وصفنا استخدام وحدة الانحلال الحراري المتنقلة القائمة على المكان والمجهزة بستارة هوائية لإنشاء الفحم الحيوي باستمرار. تقلل هذه التقنية من الحاجة إلى حرق الركائز المائلة المفتوحة ، مما يؤدي إلى انبعاثات أقل وتأثيرات أقل للتربة. يتضمن البروتوكول إرشادات لاختيار الموقع وتحميله وتبريده.
مقالة منهجية
الإنتاج المستمر في الأخشاب للفحم الحيوي باستخدام موقد ستارة هوائية مثبت على مقطورة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
تهدف معالجات الوقود وغيرها من ممارسات تخفيف استعادة الغابات إلى تقليل مخاطر حرائق الغابات مع بناء قدرة الغابات على الصمود أمام الجفاف والحشرات والأمراض وزيادة عزل الكربون (C) فوق سطح الأرض. ومع ذلك ، فإن معالجات الوقود تولد كميات كبيرة من مخلفات الكتلة الحيوية الخشبية غير القابلة للتسويق والتي غالبا ما يتم حرقها في أكوام مفتوحة ، مما يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من غازات الدفيئة والجسيمات ، ويحتمل أن تلحق الضرر بالتربة الموجودة أسفل الكومة. توفر مواقد الستائر الهوائية حلا للتخفيف من هذه المشكلات ، مما يساعد على تقليل الدخان والجسيمات الناتجة عن عمليات الاحتراق ، وحرق بقايا الكتلة الحيوية بشكل كامل مقارنة بحرق الركائز ، والقضاء على ملامسة الحريق المباشرة والشديدة التي يمكن أن تضر التربة تحت كومة القطع. في موقد ستارة الهواء ، يحدث الاحتراق في بيئة خاضعة للرقابة. يتم احتواء الدخان وإعادة تدويره بواسطة ستارة الهواء ، وبالتالي يمكن إجراء الحرق في ظل مجموعة متنوعة من الظروف المناخية (مثل الرياح والمطر والثلج) ، مما يطيل موسم الاحتراق للتخلص من المواد المائلة. تم تصميم وحدة الانحلال الحراري المتنقلة التي تخلق الفحم الحيوي باستمرار خصيصا للتخلص من الكتلة الحيوية الخشبية المتبقية عند هبوط الأخشاب ، أو الخشب الأخضر في مدافن النفايات ، أو المواد المسجلة التي تم إنقاذها وإنشاء الفحم الحيوي في هذه العملية. يمكن استخدام ناتج الفحم الحيوي عالي الكربون هذا لتعزيز مرونة التربة من خلال تحسين خصائصها الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية وله تطبيقات محتملة في معالجة التربة الملوثة ، بما في ذلك تلك الموجودة في مواقع المناجم المهجورة. هنا ، نصف الاستخدام العام لهذه المعدات ، والموقع المناسب ، وطرق التحميل ، ومتطلبات التبريد ، والدروس المستفادة حول تشغيل هذه التكنولوجيا الجديدة.
المقدمة
في جميع أنحاء الولايات المتحدة الأمريكية ، زادت العديد من حوامل الغابات في حجم الأشجار الدائمة في غياب حرائق متكررة منخفضة الكثافة ، أشعلها السكان الأصليون تاريخيا وتم قمعها في العصر الحديث 1,2. من هذا الاستبعاد للحرائق ، تشكل المدرجات المكتظة الناتجة تحديات لمديري الأراضي الذين يسعون جاهدين لتعزيز قدرة الغابات على الصمود ضد حرائق الغابات والآفات والأمراض وآثار الجفاف3. تشمل ممارسات الإدارة القياسية لتقليل حجم الأشجار الحريق الموصوف ، والتخفيف قبل التجاري ، وحصاد الحوامل الناضجة. تولد هذه العمليات كميات كبيرة من الكتلة الحيوية الخشبية منخفضة القيمة وعديمة القيمة ، وغالبا ما تسمى المخلفات. على سبيل المثال ، في 15 ولاية في غرب الولايات المتحدة الأمريكية ، تشير التقديرات إلى أن عمليات الحصاد تنتج ما يقرب من 8 ملايين طن جاف من المخلفات كل عام4. علاوة على ذلك ، نفذت دائرة الغابات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية خطة أزمة حرائق الغابات ، والتي ستعالج 50 مليون فدان إضافية (20 مليون هكتار) على مدى فترة 10 سنوات. سيؤدي ذلك إلى الحاجة إلى التخلص من مواد إضافية غير قابلة للتسويق ومن المحتمل أن يتطلب استخدام مجموعة متنوعة من الخيارات القائمة على المكان. على الرغم من أنه يمكن استخدام القمم والأطراف والأشجار غير القابلة للتسويق للطاقة الحيوية أو الوقود الحيوي ، إلا أن فرص السوق المحدودة غالبا ما تؤدي إلى تكديس هذه المخلفات وحرقها. يهدف بناء أكوام القطع إلى تقليل حرائق الغابات ومخاطر الحشرات ، وخلق مساحة متنامية للنباتات السفلية ، ومعالجة أهداف إدارة الأراضي الأخرى.
يعد حرق الركائز المفتوحة طريقة منخفضة التكلفة وسريعة نسبيا لتقليل حجم الخشب ، ولكنه ينتج أيضا ملوثات الدخان والهواء ، بما في ذلك غازات الدفيئة5. علاوة على ذلك ، قد يتسبب أيضا في تأثيرات غير مرغوب فيها على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للتربة ، مما يؤدي إلى ندوب حروق يمكن أن تستمر لعقود6. للتخفيف من الآثار الجانبية الضارة للحرق في الهواء الطلق ، هناك حاجة إلى نهج بديلة تقلل من الآثار السلبية على تغير المناخ ومخاطر حرائق الغابات وصحة التربة7.
هنا ، نركز على استخدام طريقة جديدة لإنتاج الفحم الحيوي المستمر الذي تم تطويره من خلال اتفاقية البحث والتطوير التعاونية (CRADA) بين وزارة الزراعة الأمريكية ، وخدمة الغابات ، ومحطة أبحاث روكي ماونتن ، وشركة Air Burners، Inc. (بالم سيتي ، فلوريدا). التكنولوجيا الناتجة ، التي يشار إليها من الآن فصاعدا باسم موقد ستارة الهواء المنتج للفحم الحيوي (BACB; الشكل 1) ، ينتج باستمرار الفحم الحيوي من المخلفات الخشبية مع الحد من انبعاثات الدخان والجسيمات. بالمقارنة مع الاحتراق في الهواء الطلق ، فإن وظيفة BACB تقلل من مخاطر الحريق وانتشار الدخان8 ، مما يخلق سبلا للتمديد الآمن لنوافذ الاحتراق التشغيلية. على عكس الطرق التقليدية التي تترك أكواما من المخلفات على المناظر الطبيعية حيث تساهم في تراكم الوقود9 أو طرق الاحتراق البديلة التي تنتج الدخان والرماد بشكل أساسي ، فإن BACB يقلل بشكل فعال من أحمال الوقود مع حماية التربة وإنشاء الفحم الحيوي ، وهو فحم متسق وعالي الكربون ، يمكن استخدامه لترميم التربة في موقع المعالجة أو بالقرب منه. علاوة على ذلك ، فإن BACB متحرك ويمكن تحديد موقعه بسهولة ، على سبيل المثال ، عند هبوط خشبي أو على جانب الطريق أو في المخيم. يمكن أن يحرق أيضا الخشب الرطب أو الجاف ، وأنواع المواد الخام المختلطة ، والأحجام ، ويمكن استخدامه في الطقس العاصف وفي الأوقات التي تكون فيها الظروف الجوية محفوفة بالمخاطر للغاية لحرق الأكوام المفتوحة.
Biochar المنتج في BACB بشكل عام هو 70٪ -90٪ كربون ، مسامي للغاية ، ومتسق في توزيع حجم الجسيمات ، مما يجعله مناسبا لمعالجة التربة المتدهورة ، وغالبا ما توجد في المناجم المهجورة أو عمليات الهبوط الخشبية أو مسارات الانزلاق أو المناطق النهرية أو المواقع الزراعية. Biochar يمكن أيضا استخدامه كمزيج مع السماد أو في حظائر تغذية الماشية لامتصاص العناصر الغذائية وتقليل الرائحة. بشكل عام ، فإن أفضل استخدامات التربة للفحم الحيوي للمخلفات الخشبية هي تقليل التآكل وترشيح النترات مع تعزيز استقرار إجمالي التربة والمياه المتاحة في التربة ذات القوام الخشن والمواد العضوية المنخفضة10,11.
الشكل 1: موقد ستارة هوائية متنقل لإنتاج الفحم الحيوي. يوضح موقع الاختبار التكوين العام للشرطة المائلة وموقد ستارة الهواء المنتج للفحم الحيوي. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
نظرة عامة على التصميم والتشغيل
على الرغم من توفر عدة أنواع من مواقد الستائر الهوائية ، إلا أن BACB يخلق الفحم الحيوي باستمرار. يبلغ طول الوحدة حوالي 7 أمتار × عرضها 2.5 متر × ارتفاعها 2 متر. يحتوي على مشعب هواء على طول الجزء العلوي من صندوق الاحتراق يوفر ستارة ثابتة من الهواء لاحتواء الدخان والجسيمات والجمر بداخله ويعزز الأكسدة الكاملة للانبعاثات. للتشغيل الأمثل ، يتم تحميل صندوق الاحتراق إلى مستوى أقل مباشرة من المشعب ، مما يضمن تدفق الهواء دون انقطاع عبر صندوق الاحتراق. يمكن سحب BACB خلف أي مركبة مع حزمة وصلة جر قياسية وقدرة سحب كافية. يتم إعداد موقع مستو وسلس بالقرب من الكتلة الحيوية المكدسة (وتسمى أيضا المواد الأولية) ، ولكن مع وجود مساحة كافية حول الموقع للسماح للمعدات والموظفين بالتحرك بحرية وأمان. بمجرد وضعها ، يتم تأمين الوحدة عن طريق خفض جوانب صندوق الاحتراق على التربة باستخدام النظام الهيدروليكي الموجود على متن الطائرة. يضغط محرك النفخ على مشعب ستارة الهواء ، والذي يمتد بطول صندوق الاحتراق على جانب واحد. تضاء الكتلة الحيوية في البداية وتحرق لإنشاء طبقة من الفحم في صندوق الاحتراق. بعد ذلك ، يمكن إضافة كتلة حيوية إضافية بشكل دوري مع الحفاظ على المواد الواردة تحت ستارة الهواء. عندما تحترق المادة ، يتم إنتاج الفحم ويسقط من خلال فتحة في الجزء السفلي من صندوق الاحتراق ، حيث يتم إزالتها من الماكينة بواسطة الحزام الناقل. تتذبذب لوحة واحدة داخل صندوق الاحتراق لتسهيل هذه العملية. يسقط الرماد أو المواد الدقيقة من خلال الحزام الناقل على التربة أدناه. يخرج الفحم الساخن من الماكينة من خلال فتحة في الجزء السفلي من صندوق الاحتراق ويتم إيداعه في مقلاة مملوءة بالماء ، مما يوقف الاحتراق ويبرد الفحم الحيوي إلى درجة حرارة حيث يمكن التعامل معه بأمان. عندما تكون جاهزا للتوقف عن العمل ، يتم تنظيف صندوق الاحتراق عن طريق السماح لأي مادة متبقية بالاحتراق. عادة ، تبرد الوحدة طوال الليل ويمكن نقلها بأمان في اليوم التالي ، حسب الحاجة. لا تحاول تحريك BACB أثناء حرق الأخشاب أو التبريد ما لم تكن هناك حالة طارئة. في حالة الطوارئ ، يمكن استخدام الرمل أو التربة لإطفاء الحريق وخنق الفحم. لا ينبغي أبدا رش الماء مباشرة على بلاط السيراميك في صندوق الاحتراق.
البروتوكول
ملاحظة: يمكن العثور على تفاصيل إضافية حول تشغيل BACB في دليل المشغل المرفق مع الجهاز.
1. النقل إلى الموقع
- باستخدام وصلة جر تجارية من الفئة 5 (حجم الكرة 2-5 / 16 بوصة أو 58.75 سم) ، قم بربط BACB بشاحنة صغيرة تزن 1 طن أو أكبر ، مع ضبط ارتفاع وصلة الجر لضمان أن قضبان الإطار مستوية للنقل. قبل القطر ، تحقق من وحدة التحكم في الفرامل ونظام الانفصال والفرامل والعجلات وإضاءة المقطورة.
- تأكد من تأمين دبابيس أمان السفر الخاصة ب BACB بشكل صحيح وخفض صندوق الاحتراق على دبابيس السفر.
- بمجرد الوصول إلى الموقع المطلوب ، ضع الوحدة بينما لا تزال متصلة بمركبة السحب ؛ إنه ثقيل جدا بحيث لا يمكن تحريكه باليد. قم بربط العجلات وخفض حامل الرافعة. افصله عن مركبة السحب. يجب أن يكون الهيكل (الإطار الأخضر) مستويا من الأمام إلى الخلف ؛ رفع أو خفض الرافعة لتحقيق ذلك.
- إذا كان سيتم وضع BACB في موقع لأكثر من يوم واحد ، فقم بحفر خندق ضحل لتجميع الرماد. حافظ على الخندق عريضا مثل الحزام الناقل. بدون هذا الخندق ، سيتعين نقل BACB وإعادة وضعه في نفس الموقع لمواصلة الاحتراق في يوم لاحق.
- ارفع صندوق الاحتراق قليلا لإزالة دبابيس السفر من مقدمة وخلف صندوق الاحتراق ، وقم بمسح الأفراد ، ثم اخفض الجوانب إلى الأرض. سيؤدي ملامسة الأرض إلى رفع الهيكل ، لكن الإطارات يجب أن تظل ثابتة على الأرض. إذا لم يكن طول الجدران الجانبية لصندوق الاحتراق بالكامل ملامسا للتربة ، ففكر في نقل الوحدة إلى موقع أكثر مستوى أو استخدم المجارف أو الحفار لتسوية الموقع.
- تأكد من أن المحرك الهيدروليكي الذي يقوم بتشغيل لوحة الخفق بين صندوق الاحتراق والمحرك المغلق ليس على اتصال بالإطار الأخضر.
- قم بتشغيل المحرك وامنحه الوقت الكافي للإحماء قبل تهيئة المكونات الهيدروليكية.
2. التحضير في الموقع
- ضع BACB على سطح مستو نسبيا (المنحدر <3٪) بالقرب من كومة الخشب ، مع التأكد من أن صندوق الاحتراق مستوي باستخدام مستوى شعاع I 4 أقدام (1.2 متر) أو مستوى الخيط. تأكد من خلو المنطقة من المخاطر العلوية ولديها مساحة كافية للحفار الصغير (الشكل 2) لتحميل المادة الخام بحرية فوق مشعب الهواء.
- تأكد من أن مشعب الهواء في BACB ينفخ ستارة الهواء في نفس اتجاه الرياح. تحقق من أي تطبيق للطقس عبر الهاتف يوميا لمعرفة اتجاه الرياح المحلية السائدة أو لاحظ اتجاه الرياح في الموقع قبل تحديد موقع BACB النهائي.
- لا تضع BACB حيث توجد صخور كبيرة أو نباتات أو حطام. بمجرد أن يصبح الجهاز مستويا ويتم خفض جوانب صندوق الاحتراق ، ضع التربة حول الجوانب لمنع الهواء من التحرك والدخان من الخروج من صندوق الاحتراق.
- ضع مقلاة التبريد (الشكل 3) على أرض مستوية في الجزء الخلفي من BACB. تأكد من أنه لا يلمس الحزام الناقل. املأ مقلاة التبريد بحوالي 40 جالونا (150 لترا) من الماء. احتفظ بما يقرب من 300 جالون (1135 لترا) من الماء في الموقع لإعادة ملء وعاء التبريد ، حسب الحاجة.
- حدد أي مادة وسيطة خشبية واستخدم مادة جافة لبدء الحريق في صندوق الاحتراق. استخدم الحفار الصغير للحفاظ على إمدادات كافية من المواد الخام في مكان قريب لتحميل صندوق الاحتراق. قطع جميع المواد الخام إلى طول أقصر من الحد الأقصى لطول صندوق الاحتراق.
ملاحظة: يجب نشر جذوع الأشجار ذات القطر الكبير (حوالي 10 بوصات (25 سم) بأطوال أصغر (~ 18-36 بوصة ؛ 45-91 سم) ، ويجب تقطيع المواد الكبيرة جدا (> 20 بوصة (50 سم) إلى أقسام ~ 12-18 بوصة ؛ 30-45 سم) قبل وضعها في صندوق الاحتراق.
الشكل 2: مثال لحفارة تنقل بقايا الخشب. يمكن استخدام الحفارات الصغيرة لتحميل موقد ستارة الهواء المنتج للفحم الحيوي. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مثال على وضع حوض التبريد. يتم الاحتفاظ بحوض التبريد ممتلئا بالماء ويتم وضعه حوالي 2 بوصة (5 سم) أمام الحزام الناقل. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. الحد من المخاطر
- قبل إشعال المادة الخام ، تحقق من وكالة تصاريح جودة الهواء المحلية وإدارة الإطفاء المحلية للتأكد من أن خطر الحريق ليس مرتفعا جدا للاشتعال وأن مراقبة جودة الهواء ، إذا لزم الأمر ، موجودة.
- بالإضافة إلى ذلك ، قبل الاشتعال ، قم بإزالة أي حطام عضوي من منطقة 6 أقدام (2 متر) حول BACB لمنع أي اشتعال غير مقصود. تأكد من وجود خرطوم مشحون متصل بمصدر مياه مناسب وأن وعاء التبريد BACB مملوء بالماء. إذا أمكن ، احتفظ بعدة دلاء ماء سعة 5 جالونات (20 لترا) جاهزة لإخماد الاشتعال غير المقصود. عند الاحتراق أثناء خطر الحريق المرتفع ، قم بتقييم الحاجة إلى إنشاء رشاشات أو مضخة مياه أو خزان مياه محمول لإطفاء الاشتعال الأكبر غير المقصود.
- تأكد من أن العمال يمكنهم التحرك بحرية حول جوانب الماكينة ومؤخرتها للوصول إلى كفة التبريد ولوحة التحكم (الشكل 4) ونقطة التحكم اليدوية للناقل ، والتي تقع في الزاوية الخلفية اليمنى من BACB.
- تأكد من أن العمال لا يمشون أمام الستارة الهوائية المقابلة للمشعب وارتداء ملابس متينة غير اصطناعية وسترة عالية الوضوح وقبعة صلبة وقفازات جلدية وحماية للعين والسمع.
الشكل 4: لوحة التحكم على موقد ستارة الهواء المنتج للفحم الحيوي. يتم استخدام لوحة التحكم لتشغيل ستارة الهواء والناقل وطاقة النظام ولرفع وخفض صندوق الاحتراق. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
4. فحوصات ما قبل العملية
- تحقق من جميع مستويات الوقود والسوائل والفلاتر وقم بتشحيم نقاط الشحوم قبل إشعال المادة الخام. بمجرد تشغيل BACB وفي درجة الحرارة ، قد يكون من المستحيل فحص أو نقل أو الحفاظ على مستويات السوائل والمرشحات ونقاط الشحوم.
- تحقق من تقرير الطقس لموقع التشغيل وتأكد من أن الرياح لن تتجاوز ~ 20 ميلا في الساعة (30 كم لكل ساعة) أثناء الحرق.
- قبل الإشعال ، قم بإجراء محادثة مع مشغل الحفار الصغير للاتفاق على إشارات اليد (أو استخدام راديو ثنائي الاتجاه) لتحميل وتوجيه الخشب لضمان حرق نظيف. انصح مشغل الحفار الصغير بالتحميل فوق مشعب الهواء وعدم تحميل صندوق الاحتراق بالمادة الخام المقابلة لمشعب الهواء.
5. التحميل الأولي وإنشاء حريق أساسي
- قم في البداية بتحميل صندوق الاحتراق بمواد وسيطة جافة (إن وجدت) باستخدام الحفار الصغير. قم بتحميل الخشبحتى يمتلئ صندوق الاحتراق بمقدار 2/3 تقريبا ، بالتناوب مع اتجاه المواد (على سبيل المثال ، يجب أن يكون الحمل الواحد عموديا والطبقة التالية موازية للجوانب) لإنشاء مساحة هوائية تساعد على حرق الوبر. لا تقم بتعبئة المواد في حزمة محكمة لضمان اشتعال المواد بسهولة ، ولا تستخدم الحفار لضغط المواد في صندوق الاحتراق.
- تأكد من وضع المواد الخام في جميع أنحاء صندوق الاحتراق بأكمله لإنشاء طبقة متساوية من الفحم. انتبه إلى فجوات المواد الخام في نهايات صندوق الاحتراق لضمان التعبئة والحرق المتساويين.
- استخدم أداة مساعدة للاشتعال ، مثل الديزل ، على الخشب ثم أشعلها بشعلة البروبان أو أي جهاز إشعال آخر مشابه في عدة نقاط على طول صندوق الاحتراق.
6. إضافة الخشب إلى صندوق الاحتراق
- اترك النار الأساسية تحترق حتى يمتلئ صندوق الاحتراق نصفه تقريبا من بقايا الاحتراق والفحم.
- قم بتشغيل المحرك وضبط سرعة المروحة لظروف الحريق. قم بزيادة سرعة المحرك ببطء حتى لا يطفئ الهواء من المشعب النار. قم بزيادة سرعة المحرك عن طريق الضغط على زر RABBIT على لوحة التحكم (الشكل 4).
- بمجرد تحقيق قاعدة جيدة من الفحم ، قم بالإشارة إلى سائق الحفارة الصغيرة لإضافة مواد وسيطة إضافية بمعدل لا يخنق النار. من المتوقع حدوث دخان لفترة قصيرة من الزمن حيث يتم إضافة مواد وسيطة إضافية وتعطل ستارة الهواء. راقب باستمرار BACB والمنطقة المحيطة بحثا عن الشرر أو الجمر الذي يمكن أن يسبب اشتعالات غير مقصودة.
7. إنتاج الفحم الحيوي
- عندما يتم إنشاء حريق القاعدة ، تمت إضافة مواد وسيطة إضافية ، وتمت زيادة سرعة المروحة إلى 2800 دورة في الدقيقة ، قم بتبديل مفتاح طاقة النظام إلى Biochar (الشكل 4). تحقق من أن طاقة النظام عند 1800 رطل / بوصة مربعة.
- قم بتشغيل الناقل وشاكر. سيتم تدوير هاتين الوظيفتين تلقائيا كل 3 دقائق. حافظ على الإنتاج المستمر عن طريق تبديل مفتاح طاقة النظام من Biochar إلى Firebox (الشكل 4). هذا يتجاوز آلية المؤقت المتقطع للشاكر والحزام الناقل عندما تظهر كميات كبيرة من char في كل دورة.
- اجمع biochar في مقلاة التبريد وقم بإزالة biochar من المقلاة كل 5-10 دقائق باستخدام أشعل النار العريض لنقل biochar إلى نهاية مقلاة التبريد ثم استخدم مجرفة الغربلة لإزالة biochar من المقلاة إلى كومة.
- إذا علقت أشعل النار في الحزام الناقل ، فيجب أن يومض وميض التحذير. قم بتبديل مفتاح الناقل إلى OFF في لوحة التحكم الرئيسية ، ثم قم بإزالة أشعل النار وأعد تشغيل الحزام.
- استجب لوميض التحذير الآخر عن طريق فحص مقاييس الضغط الموجودة في وحدة التحكم الرئيسية لتحديد ما إذا كانت لوحة الاهتزاز أو الناقل قد توقفت. إذا لزم الأمر ، قم بإيقاف تشغيل شاكر للسماح لخشب الربط بالاحتراق أو عن طريق دفع الحزام الناقل يدويا عكس اتجاه عقارب الساعة عند نقطة التحكم اليدوي في الزاوية الخلفية اليمنى من BACB.
- أعد ملء أحواض التبريد بالماء ، حسب الحاجة ، للسماح بالغمر الكامل للفحم الساخن. لا ترش الماء على الحزام الناقل أو بلاط السيراميك في صندوق الاحتراق.
- استمر في إضافة المواد الخام إلى صندوق الاحتراق وإنشاء biochar طالما سمحت الظروف بذلك. تأكد من إضافة الخشب ذي القطر الأكبر في وقت مبكر من اليوم حتى يمكن تحويله بالكامل إلى شار.
8. وقف العمليات
- توقف عن تحميل صندوق الاحتراق قبل حوالي 1 إلى 2 ساعة من نهاية المناوبة.
- قم بإيقاف تشغيل شاكر عندما لم تعد المادة المتبقية تلامس لوحة الخفق ولا تترك الفحم الساخن في صندوق الاحتراق أو على الحزام الناقل في نهاية اليوم.
- اترك مفتاح الناقل قيد التشغيل حتى تخرج جميع أنواع الفحم من صندوق الاحتراق. في هذه المرحلة ، من المناسب التبديل إلى وضع Biochar لركوب الدراجات المتقطع.
- خلال النهار يتراكم الرماد تحت الحزام الناقل (الشكل 5). انقل BACB كل يوم إلى موقع مستوى جديد لمنع الرماد من إعاقة حركة الحزام الناقل.
- بمجرد إطفاء الحريق وإخماد جميع الفحم ، أوقف العمليات لهذا اليوم.
ملاحظة: في حالات الطوارئ ، يمكن إطفاء الحريق الموجود في صندوق الاحتراق عن طريق تحميل التربة على الفحم المحترق. - اترك جوانب صندوق الاحتراق لأسفل طوال الليل لعزل الإطارات عن الرماد الساخن أسفل الحزام الناقل.
الشكل 5: مثال على الرماد والفحم الحيوي تحت الحزام الناقل. أثناء الحرق ، يسقط بعض الرماد والفحم الحيوي من خلال الحزام الناقل المعدني. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
9. إعادة وضع BACB
- قم بربط BACB بمركبة القطر ، وارفع جوانب صندوق الاحتراق ، وأدخل دبابيس السفر ، وارفع حامل الرافعة ، واسحب الوحدة على الفور بشكل مستقيم للأمام.
- قم بتبريد الرماد المتبقي (الشكل 6) عن طريق خلطه بالماء وتوزيعه عبر التربة. تأكد من أن جميع مواد الفحم والرماد باردة الملمس قبل الانتقال إلى موقع جديد.
الشكل 6: مثال على تراكم الرماد. بحلول نهاية اليوم ، يمكن أن يصل تراكم الرماد تحت الحزام الناقل إلى الحزام الناقل. يعد حفر الخنادق قبل وضع موقد ستارة الهواء المنتج للفحم الحيوي إحدى الطرق لتمديد وقت الاحتراق في مكان واحد. إذا لم يكن حفر الخنادق خيارا ، فيجب سحب المعدات للأمام وتنظيف الرماد كل يوم. تم تعديل هذا الرقم من12. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
النتائج
من يناير 2022 حتى أكتوبر 2023 ، تحلل BACB بالحرارة العديد من المواد الأولية في الفحم الحيوي (الجدول 1). استنادا إلى التجارب الميدانية ، يمكن ل BACB حرق ما يقرب من 1 طن (900 كجم) من المواد الخام لكل ساعة ، وسيتم الاحتفاظ بحوالي 11٪ -25٪ من الكتلة الجافة للمادة الخام كفحم حيوي ، مع ذهاب التوازن إلى الغاز (بخار الماء ، CO2 ، إلخ) والرماد. يتراوح محتوى الكربون من 70٪ إلى 90٪. تستغرق قطع الخشب الأكبر حجما (>30 سم) وقتا أطول للتحلل الحراري من الخشب الذي يتراوح قطره بين 2-30 سم. كمية ونوعية biochar يعتمد على خصائص المواد الخام (على سبيل المثال ، الحجم والأنواع ومحتوى الرطوبة) ومعدل التحميل. حجم biochar المنتج هو 1 بوصة (2.5 سم) وأصغر ، على الرغم من أن القطع الأكبر ممكنة خاصة في بداية الجري. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تمر بعض المواد غير المحترقة عبر الفتحة إلى الناقل عند بدء التشغيل ، ويمكن وضعها مرة أخرى في صندوق الاحتراق أو وضعها جانبا أو تكديسها بالفحم الحيوي. في التجارب الميدانية في ظل مجموعة واسعة من ظروف التشغيل ، ثبت أن BACB طريقة فعالة في الغابة لإنشاء الفحم الحيوي من الكتلة الحيوية الخشبية المنتجة من معالجات الوقود وعمليات الحصاد الأخرى ويمكن أن تقلل من الوقود الخطير.
| موقع الإنتاج | وسيطه | الوزن الأخضر التقريبي pryrolyed في 1 ساعة | الفحم الحيوي الكربون | ||||
| ك جم | % | ||||||
| فلاغستاف (أريزونا) | صنوبر بونديروسا | 1360 | 64 | ||||
| سبرينغفيلد (أوريغون) | سودوتسوغا مينزيسي وثوجا بليكاتا | 910 | 94 | ||||
| برينستون (أيداهو) | أبيس غرانديس ، صنوبر كونتورتا ، و Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 | ||||
| بالم سيتي ، فلوريدا | كويركوس وصنوبر | 950 | 82 | ||||
| تولجيت (أوريغون) | صنوبر بونديروسا ، أبيس جرانديس | 800 | 87 | ||||
الجدول 1: أمثلة على النتائج. موقع الإنتاج ، والمواد الأولية التمثيلية المستخدمة ، والكمية المتحللة حراريا في 1 ساعة ، وتركيز الكربون biochar من موقد ستارة هوائية مستمر لإنتاج الفحم الحيوي. تم استخدام محلل عنصري لتحديد محتوى الكربون في العينات المجففة بالفرن (60 درجة مئوية حتى وزن ثابت).
أفضل تكوين للعامل هو سائق حفارة صغيرة وشخصان يبحثان عن نقاط الاشتعال ، ويوجهان أين ومتى يتم تحميل المواد الخام ، وإزالة الفحم الحيوي من مقلاة التبريد. إذا كانت جذوع الأشجار طويلة جدا أو كبيرة القطر ، فقد تكون هناك حاجة إلى شخص رابع لتشغيل المنشار.
BACB متنقل ، مما يمنحه المرونة للعمل في مجموعة متنوعة من المواقع. هذا ، إلى جانب الفوائد المصاحبة لعدم وجود تأثيرات للتربة ودخان أقل من حرق الركائز ، يسمح بخدمات إضافية للنظام الإيكولوجي (على سبيل المثال ، عزل الكربون ، والاحتفاظ بالمياه ، وغطاء التربة ، وانخفاض الوقود). يعد إنتاج الفحم الحيوي المتنقل في الغابة طريقة مثالية لاستعادة التربة المحلية المتدهورة المرتبطة بهبوط الأخشاب ومسارات الانزلاق وطرق الغابات والتآكل والتعدين.
المناقشة
تتمثل الخطوة الأولى الحاسمة في هذه الطريقة في التأكد من وضع المعدات بشكل مستو تقريبا على كلا المحورين بحيث تمنع الألواح الجانبية لصندوق الاحتراق الدخان من المغادرة والهواء من دخول صندوق الاحتراق. تتمثل الخطوات الحاسمة الأخرى في إجراء محادثات متكررة مع مشغل الحفار لوضع المواد الخام في صندوق الاحتراق عند الحاجة وإطلاع جميع العمال على جوانب السلامة لتشغيل موقد الهواء والحفار. هناك بعض التعديلات التي يمكن إجراؤها باستخدام هذا الجهاز ، ولكن تشغيل الحزام الناقل وألواح الاهتزاز بشكل مستمر بمجرد ارتفاع إنتاج الفحم الحيوي يعد خيارا. يتمثل القيد الرئيسي في صعوبة تحديد معدلات الإنتاج لأن هذا يعتمد على معدل التحميل ونوع المادة الخام أو حجمها أو محتواها من الرطوبة.
يجب أن يتمتع العمال الذين يديرون BACB بإمكانية الوصول إلى أدوات مكافحة الحرائق مثل المكابس والمناشير والمجارف. يجب عليهم أيضا ارتداء ملابس قطنية أو مقاومة للهب ، وحماية للعين والأذن ، وقفازات جلدية. ستحمي القبعات الصلبة والأحذية القوية والقمصان ذات الأكمام الطويلة والسراويل الطويلة العمال من الجمر والحرارة والإطلاقات الخشبية العرضية من الحفار. غالبا ما يتم وضع BACB المحمول في مواقع بعيدة ، وبالتالي ، فإن التخطيط للطوارئ أمر بالغ الأهمية. يجب أن يكون لدى الطواقم طريقة للاتصال في حالات الطوارئ ، خاصة إذا كان الموقع خارج نطاق خدمة الهاتف الخلوي. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام راديو أو هاتف يعمل بالأقمار الصناعية أو منارة الطوارئ.
BACB هي أداة واحدة لتقليل الكتلة الحيوية الخشبية الزائدة في أكوام مائلة. لن يقضي على الوبر المفتوح أو حرق البث ولكنه مفيد في المناطق الحساسة. على سبيل المثال ، يمكن أن يقلل من أحمال الوقود على جوانب الطرق أو عمليات الهبوط الخشبية نظرا لأن السطح المستوي مطلوب للتشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أداة جيدة لإزالة المخلفات الخشبية في المخيمات والمواقع الترفيهية الأخرى وفي الواجهة البرية الحضرية أو المناطق الحضرية حيث يمكن أن يكون الدخان الناتج عن الحرق في الهواء الطلق مشكلة13. Biochar يمكن استخدامه لمشاريع معالجة التربة المحلية ، ويمكن ل BACB إنشائه محليا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التنظيف على نطاق واسع بعد الاضطرابات (مثل الإعصار والإعصار) هو مكان آخر حيث يمكن لتقنيات BACB تقليل الكتلة الحيوية وتقديم تعديل التربة. نظرا لأن BACB تحترق بشكل نظيف مع القليل من الدخان وقليل من الجمر ، فإن استخدامها عندما تحد الظروف من الحرق في الهواء الطلق (على سبيل المثال ، حظر الحرق) يوفر خيارا آخر للتخلص من المخلفات الخشبية.
تم تطوير مواقد الستائر الهوائية وفقا لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) لتوفير حرق نظيف مع عتامة أقل من 10٪ ، باستخدام اختبار EPA Method 9 ، مقارنة بالحرق المفتوح ، والذي عادة ما يكون له عتامة 80٪ -100٪14. تم العثور على استخدام إنتاج الفحم الحيوي القائم على المكان ليكون 2-40 مرة أقل في صافي مكافئ ثاني أكسيد الكربون مقارنةبالحرق المفتوح15.
تزايدت حرائق الغابات الكارثية في جميع أنحاء أمريكا الشمالية في العقد الماضي بسبب زيادة الضغوط البيئية التي تؤدي إلى تفاقم الجفاف والحشرات ووفيات الأمراض في مواقف الغابات. يستلزم تقليل مخاطر حرائق الغابات إدارة نشطة للغابات تؤدي إلى مواد غير قابلة للتسويق تحتاج إلى التخلص منها. بدلا من الحرق في الهواء الطلق ، يمكن استخدام BACB المحمول في مواقع الغابات أو المخيمات أو الحدائق الحضرية أو في المدن لتقليل كمية الوقود الخشبي. تم استخدام مواقد الستائر الهوائية لعقود كوسيلة لتقليل الانبعاثات الناتجة عن حرق المخلفات الخشبية16 ، وهذه هي الفائدة الرئيسية لاستخدام هذه التكنولوجيا. تستجيب القدرة الإضافية على الإنتاج المستمر لمنتج biochar متسق لاستخدامه في أعمال استعادة التربة للحاجة الملحة لزيادة ممارسات الغابات الذكية مناخيا17. بدلا من حرق الركائز المفتوحة ، تحد مواقد الستائر الهوائية من التأثيرات على التربة18 ، وتقلل من ملوثات الهواء وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، ويمكن للتكنولوجيا إشراك قوة عاملة جديدة من خلال تطوير أطقم الحفظ التي تعمل بالقرب من جوانب الطرق أو عمليات الهبوط الخشبية أو المجتمعات الريفية أو المخيمات حيث تستمر علاجات تقليل الوقود الخطرة.
الإفصاحات
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
شكر وتقدير
نشكر العديد من موظفي الجامعة ، والغابات الوطنية ، وموظفي مكتب إدارة الأراضي الذين ساعدوا في إجراء العروض التوضيحية وجمع البيانات. تم دعم العمل الميداني لهذه الطريقة من قبل محطة أبحاث روكي ماونتن التابعة لخدمة الغابات في الولايات المتحدة الأمريكية ، واشنطن العاصمة ، ومكاتب منطقة شمال غرب المحيط الهادئ. النتائج والاستنتاجات الواردة في هذا المنشور هي تلك الخاصة بالمؤلفين ولا ينبغي تفسيرها على أنها تمثل أي قرار أو سياسة رسمية من الولايات المتحدة الأمريكية أو حكومة الولايات المتحدة.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| موقد ستارة هوائية CharBoss | Air Burners، Inc. | T26 | يأتي مع أشعل النار مقاس 36 بوصة ، مجرفة غربلة ، سقاطة قياسية للدفع 1/2 بوصة مع مقبس 1 1/8 بوصة ، ومسدس شحوم ، وحوض إخماد |
| وقود ديزل (كبريت منخفض للغاية) | تم شراؤها محليا | ||
| خزانات وقود الديزل | Uline | H-1849Y | أو زيت محرك مشابه |
| (درجة الديزل) أي | زيت ديزل 15W40 أو 10W40. | ||
| حفارات | شركة تأجير محلية. تتطلب الأحجام الأصغر وقودا أقل. | ||
| زيوت تشحيم مضادة للاستيلاء بدرجة حرارة عالية (خرطوشة 16 أونصة) | هيدروليكية للتشحيم | McMaster-Carr | 1288K97 |
| زيت هيدروليكي | Amsoil | HVH05-EA (ISO32) / HVG05-EA (ISO22) | أي زيت هيدروليكي اصطناعي ISO32 ، خيار ISO22 للطقس البارد. تم تثبيت Amsoil ISO32 في المصنع. |
| دلاء كبيرة | Uline | 5495 | أو ما شابه |
| ذلك شعلة الإضاءة (البروبان) | Grainger | 9RCF3 | أو ما شابه |
| ذلك 1 طن بيك آب (أو أكبر) | استئجار محلي | لنقل CharBoss إلى الموقع | |
| عرض خطوة | Gorilla | GLP = WP | خطوة مستقرة للسماح بالعرض في صندوق الاحتراق أو خطوة أخرى على غرار مقاعد البدلاء ؛ |
| لنقل المياه | أي شاحنة مياه متاحة بسعة 300 جالون على الأقل. يمكن استخدام تغذية الجاذبية للمياه إلى وعاء التبريد. | ||
| أوتاد | كتل من الخشب مقاس 4 × 4 بوصة أو الأوتاد المتوفرة تجاريا أثناء الربط / فك الوحدة | ||
| < قوية > معدات الحماية الشخصية < / قوية > | |||
| حماية الأذن | Uline | S-22141 | أو ما شابه ذلك |
| حماية العين | أمازون | أو قميص حريق مماثل | |
| Grainger | 12R487 | أو ما شابه | |
| السراويل النار | Grainger | 39EM96 | أو ما شابه ذلك |
| من قبعة صلبة | خصم معدات السلامة | SFTSCHH1000038126 | أو |
| قفازات جلدية | Uline | S-6777M | أو أحذية متينة |
| مماثلة أي حذاء جلدي سميك. | |||
| <قوي>معدات الطوارئ < / قوي> | |||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | أو ما شابه ذلك |
| من موردي الغابات بفأس بولاسكي | 85274 | أو ما شابه ذلك | |
| موردي الغابات | المشعل النار | 85210 | أو ما شابه |
المراجع
- Barrett, S. W., Arno, S. F. Indian fires as an ecological influence in the northern Rockies. J Forestry. 80, 647-651 (1982).
- Savage, M., Swetnam, T. W. Early 19th century fire decline following sheep pasturing in the Navajo ponderosa pine forest. Ecology. 71, 2374-2378 (1990).
- Sohn, J. A., Hartig, F., Kohler, M., Huss, J., Bauhus, J. Heavy and frequent thinning promotes drought adaptation in Pinus sylvestris forests. Eco Appl. 26, 2190-2205 (2016).
- Air Burners, Inc. , Available from: https://airburners.com/technology/principle (2024).
- U.S. Department of Energy. 2016 Billion-ton report: Advancing domestic resources for a thriving bioeconomy. U.S. Department of Energy. , (2016).
- Jang, W., Page-Dumroese, D. S., Han, H. S. Comparison of heat transfer and soil impacts of air curtain burner burning and slash pile burning. Forests. 8, 297(2017).
- Rhoades, C. C., Fegel, T. S., Zaman, T., Fornwalt, P. J., Miller, S. P. Are soil changes responsible for persistent slash pile burn scars in lodgepole pine forests. Forest Eco Management. 490, 119090(2021).
- Rodriguez Franco, C., Page-Dumroese, D. S., Archuleta, J. Forest management and biochar for continued ecosystem services. J Soil Water Cons. 77, 60-64 (2020).
- Lee, E., Han, H. S. Air Curtain Burners: A tool for disposal of forest residues. Forests. 8, 296(2017).
- Fornwalt, P. J., Rhoades, C. C. Rehabilitating slash pile burn scars in upper montane forests of the Colorado Front Range. Natural Area J. 31 (2), 177-182 (2011).
- Blanco-Canqui, H. Does biochar improve all soil ecosystem services. GCB-Bioenergy. 13, 291-304 (2020).
- USDA Forest Service. , Available from: https://www.fs.usda.gov/ (2024).
- Razzaghi, F., Obour, P. B., Arthur, E. Does biochar improve soil water retention? A systematic review and meta-analysis. Geoderma. 361, 1(2020).
- U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Technology and Development Program. The use of air curtain destructors for fuel reduction. Fire Management Tech Tips #0251 1317-SDTDC. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Technology and Development Program. , 5(2002).
- Puettmann, M., Sahoo, K., Wilson, K., Oneil, E. Life cycle assessment of biochar produced from forest residues using portable systems. J Cleaner Prod. 250, 119564(2020).
- Miller, C. A., Lemieux, P. M. Emissions from the burning of vegetative debris in air curtain destructors. Air Waste Management Assoc. 57, 959-967 (2007).
- Rodriguez Franco, C., Page-Dumroese, D. S., Pierson, D., Nicosia, T. Biochar utilization as a forestry climate-smart tool. Sustainability. 16, 1714(2024).
- Busse, M. D., Shestak, C. J., Hubbert, K. R. Soil heating during burning of forest slash piles and wood piles. Int J Wildland Fire. 22 (6), 786-796 (2013).
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
