki, „Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach 2013 i 2014", GUS/Ministerstwo Gospodarki, Warszawa 2015, ISSN: 1506-7947
[8] Residential combustion, EMEP/EEA emission inventory guidebook 2013
[9] James E. Houck and Paul E. Tiegs, „Residential Wood Combustion – PM 2,5 Emissions", OMNI Environmental Services, Inc. Oregon 1998
[10] Michal Branc, Jiri Horak, Tadeas Ochodek, „Fine particle emissions from combustion of wood and lignite in small furnaces", VŠB – Technical University of Ostrava, 2011

Autorzy: mgr. inż. Paweł Lachman, dr. inż. Adolf Mirowski