Describimos el uso de una unidad móvil de pirólisis basada en el lugar equipada con una cortina de aire para crear biocarbón de forma continua. La tecnología reduce la necesidad de quemar pilas de tala abierta, lo que resulta en menores emisiones y menos impactos en el suelo. El protocolo incluye pautas para la selección del sitio, la carga y el enfriamiento.
Artículo de método
Producción continua de biocarbón en el bosque utilizando un quemador de cortina de aire montado en un remolque
En este artículo
Resumen
Resumen
Los tratamientos de combustible y otras prácticas de raleo de restauración forestal tienen como objetivo reducir el riesgo de incendios forestales y, al mismo tiempo, aumentar la resiliencia de los bosques a la sequía, los insectos y las enfermedades y aumentar el secuestro de carbono (C) sobre el suelo. Sin embargo, los tratamientos con combustible generan grandes cantidades de residuos de biomasa leñosa no comercializables que a menudo se queman en pilas abiertas, liberando cantidades significativas de gases de efecto invernadero y partículas, y potencialmente dañando el suelo debajo de la pila. Los quemadores de cortina de aire ofrecen una solución para mitigar estos problemas, ayudando a reducir el humo y las partículas de las operaciones de quema, quemar más completamente los residuos de biomasa en comparación con la quema de pilas y eliminar el contacto directo e intenso con el fuego que puede dañar el suelo debajo de la pila de roza. En un quemador de cortina de aire, la combustión se lleva a cabo en un ambiente controlado. El humo es contenido y recirculado por la cortina de aire y, por lo tanto, la quema se puede realizar en una variedad de condiciones climáticas (por ejemplo, viento, lluvia, nieve), lo que alarga la temporada de quema para la eliminación del material de corte. La unidad móvil de pirólisis que crea biocarbón de forma continua fue diseñada específicamente para eliminar la biomasa leñosa residual en los desembarques de troncos, la madera verde en los vertederos o los materiales talados recuperados y crear biocarbón en el proceso. Esta producción de biocarbón con alto contenido de carbono se puede utilizar para mejorar la resiliencia del suelo mediante la mejora de sus propiedades químicas, físicas y biológicas, y tiene aplicaciones potenciales en la remediación de suelos contaminados, incluidos los de minas abandonadas. Aquí, describimos el uso general de este equipo, la ubicación adecuada, los métodos de carga, los requisitos de enfriamiento y las lecciones aprendidas sobre el funcionamiento de esta nueva tecnología.
Introducción
En los EE.UU., muchas masas forestales han aumentado en volumen de árboles en pie en ausencia de frecuentes incendios de baja intensidad, históricamente provocados por los pueblos indígenas y suprimidos en los tiempos modernos 1,2. A partir de esta exclusión de incendios, el exceso de población resultante plantea desafíos para los administradores de tierras que se esfuerzan por mejorar la resiliencia de los bosques contra los incendios forestales, las plagas, las enfermedades y los efectos de la sequía3. Las prácticas de manejo estándar para reducir el volumen de los árboles incluyen el fuego prescrito, el aclareo precomercial y la cosecha de rodales maduros. Estas operaciones generan cantidades sustanciales de biomasa leñosa de bajo valor o nulo, a menudo llamada residuos. Por ejemplo, en los 15 estados del oeste de EE.UU., se estima que las operaciones de cosecha producen cerca de 8 millones de toneladas secas de residuos cada año4. Además, el Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés) ha implementado un plan de crisis contra incendios forestales, que tratará 20 millones de hectáreas (50 millones de acres) adicionales durante un período de 10 años. Esto resultará en la necesidad de deshacerse de material adicional no comercializable y probablemente requerirá el uso de una variedad de opciones basadas en el lugar. Aunque las copas, las ramas y los árboles no comercializables pueden utilizarse para la bioenergía o los biocombustibles, las limitadas oportunidades de mercado a menudo conducen a que estos residuos se apilen y quemen. La construcción de pilotes de tala tiene como objetivo reducir el riesgo de incendios forestales e insectos, crear espacio de crecimiento para las plantas del sotobosque y abordar otros objetivos de gestión de la tierra.
La quema a cielo abierto es un método de bajo costo y relativamente rápido para reducir el volumen de madera, pero también produce humo y contaminantes atmosféricos, incluidos los gases de efecto invernadero5. Además, también puede causar impactos indeseables en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, lo que provoca cicatrices de quemaduras que pueden persistir durante décadas6. Para mitigar los efectos secundarios perjudiciales de la quema a cielo abierto, se necesitan enfoques alternativos que reduzcan los impactos negativos sobre el cambio climático, el riesgo de incendios forestales y la salud del suelo7.
Aquí, nos enfocamos en el uso de un método novedoso para la producción continua de biocarbón desarrollado a través de un Acuerdo Cooperativo de Investigación y Desarrollo (CRADA) entre el Departamento de Agricultura de EE. UU., el Servicio Forestal, la Estación de Investigación de las Montañas Rocosas y Air Burners, Inc. (Palm City, FL). La tecnología resultante, en adelante denominada quemador de cortina de aire productor de biocarbón (BACB; Figura 1), produce continuamente biocarbón a partir de residuos leñosos, al tiempo que limita las emisiones de humo y partículas. En comparación con la quema a cielo abierto, la funcionalidad del BACB reduce el riesgo de incendio y la propagación del humo8, creando vías para la extensión segura de las ventanas de combustión operativas. A diferencia de los métodos tradicionales que dejan pilas de residuos en el paisaje donde contribuyen a la acumulación de combustible9 o los métodos de combustión alternativos que producen principalmente humo y cenizas, el BACB reduce eficazmente las cargas de combustible al tiempo que protege el suelo y crea biocarbón, un carbón vegetal consistente y con alto contenido de carbono, que se puede utilizar para la restauración del suelo en o cerca del sitio de procesamiento. Además, el BACB es móvil y se puede ubicar fácilmente, por ejemplo, en un rellano de troncos, a lo largo de una carretera o en un campamento. También puede quemar madera húmeda o seca, tipos y tamaños de materias primas mixtas, y se puede utilizar en condiciones climáticas adversas y en momentos en que las condiciones climáticas son demasiado riesgosas para la quema de pilas abiertas.
El biocarbón producido en el BACB es generalmente 70%-90% de carbono, altamente poroso y consistente en la distribución del tamaño de las partículas, lo que lo hace adecuado para remediar suelos degradados, que a menudo se encuentran en minas abandonadas, aterrizajes de troncos, senderos de arrastre, áreas ribereñas o sitios agrícolas. El biocarbón también se puede utilizar como mezcla con compost o en los corrales de engorde del ganado para adsorber nutrientes y reducir el olor. En general, los mejores usos del biocarbón para residuos leñosos en el suelo son reducir la erosión y la lixiviación de nitratos, al tiempo que mejoran la estabilidad de los agregados del suelo y el agua disponible en suelos de textura gruesa y baja en materia orgánica10,11.
Figura 1: Quemador de cortina de aire móvil productor de biocarbón. El sitio de prueba muestra la configuración general de la barra y el quemador de cortina de aire productor de biocarbón. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Visión general del diseño y el funcionamiento
Aunque hay varios tipos de quemadores de cortina de aire disponibles, el BACB produce biocarbón continuamente. La unidad mide aproximadamente 7 m de largo x 2,5 m de ancho x 2 m de alto. Tiene un colector de aire a lo largo de la parte superior de la cámara de combustión que proporciona una cortina de aire constante para contener humo, partículas y brasas en su interior y promueve la oxidación completa de las emisiones. Para un funcionamiento óptimo, la cámara de combustión se carga a un nivel justo debajo del colector, lo que garantiza un flujo de aire ininterrumpido a través de la cámara de combustión. El BACB se puede remolcar detrás de cualquier vehículo con un paquete de enganche estándar y una capacidad de remolque adecuada. Se prepara un sitio nivelado y liso cerca de la biomasa apilada (también llamada materia prima), pero con suficiente espacio alrededor del sitio para permitir que el equipo y el personal se muevan libremente y con seguridad. Una vez colocada, la unidad se asegura bajando los lados de la cámara de combustión sobre el suelo mediante el sistema hidráulico a bordo. Un motor de soplado presuriza el colector de la cortina de aire, que recorre la longitud de la cámara de combustión en un lado. La biomasa se enciende y se quema inicialmente para establecer un lecho de carbones en la cámara de combustión. Luego, se puede agregar biomasa adicional periódicamente mientras se mantiene el material entrante por debajo de la cortina de aire. A medida que el material se quema, se produce carbón y cae a través de una abertura en la parte inferior de la cámara de combustión, donde la cinta transportadora los elimina de la máquina. Un panel dentro de la cámara de combustión oscila para facilitar este proceso. Las cenizas o materiales finos caen a través de la cinta transportadora sobre el suelo que se encuentra debajo. Las brasas salen de la máquina a través de una ranura en la parte inferior de la cámara de combustión y se depositan en una bandeja llena de agua, lo que detiene la combustión y enfría el biocarbón a una temperatura en la que se puede manipular de manera segura. Cuando está listo para cesar la operación, la cámara de combustión se limpia permitiendo que cualquier material restante se queme. Por lo general, la unidad se enfría durante la noche y se puede mover de manera segura al día siguiente, según sea necesario. No intente mover el BACB mientras está quemando madera o enfriando, a menos que haya una emergencia. En caso de emergencia, se puede utilizar arena o tierra para extinguir el fuego y sofocar las brasas. El agua nunca debe rociarse directamente sobre las baldosas cerámicas de la cámara de combustión.
Protocolo
NOTA: Los detalles adicionales sobre el funcionamiento del BACB se pueden encontrar en el manual del operador que viene con el equipo.
1. Transporte al sitio
- Usando un enganche de servicio comercial Clase 5 (tamaño de bola de 2-5/16 pulgadas o 58.75 cm), enganche el BACB a una camioneta pickup de 1 tonelada o más, ajustando la altura del enganche para asegurarse de que los rieles del bastidor estén nivelados para el transporte. Antes de remolcar, revise el controlador de frenos, el sistema de separación, los frenos, las ruedas y la iluminación del remolque.
- Asegúrese de que los pasadores de seguridad de viaje de BACB estén correctamente asegurados y que la cámara de combustión esté bajada sobre los pasadores de viaje.
- Una vez en la ubicación deseada, coloque la unidad mientras aún está conectada al vehículo remolcador; Es demasiado pesado para moverlo con la mano. Calza las ruedas y baja el soporte del gato. Desconéctelo del vehículo remolcador. El chasis (marco verde) debe estar nivelado de adelante hacia atrás; Suba o baje el soporte del gato para lograr esto.
- Si el BACB se ubicará en un lugar durante más de un día, excave una zanja poco profunda para acumular cenizas. Mantenga la zanja tan ancha como la cinta transportadora. Sin esta zanja, el BACB tendrá que ser movido y reposicionado en el mismo lugar para continuar ardiendo en un día posterior.
- Levante ligeramente la cámara de combustión para quitar los pasadores de viaje de la parte delantera y trasera de la cámara de combustión, despeje al personal y luego baje los lados al suelo. El contacto con el suelo elevará el chasis, pero los neumáticos deben permanecer firmemente en el suelo. Si toda la longitud de las paredes laterales de la cámara de combustión no está en contacto con el suelo, considere mover la unidad a una ubicación más nivelada o use palas o la excavadora para nivelar el sitio.
- Compruebe que el motor hidráulico que hace funcionar el panel vibrador entre la cámara de combustión y el motor cerrado no esté en contacto con el bastidor verde.
- Arranque el motor y déle tiempo suficiente para que se caliente antes de iniciar el sistema hidráulico.
2. Preparación in situ
- Coloque el BACB en una superficie relativamente plana (pendiente <3%) bastante cerca de la pila de madera, asegurándose de que la cámara de combustión esté nivelada utilizando un nivel de viga en I de 4 pies (1,2 m) o un nivel de cuerda. Asegúrese de que el área esté libre de peligros aéreos y tenga suficiente espacio para que la miniexcavadora (Figura 2) cargue libremente la materia prima sobre el colector de aire.
- Asegúrese de que el colector de aire del BACB sople la cortina de aire en la misma dirección que el viento. Revise cualquier aplicación meteorológica del teléfono diariamente para conocer la dirección del viento predominante local o anote la dirección del viento en el lugar antes de la ubicación final del BACB.
- No coloque el BACB donde haya rocas grandes, vegetación o escombros. Una vez que el equipo esté nivelado y los lados de la cámara de combustión estén bajados, coloque tierra alrededor de los lados para evitar que el aire entre y el humo salga de la cámara de combustión.
- Coloque la bandeja de enfriamiento (Figura 3) en un suelo nivelado en la parte posterior del BACB. Asegúrese de que no toque la cinta transportadora. Llene la bandeja de enfriamiento con aproximadamente 40 galones (150 L) de agua. Mantenga aproximadamente 300 galones (1135 L) de agua en el lugar para volver a llenar la bandeja de enfriamiento, según sea necesario.
- Seleccione cualquier materia prima leñosa y use material seco para iniciar el fuego en la cámara de combustión. Utilice la miniexcavadora para mantener un suministro adecuado de materia prima cerca para cargar la cámara de combustión. Corte toda la materia prima a una longitud que sea más corta que la longitud máxima de la cámara de combustión.
NOTA: Los troncos de diámetro grande (aproximadamente 10 pulgadas (25 cm) deben cortarse en longitudes más pequeñas (~ 18-36 pulgadas; 45-91 cm), y el material muy grande (> 20 pulgadas (50 cm) debe cortarse en secciones de ~ 12-18 pulgadas; 30-45 cm) antes de colocarlos en la cámara de combustión.
Figura 2: Ejemplo de una excavadora moviendo residuos de madera. Se pueden utilizar miniexcavadoras para cargar el quemador de cortina de aire que produce biocarbón. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Ejemplo de la colocación de la cuenca de enfriamiento. El recipiente de enfriamiento se mantiene lleno de agua y se coloca aproximadamente a 2 pulgadas (5 cm) frente a la cinta transportadora. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Reducción de riesgos
- Antes de encender la materia prima, consulte con la agencia local de permisos de calidad del aire y el departamento de bomberos local para confirmar que el peligro de incendio no es demasiado alto para la ignición y que se implementa un monitoreo de la calidad del aire, si es necesario.
- Además, antes de la ignición, retire cualquier residuo orgánico de un área de 6 pies (2 m) alrededor del BACB para evitar igniciones involuntarias. Asegúrese de que haya una manguera cargada conectada a un suministro de agua adecuado y que la bandeja de enfriamiento BACB esté llena de agua. Si es posible, tenga a mano varias cubetas de agua de 5 galones (20 L) para apagar las igniciones involuntarias. Cuando se quema durante un peligro de incendio elevado, evalúe la necesidad de instalar rociadores, una bomba de agua o un depósito de agua portátil para extinguir igniciones involuntarias más grandes.
- Asegúrese de que los trabajadores puedan moverse libremente por los lados y la parte posterior de la máquina para acceder a la bandeja de enfriamiento, el panel de control (Figura 4) y el punto de control manual del transportador, que se encuentra en la esquina trasera derecha del BACB.
- Asegúrese de que los trabajadores no caminen frente a la cortina de aire frente al colector y use ropa duradera no sintética, chaleco de alta visibilidad, casco, guantes de cuero y protección para los ojos y los oídos.
Figura 4: Panel de control en el quemador de cortina de aire productor de biocarbón. El panel de control se utiliza para encender la cortina de aire, el transportador y la energía del sistema y para subir y bajar la cámara de combustión. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. Comprobaciones previas a la operación
- Revise todos los niveles de combustible y fluidos y los filtros, y lubrique los puntos de engrase antes de encender la materia prima. Una vez que el BACB está operativo y a temperatura, puede ser imposible inspeccionar, mover o mantener los niveles de fluidos, filtros y puntos de grasa.
- Consulte el informe meteorológico para conocer la ubicación de operación y asegúrese de que el viento no exceda las ~ 20 millas por h (30 km por h) durante la combustión.
- Antes del encendido, converse con el operador de la miniexcavadora para acordar señales manuales (o use una radio bidireccional) para cargar y orientar la madera para garantizar una combustión limpia. Aconseje al operador de la miniexcavadora que cargue sobre el colector de aire y que no cargue la cámara de combustión con la materia prima opuesta al colector de aire.
5. Carga inicial y creación de un incendio base
- Inicialmente, cargue la cámara de combustión con materia prima seca (si está disponible) utilizando la miniexcavadora. Cargue la leña hasta que la cámara de combustiónesté aproximadamente 2 /3 llena, alternando la dirección de los materiales (es decir, una carga debe ser perpendicular y la siguiente capa paralela a los lados) para crear espacio de aire que ayudará a que la pila se queme. No empaque el material en un paquete apretado para asegurarse de que el material se encienda fácilmente, y no use la excavadora para compactar material en la cámara de combustión.
- Asegúrese de que la materia prima esté colocada en toda la cámara de combustión para crear un lecho uniforme de carbones. Preste atención a los espacios de materia prima en los extremos de la cámara de combustión para garantizar un llenado y una combustión uniformes.
- Use una ayuda de encendido, como diesel, en la madera y luego enciéndala con un soplete de propano u otro dispositivo de encendido similar en varios puntos a lo largo de la cámara de combustión.
6. Adición de leña a la cámara de combustión
- Deje que el fuego base arda hasta que la cámara de combustión esté aproximadamente medio llena de residuos ardientes y carbones.
- Encienda el motor y ajuste la velocidad del ventilador para condiciones de incendio. Aumente lentamente la velocidad del motor para que el aire del colector no apague el fuego. Aumente la velocidad del motor presionando el botón RABBIT en el panel de control (Figura 4).
- Una vez que se logre una buena base de carbón, indique al conductor de la miniexcavadora que agregue materia prima adicional a un ritmo que no sofoque el fuego. Se espera humo durante un corto período de tiempo a medida que se agrega materia prima adicional y se interrumpe la cortina de aire. Monitoree continuamente el BACB y el área circundante en busca de chispas o brasas que puedan causar igniciones involuntarias.
7. Producción de biocarbón
- Cuando se establece el incendio base, se ha agregado materia prima adicional y se ha aumentado la velocidad del ventilador a 2800 rpm, cambie el interruptor de alimentación del sistema a Biochar (Figura 4). Compruebe que la alimentación del sistema esté a 1800 psi.
- Encienda el transportador y el agitador. Estas dos funciones se alternarán automáticamente cada 3 minutos. Mantenga la producción continua alternando el interruptor de alimentación del sistema de Biochar a Firebox (Figura 4). Esto anula el mecanismo de temporizador intermitente para el agitador y la cinta transportadora cuando aparecen grandes cantidades de carbón en cada ciclo.
- Recoja el biocarbón en la bandeja de enfriamiento y elimine el biocarbón de la sartén cada 5-10 minutos usando el rastrillo ancho para mover el biocarbón al final de la bandeja de enfriamiento y luego usando la pala de tamizado para eliminar el biocarbón de la sartén y colocarlo en una pila.
- Si el rastrillo queda atrapado en la cinta transportadora, la luz estroboscópica de advertencia debería parpadear. Mueva el interruptor del transportador a OFF en el panel de control principal, luego retire el rastrillo y reinicie la cinta.
- Responda a otras luces estroboscópicas de advertencia revisando los manómetros en el control principal para determinar si el panel agitador o el transportador se han detenido. Si es necesario, apague el agitador para permitir que la madera de unión se queme o avanzando manualmente la cinta transportadora en sentido contrario a las agujas del reloj en el punto de control manual en la esquina trasera derecha del BACB.
- Vuelva a llenar las bandejas de enfriamiento con agua, según sea necesario, para permitir que las brasas se apaguen por completo. No rocíe agua sobre la cinta transportadora o las baldosas cerámicas en la cámara de combustión.
- Continúe agregando materia prima a la cámara de combustión y creando biocarbón mientras las condiciones lo permitan. Asegúrese de agregar madera de mayor diámetro más temprano en el día para que pueda convertirse completamente en carbón.
8. Cese de operaciones
- Deje de cargar la cámara de combustión aproximadamente 1 a 2 h antes del final del turno.
- Apague el agitador cuando el material restante ya no entre en contacto con el panel del agitador y no deje brasas en la cámara de combustión o en la cinta transportadora al final del día.
- Deje el interruptor del transportador encendido hasta que todos los carbones hayan salido de la cámara de combustión. En este punto, es apropiado cambiar al modo Biochar para el ciclo intermitente.
- Durante el día, las cenizas se acumulan debajo de la cinta transportadora (Figura 5). Mueva el BACB cada día a una nueva ubicación nivelada para evitar que las cenizas impidan el movimiento de la cinta transportadora.
- Una vez que se haya apagado el fuego y se hayan apagado todas las brasas, cese las operaciones por el día.
NOTA: En caso de emergencia, el fuego en la cámara de combustión se puede extinguir cargando tierra sobre las brasas encendidas. - Deje los lados de la cámara de combustión abajo durante la noche para aislar los neumáticos de las cenizas calientes debajo de la cinta transportadora.
Figura 5: Ejemplo de cenizas y biocarbón debajo de la cinta transportadora. Durante una combustión, algunas cenizas y biocarbón caerán a través de la cinta transportadora de metal. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
9. Reposicionamiento del BACB
- Enganche el BACB al vehículo remolcador, levante los lados de la cámara de combustión, inserte los pasadores de viaje, levante el soporte del gato e inmediatamente remolque la unidad hacia adelante.
- Enfríe la ceniza restante (Figura 6) mezclándola con agua y distribuyéndola por el suelo. Asegúrese de que todos los carbones y cenizas estén fríos al tacto antes de trasladarse a una nueva ubicación.
Figura 6: Ejemplo de acumulación de cenizas. Al final del día, la acumulación de cenizas debajo de la cinta transportadora puede llegar a la cinta transportadora. La excavación de zanjas antes de colocar el quemador de cortina de aire productor de biocarbón es un método para extender el tiempo de combustión en un solo lugar. Si la excavación de zanjas no es una opción, entonces el equipo debe ser empujado hacia adelante y las cenizas limpias todos los días. Esta cifra ha sido modificada de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Resultados
Desde enero de 2022 hasta octubre de 2023, el BACB pirolizó varias materias primas para convertirlas en biocarbón (Tabla 1). Según las pruebas de campo, el BACB puede quemar aproximadamente 1 tonelada (900 kg) de materia prima por hora, y aproximadamente el 11%-25% de la masa seca de la materia prima se retendrá como biocarbón, y el resto se destinará a gas (vapor de agua, CO2, etc.) y cenizas. El contenido de carbono oscila entre el 70% y el 90%. Las piezas de madera más grandes (>30 cm) tardan más tiempo en pirolizarse que la madera con un diámetro que oscila entre 2 y 30 cm. La cantidad y la calidad del biocarbón dependen de las características de la materia prima (por ejemplo, tamaño, especie, contenido de humedad) y de la tasa de carga. El tamaño del biocarbón producido es de 1 pulgada (2,5 cm) y más pequeño, aunque es posible que haya piezas más grandes, especialmente al comienzo de una tirada. Además, parte del material no quemado puede pasar a través de la abertura hacia el transportador en el arranque, y estos pueden volver a colocarse en la cámara de combustión, dejar a un lado o apilarse con el biocarbón. En ensayos de campo en una amplia variedad de condiciones de operación, se ha demostrado que el BACB es un método efectivo en el bosque para crear biocarbón a partir de la biomasa leñosa producida a partir de tratamientos de combustible y otras operaciones de cosecha y puede reducir los combustibles peligrosos.
| Lugar de producción | Materia | Peso aproximado en verde en 1 h | Carbono de biocarbón | ||||
| kg | % | ||||||
| Flagstaff, Arizona | Pinus ponderosa | 1360 | 64 | ||||
| Springfield, Oregón | Pseudotsuga menziesii y Thuja plicata | 910 | 94 | ||||
| Princeton, Idaho | Abies grandis, Pinus contorta y Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 | ||||
| Palm City, Florida | Quercus y Pinus | 950 | 82 | ||||
| Puerta de peaje, Oregón | Pinus ponderosa, Abies grandis | 800 | 87 | ||||
Tabla 1: Ejemplos de resultados. Lugar de producción, materias primas representativas utilizadas, cantidad pirolizada en 1 h y concentración de carbono de biocarbón de un quemador de cortina de aire productor continuo de biocarbón. Se utilizó un analizador elemental para determinar el contenido de carbono de las muestras secadas en horno (60 °C hasta un peso constante).
La mejor configuración del trabajador es un conductor de miniexcavadora y dos personas que busquen los puntos de ignición, indiquen dónde y cuándo cargar la materia prima y eliminen el biocarbón de la bandeja de enfriamiento. Si los troncos son demasiado largos o de gran diámetro, es posible que se necesite una cuarta persona para operar una motosierra.
El BACB es móvil, lo que le da la flexibilidad para trabajar en una variedad de sitios. Esto, junto con los beneficios concomitantes de que no hay impactos en el suelo y hay menos humo que la quema de pilas, permite servicios ecosistémicos adicionales (por ejemplo, secuestro de carbono, retención de agua, cobertura del suelo y reducción de combustibles). La producción móvil de biocarbón en los bosques es un método óptimo para restaurar los suelos degradados locales asociados con los desembarcos de troncos, los senderos de arrastre, los caminos forestales, la erosión y la minería.
Discusión
El primer paso crítico en este método es asegurarse de que el equipo esté colocado casi nivelado en ambos ejes para que los paneles laterales de la cámara de combustión bloqueen la salida del humo y la entrada de aire a la cámara de combustión. Otros pasos críticos son mantener conversaciones frecuentes con el operador de la excavadora para colocar la materia prima en la cámara de combustión donde sea necesario e informar a todos los trabajadores sobre los aspectos de seguridad de la operación del quemador de aire y la excavadora. Hay algunas modificaciones que se pueden hacer con este equipo, pero es una opción hacer funcionar la cinta transportadora y los paneles agitadores de forma continua una vez que la producción de biocarbón es alta. La limitación clave es la dificultad para determinar las tasas de producción, ya que esto depende de la tasa de carga y el tipo, tamaño o contenido de humedad de la materia prima.
Los trabajadores que operan el BACB deben tener acceso a herramientas de extinción de incendios como rastrillos, motosierras y palas. También deben usar ropa de algodón o resistente al fuego, protección para los ojos y los oídos y guantes de cuero. Los cascos, las botas resistentes, las camisas de manga larga y los pantalones largos protegerán a los trabajadores de las brasas, el calor y los desprendidos accidentales de madera de la excavadora. Los BACB móviles a menudo se encuentran en ubicaciones remotas y, por lo tanto, la planificación de emergencias es fundamental. Las tripulaciones deben tener un método para la comunicación de emergencia, especialmente si la ubicación está fuera del alcance del servicio de telefonía celular. A menudo, se utiliza una radio, un teléfono satelital o una baliza de emergencia.
El BACB es una herramienta para reducir el exceso de biomasa leñosa en las pilas de roza. No eliminará la combustión a cielo abierto o al voleo, pero es útil en áreas sensibles. Por ejemplo, puede reducir las cargas de combustible en los bordes de las carreteras o en los aterrizajes de troncos, ya que se requiere una superficie nivelada para el funcionamiento. Además, es una buena herramienta para eliminar residuos leñosos en campamentos, otros sitios recreativos y en la interfaz urbano-forestal o entornos urbanos donde el humo de la quema al aire libre puede ser problemático13. El biocarbón se puede utilizar para proyectos locales de remediación de suelos, y el BACB puede crearlo localmente. Además, la limpieza a gran escala posterior a una perturbación (por ejemplo, huracanes, tornados) es otro lugar en el que las tecnologías BACB pueden reducir la biomasa y proporcionar una enmienda del suelo. Debido a que los BACB son de combustión limpia con poco humo y pocas brasas, su uso cuando las condiciones limitan la quema al aire libre (por ejemplo, prohibiciones de quema) ofrece otra opción para eliminar los residuos leñosos.
Los quemadores de cortina de aire se desarrollaron de acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) para proporcionar una combustión limpia con menos del 10% de opacidad, utilizando la prueba del Método 9 de la EPA, en comparación con la combustión abierta, que generalmente tiene una opacidad del 80% al 100%14. Se encontró que el uso de la producción de biocarbón basado en el lugar fue de 2 a 40 veces menor en la eq neta deCO2en comparación con la combustión a cielo abierto15.
Los incendios forestales catastróficos han aumentado en toda América del Norte en la última década debido al aumento de las tensiones ambientales que exacerban la sequía, la mortalidad por insectos y enfermedades en las masas forestales. La disminución del riesgo de incendios forestales implica una gestión forestal activa que da como resultado material no comercializable que necesita ser eliminado. En lugar de la quema a cielo abierto, se puede utilizar un BACB móvil en sitios forestales, campamentos, parques urbanos o en ciudades para reducir la cantidad de combustibles leñosos. Los quemadores de cortina de aire se han utilizado durante décadas como un método para reducir las emisiones de la quema de residuos leñosos16, y este es el principal beneficio del uso de esta tecnología. La capacidad añadida de producir continuamente un producto de biocarbón coherente para utilizarlo en los trabajos de restauración del suelo responde a una necesidad urgente de aumentar las prácticas forestales climáticamente inteligentes17. En lugar de quemar pilas abiertas, los quemadores de cortina de aire limitan los efectos enel suelo, reducen los contaminantes atmosféricos y las emisiones de gases de efecto invernadero, y la tecnología puede involucrar a una nueva fuerza laboral mediante el desarrollo de equipos de conservación que trabajen cerca de los bordes de las carreteras, aterrizajes de troncos, comunidades rurales o campamentos donde se están llevando a cabo tratamientos de reducción de combustibles peligrosos.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos al numeroso personal de la Universidad, el Bosque Nacional y el personal de la Oficina de Administración de Tierras que ayudaron a realizar demostraciones y recopilar datos. El trabajo de campo para este método fue apoyado por la Estación de Investigación de las Montañas Rocosas del Servicio Forestal de U.S.D.A., Washington D.C., y las oficinas de la Región del Noroeste del Pacífico. Los hallazgos y conclusiones en esta publicación son los de los autores y no deben interpretarse como representativos de ninguna determinación o política oficial del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos o del Gobierno de los Estados Unidos.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Quemador de cortina de aire CharBoss | Air Burners, Inc. | T26 | Viene con rastrillo de jardinería de 36", pala de tamizado, trinquete estándar de 1/2" con casquillo de 1 1/8", pistola de engrase y bandeja de enfriamiento |
| Combustible diesel (azufre ultra bajo) | Comprado localmente | ||
| Tanques de combustible diesel | Uline | H-1849Y | o similar |
| Aceite de motor (grado diesel) | Cualquier aceite de grado diesel 15W40 o 10W40. | ||
| Excavadora | Empresa local de alquiler. Los tamaños más pequeños requieren menos combustible. | ||
| Lubricante antiadherente de alta temperatura (cartucho de 16 oz) | Accesorios hidráulicos lubricantes | McMaster-Carr | 1288K97 |
| Aceite hidráulico | Amsoil | HVH05-EA (ISO32) /HVG05-EA (ISO22) | Cualquier aceite hidráulico sintético ISO32, opción ISO22 para climas fríos. Amsoil ISO32 se instala de fábrica. |
| Cubos grandes | Uline | 5495 | o similar |
| Antorcha de iluminación (propano) | Grainger | 9RCF3 | o similar |
| Camioneta de 1 tonelada (o más grande) | Alquile localmente | para transportar CharBoss al sitio | |
| Paso de visualización | Gorilla | GLP = WP | Paso estable para permitir la visualización en la cámara de combustión u otro escalón estilo banco |
| Camión | de agua Cualquier camión de agua disponible con una capacidad mínima de 300 galones; se puede utilizar la alimentación por gravedad de agua a la bandeja de enfriamiento. | ||
| Calzos de | Bloques de madera de 4"x 4" o calzos disponibles comercialmente mientras se engancha/desengancha la unidad | ||
| Equipo de protección personal | |||
| los oídos | Uline | S-22141 | o similar |
| Protección ocular | Amazon | o similar | |
| Camisa de fuego | Grainger | 12R487 | o similar |
| Pantalones de bombero | Grainger | 39EM96 | o similar |
| Casco | Descuento Equipo de seguridad | SFTSCHH1000038126 | o similar |
| Guantes de cuero | Uline | S-6777M | o similar |
| Botas | cualquier suela gruesa, bota de cuero. | ||
| Equipo de emergencia | |||
| Garmin InReach | Hacha Pulaski | 100195666 | o similar |
| Proveedores | forestales | 85274 | o similar |
| Rastrillo contra incendios | Proveedores forestales | 85210 | o similar |
Referencias
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Reimpresiones y permisos
