Herstellung, Charakterisierung und Quantifizierung von Pflanzenkohle im Wald mit tragbaren Flammkappenöfen

In vielen Regionen der Welt, darunter auch im Westen der USA, haben Klimawandel, Dürre und gebietsfremde invasive Arten zu einer Waldbrandkrise geführt, die Ökosysteme und Gemeinschaften bedroht. Durch die unkontrollierte Verbrennung von Wäldern und Wäldern werden große Mengen an Feinstaub und Treibhausgasen in die Atmosphäre freigesetzt, mit verheerenden Folgen für die menschliche Gesundheit und das Klima. So wurden beispielsweise bei Waldbränden in Kalifornien im Jahr 2020 schätzungsweise rund 127 Millionen Megatonnen Treibhausgasemissionen freigesetzt, was etwa dem Doppelten der gesamten Treibhausgasemissionen Kaliforniens von 2003 bis 2019 entspricht¹. Wissenschaftler und Landbewirtschafter untersuchen zunehmend menschliches Handeln, das dazu beitragen kann, diese Wälder und ihre Ökosystemleistungen wiederherzustellen. Die manuelle Durchforstung und Entfernung überschüssiger Biomasse ist eine der wichtigsten Maßnahmen, die ergriffen werden müssen². Die Entfernung von Biomasse schließt ihre Entsorgung ein, und wenn sich die Biomasse an abgelegenen und schwer zugänglichen Orten befindet, gibt es nur wenige andere Optionen als die Verbrennung vor Ort in unbewirtschafteten Brandrodungshaufen. Unkontrollierte Brandhaufen entfernen zwar Brennstoffe aus der Landschaft, aber sie schädigen die Waldböden, da die konzentrierte Hitze unter den Haufen den organischen Horizont des Bodens verbrennt und nackten Boden hinterlässt, der anfällig für Erosion und Besiedlung durch invasive Arten ist. Es kann Jahrzehnte dauern, bis sich der organische Bodenhorizont in einer Brandhalsnarbe^{regeneriert 3}. Unkontrollierte Brandhaufen sind auch eine Quelle von Feinstaub- und Treibhausgasemissionen. Der Rauch aus dem Abbrennen von Brandrodungspfählen schränkt auch das Brennfenster in Wassereinzugsgebieten mit begrenzter Luftqualität ein, was die Durchführung der Arbeiten erschwert.

Forscher des USDA Forest Service haben die Alternative der Herstellung von Pflanzenkohle aus Schnittmaterialien untersucht und mehrere vielversprechende Techniken identifiziert, darunter die Möglichkeit, kleine, mobile Pflanzenkohleöfen im Wald einzusetzen⁴. Die Umwandlung von Waldrodung in Pflanzenkohle vor Ort hat viele ökologische Vorteile gegenüber der derzeitigen Praxis der Brandrodung durch Verbrennung in Brandhaufen, einschließlich einer geringeren Bodenerwärmung und weniger Feinstaubemissionen. Die vor Ort produzierte Pflanzenkohle kann entfernt und in der Landwirtschaft verwendet werden, oder sie kann an Ort und Stelle belassen werden, wo sie mehrere Funktionen zur Wiederherstellung der Waldgesundheit und zur Verbesserung der Anpassung an Klimawandel und Dürre erfüllt. Da bis zu 50 % des gesamten Kohlenstoffs in vielen Waldböden Holzkohle aus historischen, natürlichen Bränden ist⁵, kann das Belassen von Pflanzenkohle an dem Ort, an dem sie hergestellt wird, Waldbodenkohle wiederherstellen, die aufgrund der Brandbekämpfung oft an den jüngsten Bodenhorizonten fehlt, mit unbekannten Auswirkungen auf Ökosystemprozesse⁶. Pflanzenkohle, die auf Waldböden verbleibt, kann die Auswirkungen von Holzkohle nachahmen, die durch natürliche Brände erzeugt wird, und ähnliche Auswirkungen auf den Kohlenstoffgehalt des Bodens und die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens haben⁷.

In den letzten Jahren hat ein internationales Netzwerk von Forstarbeitern, Waldbesitzern, Forschern und Pflanzenkohleberatern eine Reihe von Karbonisierungsmethoden entwickelt, um Waldschnitt vor Ort als Alternative zur Verbrennung von Brandrodungen in Pflanzenkohle umzuwandeln. Diese Verfahren basieren auf dem Prinzip der Flammenkarbonisierung, das zuerst in Japan als "rauchloser Karbonisierungsofen"^{der Firma} Moki 8 entwickelt und vermarktet wurde. Dieser Stahlringofen stellt gut karbonisierte Pflanzenkohle mit einem ausgewiesenen Wirkungsgrad von 13 % bis 20 % her, je nach verwendetem Ausgangsmaterial⁹.

Der Prozess der Herstellung von Pflanzenkohle oder Holzkohle wird oft als Pyrolyse bezeichnet, die Abtrennung von Biomassebestandteilen durch Hitze unter Ausschluss von Sauerstoff. Dies wird in der Regel als Retortenpyrolyse bezeichnet, bei der Biomasse in einem extern beheizten Behälter physikalisch von der Luft isoliert wird. Die Pyrolyse kann aber auch in Gegenwart begrenzter Luft stattfinden, wie bei der Vergasung und Flammenkarbonisierung, da feste Brennstoffe wie Holz stufenweise verbrennen. Wenn Biomasse erhitzt wird, ist die erste Stufe der Verbrennung die Dehydrierung, da Wasser aus dem Material verdampft. Es folgt die Entgasung und die gleichzeitige Verkohlungsbildung, auch Pyrolyse genannt. Flüchtiges Gas, das Wasserstoff und Sauerstoff enthält, wird freigesetzt und in einer Flamme verbrannt, wobei dem Prozess kontinuierlich Wärme zugeführt wird. Wenn das Gas freigesetzt wird, wird der verbleibende Kohlenstoff in aromatischen Kohlenstoff oder Kohle umgewandelt. Die letzte Stufe der Verbrennung ist die Oxidation der Kohle zu mineralischer Asche¹⁰.

Da es sich um diskrete Phasen handelt, die bei einem offenen Verbrennungsprozess auftreten, haben wir die Möglichkeit, den Prozess nach der Verkohlungsbildung zu stoppen, indem wir Luft oder Wärme entfernen. Dies wird während des Produktionsprozesses von Pflanzenkohle erreicht, indem dem Brandhaufen kontinuierlich neues Material hinzugefügt wird, so dass die heiße Kohle von neuem Material begraben wird, das den Sauerstofffluss unterbricht. Heiße Holzkohle sammelt sich im Boden des Haufens an und wird daran gehindert, zu Asche zu verbrennen, solange Flammen vorhanden sind, da die Flamme den größten Teil des verfügbaren Sauerstoffs verbraucht. Wenn der gesamte Brennstoff auf den Haufen gegeben wurde, beginnt die Flamme zu erlöschen. Zu diesem Zeitpunkt kann die heiße Holzkohle konserviert werden, indem Sauerstoff und Wärme entfernt werden, normalerweise indem die Kohlen mit Wasser besprüht und dünn geharkt werden, um sie abzukühlen¹¹.

Das grundlegende Funktionsprinzip ist das der Gegenstromverbrennung. Gegenstrom-Verbrennungsluft hält die Flamme niedrig und verhindert die Emission von Glut oder Funken. Die Flamme verbrennt auch den größten Teil des Rauchs, wodurch die Emissionen reduziert werden. Zusammenfassend erklären die folgenden Prinzipien den Betrieb der Gegenstromverbrennung in einem Flammenkappenofen: (1) Gas strömt nach oben, während Verbrennungsluft nach unten strömt, (2) Gegenstromströmung wird hergestellt, wenn brennender Brennstoff Luft nach unten zieht, (3) Die Flammen bleiben niedrig und in der Nähe des Brennstoffs, wodurch der Glutaustritt minimiert wird, (4) Rauch brennt in der heißen Zone, (5) Da die gesamte Verbrennungsluft von oben kommt, es wird von den Flammen verzehrt (6) Es kann nur sehr wenig Luft zu den unverbrannten Kohlen gelangen, die auf den Boden des Ofens fallen, (7) Die Kohlen werden bis zum Ende des Prozesses aufbewahrt, wenn sie gelöscht oder gelöscht werden.

Neben ihren Vorteilen für den Boden ist Pflanzenkohle auch eine führende Methode zur Kohlenstoffentfernung für den Klimaschutz. Bis zur Hälfte des Kohlenstoffs in holziger Biomasse kann in Form von Pflanzenkohle¹² in stabilen, aromatischen Kohlenstoff umgewandelt werden. Allerdings produzieren nicht alle Pyrolysetechnologien die gleiche Menge an widerspenstigem Kohlenstoff, der 100 Jahre oder länger im Boden stabil bleibt (die Schlüsselmetrik zur Bestimmung des Kohlenstoffentfernungswerts). Die Stabilität der Pflanzenkohle steht in engem Zusammenhang mit der Produktionstemperatur. Die adiabatische Flammentemperatur von brennendem Holz wird auf 1.977 °C geschätzt und liegt nahe an der von Propan 1.977 °C¹³. Die Herstellung von Pflanzenkohle in einem Flammenkappenofen ist eng mit der Flamme gekoppelt, ohne Wärmeübertragungsverluste durch die Leitung durch eine Metallwand, wie bei der Retortenpyrolyse. Daher würden wir erwarten, dass die Produktionstemperatur hoch ist, solange eine Flamme während des Prozesses aufrechterhalten wird. Eine Untersuchung von Kohle mit Hilfe der Raman-Spektroskopie¹⁴ ergab, dass eine Biokohleprobe aus einem Flammkappenofen (zur Verfügung gestellt von Erstautor Kelpie Wilson) zu den drei Proben mit der höchsten scheinbaren Temperatur der Kohlebildung im Bereich von 900 °C gehörte.

Thermoelemente sind erforderlich, um in das Innere der Verbrennung zu gelangen und die Produktionstemperatur von Pflanzenkohle in einem Brennkappenofen oder einem Brennhaufen genau zu messen, und diese sind teuer und für Low-Tech-Hersteller nicht verfügbar. Aus diesem Grund haben wir eine Methode verwendet, die von Forschern im brasilianischen Amazonasgebiet beschrieben wurde, bei der Heißstifte (die von Schweißern verwendet werden, um die Temperatur von Metallteilen zu überprüfen) verwendet werden, die bei einer kalibrierten Temperatur schmelzen¹⁵. Die Ziegel werden mit Buntstiften markiert, in Alufolie eingewickelt und während der Produktion an verschiedenen Stellen im Ofen platziert. Wir haben diese Methode mehrmals angewendet und festgestellt, dass die Ofentemperaturen 650° C überschritten haben, da die Buntstiftspuren vollständig geschmolzen waren. Dies ist eine nützliche Methode, um die Produktionstemperaturen bei Bedarf zu bestätigen. Der wichtigste Überprüfungspunkt ist jedoch die Dokumentation des Vorhandenseins von Flammen im gesamten Verfahren.

Es gibt nicht viele veröffentlichte Daten über die Eigenschaften von Pflanzenkohle, die mit Low-Tech-Flammkarbonisierungsmethoden hergestellt wird. Cornellissen et al. analysierten jedoch Pflanzenkohleproben, die mit Flammkarbonisierungsmethoden in verschiedenen Ofentypen hergestellt wurden, und es wurde festgestellt, dass sie die Standards des Europäischen Biokohlezertifikats (EBC) für Pflanzenkohle erfüllen, einschließlich eines niedrigen PAK-Gehalts und einer hohen Stabilität der Pflanzenkohle. Darüber hinaus wies die Pflanzenkohle, die sowohl aus holzigen als auch aus krautigen Rohstoffen hergestellt wurde, einen durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von 76 Prozent^{auf 11}. Die Rocky Mountain Research Station¹⁶ des US Forest Service analysierte fünf Pflanzenkohleproben aus Flammenkappenöfen und Brandhaufen, die bei einem Feldtag in Kalifornien im Jahr 2022 hergestellt wurden. Der durchschnittliche Kohlenstoffgehalt der Proben lag bei 85 Prozent. Aus diesen Ergebnissen können wir schließen, dass es wahrscheinlich ist, dass Pflanzenkohle, die aus holzigen Rückständen in Flammkappenöfen hergestellt wird, die grundlegenden Anforderungen für eine nachgewiesene Kohlenstoffentfernung erfüllt: hoher Kohlenstoffgehalt und hohe Stabilität der Pflanzenkohle.

Zwei Protokolle zur Kohlenstoffentfernung für die ortsgebundene Low-Tech-Produktion von Pflanzenkohle wurden jetzt von Verra¹⁷ und dem Global Artisan C-Sink Protokoll¹⁸ des European Biochar Consortium veröffentlicht. Diese neu entwickelten Protokolle sind vielversprechend; Sie haben jedoch einige Einschränkungen, wenn sie auf Wälder, Wälder und andere Landschaften angewendet werden, die von Dürren und Waldbränden bedroht sind. Dementsprechend wird in diesem Artikel eine neue Methodik, die Methodik CM002 V1.0, aus AD Tech¹⁹ beschrieben, die speziell für die Flammenkarbonisierung von Holzschutt als Teil des Vegetationsmanagements und der Reduzierung der Brennstoffbelastung entwickelt wird. Die Lebenszyklusanalyse bestätigt, dass die Kohlenstoffbindung von Biokohle durch die Produktion von Biokohle vor Ort aus holziger Biomasse in Flammenkappenöfen einen Nettovorteil für die Kohlenstoffentfernung bringt²⁰. Die erfolgreiche Umsetzung von Protokollen zur Kohlenstoffentfernung kann dazu beitragen, die lebenswichtigen Maßnahmen zur Reduzierung von Brennstoffen finanziell zu unterstützen, die zum Schutz von Gemeinden und Ökosystemen vor Waldbränden und der Verschlechterung von Ökosystemen erforderlich sind. Um Zugang zu Zahlungen für die Kohlenstoffentfernung zu erhalten, werden Feldmessungen und digitale Überwachungs-, Berichts- und Verifizierungsmethoden (D-MRV) als Routineverfahren in die hier beschriebene Methodik zur Herstellung von Pflanzenkohle integriert. Einzelheiten zur Plattform werden in den Ergänzenden Informationen (Ergänzungsdatei 1) erläutert.

Während mehrere Open-Source-Konstruktionen von Flammkappenöfen von Einzelpersonen für den Eigenbedarf hergestellt werden²¹, gibt es unseres Wissens derzeit nur einen Flammkappenofen mit einem Fassungsvermögen von mehr als einem Kubikmeter, der für den Verkauf in Nordamerika in Massenproduktion hergestellt wird, den Ring of Fire Ofen²². Ein leichter, tragbarer Flammkappenofen, der für eine einfache Mobilität mit Handmannschaften ausgelegt ist. Der Ofen besteht aus einem Innenring, der aus sechs Blechen aus Baustahl besteht, die miteinander verbunden sind. Ein Außenring aus leichterem Stahl, der an den Halterungen befestigt ist, die den Innenring zusammenhalten. Der äußere Ring dient als Hitzeschild, das die Wärme für einen besseren Wirkungsgrad speichert. Die Oberseite des Ofens ist zur Luft hin offen, und hier bildet sich die Flammenkappe. Luft, die durch den Ringspalt zwischen dem Hauptofenkörper und dem Hitzeschild nach oben strömt, versorgt den Ofen mit vorgewärmter Verbrennungsluft, wodurch die Verbrennungseffizienz weiter erhöht wird (Abbildung 1)

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Luftstroms, der Flammeneigenschaften und der Verkohlungsansammlung im Feuerringofen. Gegenstrom-Verbrennungsluft zieht den Rauch in die heiße Zone, wo er verbrennt. Luft, die durch den Ringspalt zwischen dem Hauptofenkörper und dem Hitzeschild nach oben strömt, versorgt den Ofen mit vorgewärmter Verbrennungsluft, wodurch die Verbrennungseffizienz weiter erhöht wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Der Ofendurchmesser beträgt 2,35 m und bildet einen Zylinder mit einer Höhe von einem Meter bei einem Gesamtvolumen von 4,3^m3. In der Praxis ist der Ofen nie vollständig bis zum Rand gefüllt, so dass eine typische Produktionscharge den Ofen zwischen 1/2 und 3/4 voll füllt, um ein Volumen an Pflanzenkohle zwischen 2 und 3 Kubikmetern zu erreichen.

Da es sich bei dem Feuerringofen um ein standardisiertes Design handelt, wird er als erste zertifizierte Technologie für den Einsatz in der CM002-Komponentenmethodik übernommen, die standardisierte Verfahren für die Quantifizierung von Treibhausgasvorteilen (THG) bietet. Mess- und Datenerfassungsschritte, die den Anforderungen des CM002 entsprechen, sind in die Methode integriert. Die Berichterstattung erfolgt über eine Smartphone-Anwendung, indem während des gesamten Prozesses kurze Fragebögen beantwortet und Fotos und Videoclips in die mobile App hochgeladen werden.

HINWEIS: Diese Methode verwendet die Ikhala-Smartphone-Anwendung (im Folgenden als D-MRV-Anwendung bezeichnet; Material-Tabelle) Zugang zu Zahlungen für die Kohlenstoffentfernung, Feldmessungen und digitale Überwachung, Berichterstattung und Verifizierung.

1. Sammeln von Rohstoffen und Bestätigen der Eignung

1. Wählen Sie die Rohstoffgröße aus und geben Sie sie an.
2. Wählen Sie holziges Material mit einem Durchmesser von weniger als 15 cm. Stellen Sie sicher, dass alle Materialien verzweigt oder ungleichmäßig geformt sind, damit sie sich nicht dicht verdichten und den Luftstrom im Ofen behindern.
3. Klicken Sie in der D-MRV-Anwendung auf die Schaltfläche Foto aufnehmen im Abschnitt Feedstock , um die Kamera zu öffnen. Zielen Sie bei geöffneter Kamera auf das Motiv (trockene Rohstoffhaufen mit einem Messstab) und nehmen Sie das Bild auf, indem Sie den Auslöser auf dem Bildschirm drücken.
4. Melden Sie die Rohstoffarten: Öffnen Sie die D-MRV-Anwendung und beantworten Sie den kurzen digitalen Fragebogen, in dem die Mengen der einzelnen Arten angegeben sind. Die Berichterstattung basiert auf visuellen Schätzungen.
5. Ermitteln und melden Sie die Feuchte des Ausgangsmaterials.
   1. Nehmen Sie mit einem Standard-Brennholzfeuchtemessgerät eine Messung vor, indem Sie die Stifte in die Mitte des größten Stücks jeder Art von Ausgangsmaterial stecken.
   2. Machen Sie in der D-MRV-Anwendung ein Foto von jedem Feuchtigkeitsmesswert. Klicken Sie auf die Schaltfläche Foto aufnehmen im Abschnitt Feuchtigkeitsmessgerät und geben Sie den auf dem Feuchtigkeitsmessgerät angezeigten Wert in das Textfeld ein. Reichen Sie für jeden Feuchtigkeitsmesswert einen Foto- und Texteintrag ein.

2. Zusammenbauen, Beladen und Anzünden des Ofens

1. Auf ebenem Boden klares brennbares organisches Material aus einem Kreis von ca. 3 m Durchmesser. Montieren Sie die 6 inneren Ofenplatten mit Hilfe der Verbindungshalterungen zu einem Zylinder.
2. Mit einer Schaufel oder einem ähnlichen Werkzeug den unteren Rand des Zylinders mit einer kleinen Berme aus mineralischer Erde oder Lehm abdichten, damit keine Luft von unten in den Ofen eindringen kann.
3. Befestigen Sie die 6 Hitzeschildplatten an den Anschlusshalterungen und achten Sie darauf, dass an der Unterseite des Hitzeschilds ein Luftspalt bleibt, damit Luft durch den Ringspalt zwischen Innen- und Außenzylinder strömen kann. Befestigen Sie das Ofen-ID-Tag mit den Hitzeschild-Hardware am Hitzeschild.
4. Identifizieren Sie die in der Charge verwendeten Öfen. Klicken Sie im Abschnitt "Brennvorbereitung " auf die Schaltfläche "Foto aufnehmen ", um Fotos des montierten Ofens und des ID-Tags zu machen und diese für jeden Ofen vor Ort einzureichen.
5. Beschickung des Ofens: Verwenden Sie für die Erstbeschickung des Ofens ein kleineres (2-6 cm dickes und trockeneres Material). Verpacken Sie das Material bis zum Ofenrand und ordnen Sie nicht verzweigtes Material, wie z. B. Stangen, so an, dass es nicht zu dicht wird und den Luftstrom einschränkt.
   HINWEIS: Das Ziel ist es, sicherzustellen, dass das Material dicht genug gepackt ist, um eine Flamme aufrechtzuerhalten, aber auch Verbrennungsluft an den Boden des Stapels zu gelangen.
6. Zünden Sie den Ofen an: Geben Sie kleines, trockenes Anzündmaterial auf den beladenen Ofen. Verwenden Sie bei Bedarf einen Brandbeschleuniger und zünden Sie ihn mit einem Streichholz an oder verwenden Sie eine Propangaslampe. Zünden Sie den Ofen an mehreren Stellen auf der Oberseite an, so dass sich schnell eine Flammenkappe über dem gesamten Ofen entwickelt.
7. Nehmen Sie mit der D-MRV-App einen 30-Sekunden-Videoclip auf, sobald die Flammenkappe aufgestellt ist. Klicken Sie im Abschnitt "Start brennen " auf die Schaltfläche "Video aufnehmen " und dann auf die Schaltfläche "Video senden ".

3. Beschickung und Pflege des Ofens

1. In der ersten Betriebsphase wird die Luft von oben nach unten in den Ofen gesaugt, während die anfängliche Ladung meist bis auf eine Schicht Kohle abbrennt. Stellen Sie sicher, dass die erste Ladung ein gutes Kohlenbett ergibt, bevor Sie mehr Material hinzufügen. Fügen Sie eine neue Schicht des Ausgangsmaterials hinzu, wenn die vorherige Schicht beginnt, einen Film aus weißer Asche zu zeigen.
2. Übergang zur kontinuierlichen Beschickung: Laden Sie neues Material gleichmäßig in den Ofen. Versuchen Sie, jede Holzschicht den gleichen Durchmesser zu halten, damit die Verkohlung gleichmäßig ist.
   1. Verwenden Sie die Flamme als Indikator für die Ladegeschwindigkeit: Lassen Sie die Flamme als Leitfaden für das Hinzufügen von neuem Material dienen. Stellen Sie sicher, dass eine gute, starke Flamme oben gehalten wird, da dies die Wärmequelle für die Herstellung von Kohle ist.
   2. Wenn der Bediener zu viel und zu schnell lädt, wird die Flamme erstickt. Wenn das passiert, halte inne und warte, bis die Flamme wieder aufgeht. Wenn der Bediener nicht genügend Material lädt, erlischt die Flamme und die Kohle beginnt zu Asche zu verbrennen. Wenn das passiert, füge mehr Material hinzu, um die Flamme am Laufen zu halten.
3. Überprüfen Sie das Vorhandensein der Flamme während der Verbrennung als Indikator für eine saubere, heiße Verbrennung, die die Methanemissionen minimiert und die stabile Verkohlungsbildung maximiert.
   1. Nehmen Sie mit der D-MRV-Anwendung ein 30-Sekunden-Video der Flamme etwa 1 Stunde nach dem Anzünden des Ofens auf. Navigieren Sie zum Abschnitt Brennqualitätsbeweis und klicken Sie auf die Schaltfläche Brennechtheitsnachweis in der ersten Stunde .
   2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Video aufnehmen , drücken Sie mindestens 30 Sekunden lang auf Aufnahme und klicken Sie auf die Schaltfläche Video senden .
4. Füge das größte Material in den mittleren Phasen der Verbrennung hinzu, damit es Zeit hat, vollständig zu verkohlen. Der Ofen füllt sich je nach Rohstofftyp, Größe und Feuchtigkeit unterschiedlich schnell mit Pflanzenkohle.
5. Nehmen Sie mit der D-MRV-Anwendung ein 30-Sekunden-Video der Flamme am Ende der zweiten Stunde der Verbrennung auf. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Brennnachweis zur zweiten Stunde " und dann auf die Schaltfläche "Video aufnehmen ". Drücken Sie mindestens 30 Sekunden lang auf Aufnahme und klicken Sie auf die Schaltfläche Video senden .
6. Nehmen Sie mit der D-MRV-Anwendung ein 30-Sekunden-Video der Flamme am Ende der dritten Stunde der Verbrennung auf. Klicken Sie auf die Schaltfläche Brennnachweis zur dritten Stunde und dann auf die Schaltfläche Video aufnehmen . Drücken Sie mindestens 30 Sekunden lang auf Aufnahme und klicken Sie auf die Schaltfläche Video senden .
7. Wenn sich der Ofen mit glühend glühenden Kohlen füllt, stellen Sie die letzten Schichten aus mittelgroßem Material her, damit größere Stücke fertig verkohlen können.

4. Veredelung, Abschrecken und Messen der Pflanzenkohle

1. Beenden Sie die Verbrennung, wenn sich die angesammelte Pflanzenkohle innerhalb von 10-20 cm vom oberen Rand des Ofens befindet, wenn das gesamte Ausgangsmaterial verbraucht ist oder wenn der Arbeitstag endet.
2. Die Verkohlung ist abgeschlossen, wenn keine Flammen mehr vorhanden sind. Warten Sie 10-15 Minuten, nachdem Sie das letzte Stück Einsatzmaterial hinzugefügt haben, bis die Flammen erloschen sind. Es wird immer ein paar größere Stücke geben, die nicht vollständig verkohlen, was kein Problem ist.
3. Verwenden Sie vor dem Abschrecken einen Stahlrechen, um die heißen, glühenden Kohlen im Ofen zu glätten.
   1. Legen Sie einen Messstab senkrecht in den Ofen, an die Ofenwand, so dass ein Ende die ebene Verkohlung berührt. Machen Sie in der D-MRV-Anwendung ein Foto des Messstabs, der die Tiefe der Kohle im Ofen anzeigt, indem Sie zum Abschnitt Messung der Pflanzenkohle navigieren und auf die Schaltfläche Foto aufnehmen klicken.
   2. Geben Sie in das Texteingabefeld für die Frage Wie hoch ist der Messwert von der Oberseite der Pflanzenkohle bis zur Oberkante des Ofens ein, den Wert auf dem Messstab.
   3. Wiederholen Sie diese Messung und Fotoaufnahme noch zwei weitere Male an verschiedenen Stellen im Ofen, indem Sie auf die Schaltfläche "Senden und ein weiteres Foto hinzufügen " klicken.
4. Machen Sie unmittelbar nach der Meldung der Verkohlungstiefenmessungen ein Foto des Ofenidentifikationsetiketts zu Überprüfungszwecken.
5. Messen Sie die Schüttdichte der Kohle.
   1. Wenn die Pflanzenkohlecharge fertig ist, aber vor dem Abschrecken, füllen Sie einen Metalleimer mit heißen, glühenden Kohlen, die aus dem Ofen geschaufelt wurden. Wiegen Sie den Eimer, um das Taragewicht mit einer hängenden Waage zu ermitteln. Machen Sie ein Foto, um das Gewicht aufzuzeichnen.
   2. Füllen Sie den Eimer mit heißen Kohlen und wiegen Sie ihn, indem Sie ein Foto machen, um das Gewicht aufzuzeichnen.
   3. Das Probenahmeverfahren (4.5.1-4.5.2) wird noch zwei weitere Male wiederholt, wobei Proben aus verschiedenen Teilen des Ofens entnommen und der Wert mit einem Foto aufgezeichnet wird.
6. Mit Wasser ablöschen.
   1. Beginnen Sie, Wasser mit niedrigem Druck in den Ofen zu sprühen, bis der Hitzeschild kühl genug ist, um ihn zu berühren. Entferne alle Hitzeschildplatten und stapele sie aus dem Weg.
   2. Während Sie Wasser sprühen, entfernen Sie mehrere Ofenplatten und harken Sie die Kohle zum Abkühlen in eine dünne Schicht. Sprühen und harken Sie weiter, bis der Saibling vollständig abgekühlt ist. Die Pflanzenkohle sollte kühl genug sein, um eine Hand hineinzulegen.
7. Entferne und befestige unverbrannte Stücke. Entfernen Sie alle teilweise verkohlten Stücke und legen Sie sie mit dem Messstab in einer einzigen Schicht auf eine der Ofenplatten. Machen Sie mit der D-MRV-Anwendung ein Foto von den unvollständig verkohlten Stücken.

Eine gut organisierte und implementierte Pflanzenkohlecharge mit dem Feuerringofen produziert 2-3m3 Pflanzenkohle in 4-5 h Brennzeit. Die Verwendung der CM002-Komponentenmethodik und die Aufzeichnung von Brennparametern in der D-MRV-Anwendung soll es einem zertifizierten Verifizierer ermöglichen, das Produktionsvolumen der Biokohle und die Qualität der Pflanzenkohle zu bestätigen. Weitere Informationen zur Methodik finden Sie in den ergänzenden Informationen (Ergänzungsdatei 1).

Die Prozessüberprüfungspunkte für eine typische Charge von Pflanzenkohle, die im Feuerringofen hergestellt wird, sind hier aufgeführt (Abbildung 2). Tabelle 1 enthält typische Werte, die vor Ort gemessen oder durch Überprüfung ermittelt wurden.

1. Geben Sie die Art des Ausgangsmaterials an.
2. Rohstoffgröße: Bild eines Rohstoffhaufens mit einem Lineal.
3. Rohstofffeuchtigkeit: Ein Bild zeigt den Feuchtigkeitsmesswert des größten Stücks jeder Rohstoffart.
4. Zündung: Ein 30-Sekunden-Video, das den Beginn des Ofenbrandes und die Aufzeichnungszeit des Starts zeigt. Das Video zeigt, dass sich eine starke Flammenkappe entwickelt hat.
5. Überprüfung der Produktionstemperatur basierend auf dem Vorhandensein von Flammen: Drei 30-Sekunden-Videos zeigen eine starke Flammenpräsenz während der Verbrennung.
6. Volumen der Pflanzenkohle: drei Bilder der Messlatte im Ofen, um die Höhe der Ebenkohle im Ofen an drei Stellen anzuzeigen. Die gemessenen Abstände von der Oberseite des Ofens bis zur Kohle werden für Berechnungen auf einen Wert gemittelt.
7. Schüttdichte: Ein Bild der Waage zeigt das Leergewicht des Eimers. Drei Bilder der Waage, die das Gewicht der Kohle und des Eimers zeigen. Kohle von 3 Stellen im Ofen. Die drei Gewichtsmessungen werden für die Berechnungen zu einem Wert gemittelt

Abbildung 2: Infografik mit den Prozessverifizierungspunkten. Die Prozessverifizierungspunkte für eine typische Charge von Pflanzenkohle, die im Feuerringofen hergestellt wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Repräsentative Werte zur Überprüfung der Produktionsergebnisse und Verarbeitungsparameter für eine typische Charge von Pflanzenkohle, die in einem Ring of Fire-Biokohleofen hergestellt wird.

Anhand dieser Kontrollpunkte stellt der Prüfer fest, dass die Pflanzenkohle mit geeigneten Rohstoffen und bei einer Temperatur von über 600 °C hergestellt wurde, um die Anforderungen der CM002-Komponentenmethodik für Langzeitstabilität zu erfüllen. Damit kann der Kohlenstoffstabilitätsfaktor von 0,74 für eine 100-jährige Permanenz auf die Pflanzenkohlecharge angewendet werden. Um das Volumen der Pflanzenkohlecharge zu bestimmen, verwendet der Verifizierer das Volumen des leeren Ofens, das durch das Ofen-ID-Tag (4,3 m3) verifiziert wird, und die Höhe des Kohlespiegels im Ofen (1 m - 0,4 m = 0,6 m). Da der Ofen zu 60 % gefüllt ist, beträgt das Kohlevolumen 0,6 x 4,3m3 = 2,6m3. Der Verifizierer berechnet dann die Schüttdichte der Pflanzenkohle auf der Grundlage von Eimermessungen. Subtrahiert man das Eimergewicht von 0,6 kg von jeder Messung, erhält man Werte von 1,2 kg, 1,3 kg und 1,4 kg, die auf 1,3 kg/7 l gemittelt werden. Dies entspricht 185,7 kg/m3. Daher beträgt das Trockengewicht der produzierten Pflanzenkohle (185,7 kg/m3) x (2,6m3) = 483 kg.

Der Verifizierer kann den Kohlenstoffgehalt der Pflanzenkohle aus einer Datenbank oder in diesem Fall aus einem einfachen Labortest entnehmen, der einen Kohlenstoffgehalt von 86,8 % aus einer Charge gemischter Nadelhölzer bestätigte, die 2021 in einem Feuerringofen in Sonoma County, Kalifornien, hergestellt wurden. Der Test wurde von Control Laboratories in Watsonville, CA23, durchgeführt. Es wird der Kohlenstoffstabilitätsfaktor von 0,74 angewendet. Daher wird der Gehalt an stabilem organischem Kohlenstoff auf Trockengewichtsbasis für Pflanzenkohle aus der Masse der Pflanzenkohle, ihrem Gehalt an organischem Kohlenstoff und dem 100-Jahres-Stabilitätsfaktor für einen Endwert von (483) x (0,868) x (0,74) = 310,2 kg stabilem Kohlenstoff abgeleitet. Um den endgültigen Wert der Kohlenstoffentfernung zu ermitteln, wird die Projektleckage subtrahiert und die entsprechenden Sicherheitsmargen zusammen mit dem Umrechnungsfaktor von festem Kohlenstoff in Kohlendioxid angewendet, wie in der Zusatzdatei 1 beschrieben. Der zertifizierte Pflanzenkohle-Entfernungswert der Pflanzenkohle hängt von der abschließenden Überprüfung ab, ob die Pflanzenkohle auf Erde oder Kompost aufgebracht wurde und nicht verbrannt oder anderweitig oxidiert ist.

Ergänzendes Dossier 1: Detaillierte Informationen zur Methodik und zu den Berechnungen. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Der Autor Kelpie Wilson ist der Erfinder und Hersteller des Ring of Fire Biokohleofens. Der Autor Wihan Bekker ist Miteigentümer von African Data Technologies (Pty) Ltd., Entwickler der CM002-Komponentenmethodik und der Ikhala D-MRV-Berichtsplattform.