אנו מתארים את השימוש ביחידת פירוליזה ניידת מבוססת מקום המצוידת בווילון אוויר כדי ליצור ביו-פחם באופן רציף. הטכנולוגיה מפחיתה את הצורך בשריפת כלונסאות פתוחים, מה שמביא לפליטות נמוכות יותר ופחות פגיעות בקרקע. הפרוטוקול כולל הנחיות לבחירה, טעינה ומרווה של אתרים.
מאמר שיטה
ייצור רציף בתוך העץ של ביו-פחם באמצעות מבער וילון אוויר המותקן על נגרר
במאמר זה
סיכום
תקציר
טיפולי דלק ושיטות אחרות לדילול יערות נועדו להפחית את הסיכון לשריפות תוך בניית עמידות היער לבצורת, חרקים ומחלות והגדלת תפיסת הפחמן (C) מעל פני הקרקע. עם זאת, טיפולי דלק מייצרים כמויות גדולות של שאריות ביומסה עצית בלתי סחירות שנשרפות לעתים קרובות בערימות פתוחות, משחררות כמויות משמעותיות של גזי חממה וחלקיקים, ועלולות לגרום נזק לקרקע שמתחת לערימה. מבערי מסך אוויר מציעים פתרון להפחתת בעיות אלה, עוזרים להפחית עשן וחלקיקים מפעולות שריפה, לשרוף באופן מלא יותר שאריות ביומסה בהשוואה לשריפת ערימות, ולחסל את מגע האש הישיר והאינטנסיבי שיכול לפגוע באדמה מתחת לערימת הלוכסן. במבער וילון אוויר, השריפה מתרחשת בסביבה מבוקרת. העשן נבלם ומוחזר על ידי מסך האוויר, ולכן השריפה יכולה להתבצע במגוון תנאי אקלים (למשל, רוח, גשם, שלג), מה שמאריך את עונת השריפה לסילוק חומר נטוי. יחידת הפירוליזה הניידת שיוצרת ביו-פחם באופן רציף תוכננה במיוחד כדי להיפטר משאריות ביומסה עצית בנחיתות עצים, עץ ירוק במזבלות, או חומרים שנכרתו וליצור ביו-פחם בתהליך. ניתן להשתמש בתפוקת ביו-פחם עתירת פחמן זו כדי לשפר את עמידות הקרקע על ידי שיפור תכונותיה הכימיות, הפיסיקליות והביולוגיות, ויש לה יישומים פוטנציאליים בתיקון קרקעות מזוהמות, כולל אלה באתרי מכרות נטושים. במאמר זה נתאר את השימוש הכללי בציוד זה, ישיבה מתאימה, שיטות טעינה, דרישות מרווה ולקחים שנלמדו על הפעלת טכנולוגיה חדשה זו.
מבוא
ברחבי ארה"ב, דוכני יער רבים גדלו בנפח העצים העומדים בהיעדר שריפות תכופות בעצימות נמוכה, שנקבעו היסטורית על ידי הילידים ודוכאו בתקופה המודרנית 1,2. כתוצאה מהחרגת שריפות זו, המלאי העודף שנוצר כתוצאה מכך מציב אתגרים בפני מנהלי קרקעות השואפים לשפר את עמידות היער מפני שריפות, מזיקים, מחלות והשפעות בצורת3. שיטות ניהול סטנדרטיות להפחתת נפח העצים כוללות שריפות במרשם, דילול טרום מסחרי וכריתת דוכנים בוגרים. פעולות אלה מייצרות כמויות משמעותיות של ביומסה עצית בעלת ערך נמוך וחסר ערך, הנקראות לעתים קרובות שאריות. לדוגמה, ב-15 מדינות מערב ארה"ב, מעריכים כי פעולות הקציר מייצרות כמעט 8 מיליון טונות יבשות של שאריות מדי שנה4. יתר על כן, שירות היערות של USDA יישם תוכנית משבר שריפות, אשר יטפל 50 מיליון דונם נוספים (20 מיליון דונם) על פני תקופה של 10 שנים. זה יגרום לצורך להיפטר מחומר בלתי סחיר נוסף וככל הנראה ידרוש שימוש במגוון אפשרויות מבוססות מקום. למרות שצמרות, גפיים ועצים בלתי סחירים יכולים לשמש לביו-אנרגיה או דלקים ביולוגיים, הזדמנויות שוק מוגבלות מובילות לעתים קרובות לערימה ולשריפה של שאריות אלה. בניית כלונסאות נועדה להפחית את הסיכון לשריפות ולחרקים, ליצור שטחי גידול לצמחים תת-קרקעיים ולתת מענה ליעדי ניהול קרקע אחרים.
שריפת כלונסאות פתוחה היא שיטה זולה ומהירה יחסית להקטנת נפח העץ, אך היא מייצרת גם עשן ומזהמי אוויר, כולל גזי חממה5. יתר על כן, הוא עלול גם לגרום להשפעות בלתי רצויות על תכונות פיזיות, כימיות וביולוגיות של הקרקע, מה שמוביל לצלקות כוויות שיכולות להימשך עשרות שנים6. כדי למתן את תופעות הלוואי המזיקות של שריפה פתוחה, יש צורך בגישות חלופיות המפחיתות את ההשפעות השליליות על שינויי אקלים, סיכון שריפות ובריאות הקרקע7.
כאן, אנו מתמקדים בשימוש בשיטה חדשנית לייצור ביו-פחם מתמשך שפותחה באמצעות הסכם מחקר ופיתוח משותף (CRADA) בין משרד החקלאות של ארה"ב, שירות היערות, תחנת המחקר של הרי הרוקי ו-Air Burners, Inc. (פאלם סיטי, פלורידה). הטכנולוגיה המתקבלת, המכונה מעתה מבער מסך האוויר המייצר ביו-פחם (BACB; איור 1), מייצר באופן רציף ביו-פחם משאריות עצים תוך הגבלת פליטת עשן וחלקיקים. בהשוואה לשריפה פתוחה, הפונקציונליות של ה- BACB מפחיתה את הסיכון לאש ואת התפשטות העשן8, ויוצרת דרכים להרחבה בטוחה של חלונות כוויות תפעוליים. בניגוד לשיטות מסורתיות המשאירות ערימות שאריות על הנוף בהן הן תורמות להצטברות דלק9 או שיטות בעירה חלופיות המייצרות בעיקר עשן ואפר, ה-BACB מפחית ביעילות את עומסי הדלק תוך הגנה על הקרקע ויצירת ביו-פחם, פחם עקבי ועתיר פחמן, שניתן להשתמש בו לשיקום הקרקע באתר העיבוד או בסמוך לו. יתר על כן, BACB הוא נייד והוא יכול בקלות להיות באתר, למשל, בנחיתה עץ, לאורך בצד הדרך, או באתר קמפינג. הוא יכול גם לשרוף עץ רטוב או יבש, סוגי חומרי הזנה מעורבים וגדלים, וניתן להשתמש בו במזג אוויר סוער ובזמנים שבהם תנאי מזג האוויר מסוכנים מדי לשריפת ערימות פתוחות.
ביו-פחם המיוצר ב-BACB מכיל בדרך כלל 70%-90% פחמן, נקבובי מאוד ועקבי בפיזור גודל החלקיקים, מה שהופך אותו למתאים לשיקום קרקעות מפורקות, הנמצאות לעתים קרובות במכרות נטושים, נחיתות בולי עץ, שבילי החלקה, אזורי גדות או אתרים חקלאיים. ביו-פחם יכול לשמש גם כתערובת עם קומפוסט או במתקני הזנה לבעלי חיים כדי לספוח חומרים מזינים ולהפחית ריח. באופן כללי, שימושי הקרקע הטובים ביותר עבור ביו-פחם של שאריות עצים הם להפחית סחף ושטיפת חנקות תוך שיפור יציבות אגרגטים של הקרקע ומים זמינים בקרקעות בעלות מרקם גס וחומר אורגני נמוך10,11.
איור 1: מבער וילון אוויר נייד המייצר ביו-פחם. אתר הבדיקה מציג את התצורה הכללית של הלוכסן ואת מבער וילון האוויר המייצר ביו-פחם. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
סקירה כללית של תכנון ותפעול
למרות שקיימים מספר סוגים של מבערי וילונות אוויר, ה-BACB יוצר ביו-פחם באופן רציף. אורכה של היחידה כ-7 מ' ורוחבה כ-2.5 מ' וגובהה כ-2 מ'. יש לו סעפת אוויר לאורך החלק העליון של תיבת האש המספקת מסך אוויר יציב להכיל עשן, חלקיקים וגחלים בתוכו ומקדם חמצון מלא של פליטות. לפעולה אופטימלית, תיבת האש נטענת לרמה ממש מתחת לסעפת, ומבטיחה זרימת אוויר רציפה על פני תיבת האש. ניתן לגרור את ה- BACB מאחורי כל רכב עם חבילת תקלות סטנדרטית ויכולת גרירה נאותה. אתר מישורי וחלק מוכן קרוב לביומסה שנערמה (נקרא גם חומרי הזנה), אך עם מספיק מקום מסביב לאתר כדי לאפשר לציוד ולצוות לנוע בחופשיות ובבטחה. לאחר מיקומה, היחידה מאובטחת על ידי הורדת דפנות תיבת האש על הקרקע באמצעות המערכת ההידראולית המשולבת. מנוע מפוח לוחץ על סעפת וילון האוויר, אשר פועל לאורך תיבת האש בצד אחד. ביומסה נדלקת ונשרפת בתחילה כדי ליצור מצע של גחלים בתיבת האש. לאחר מכן, ניתן להוסיף ביומסה נוספת מעת לעת תוך שמירה על חומר נכנס מתחת לווילון האוויר. כאשר החומר נשרף, פחם מיוצר ונופל דרך פתח בתחתית תיבת האש, שם הם מפונים מהמכונה על ידי המסוע. פאנל אחד בתוך תיבת האש מתנדנד כדי להקל על תהליך זה. אפר או חומרים עדינים נופלים דרך המסוע על הקרקע שמתחת. גחלים חמות יוצאות מהמכונה דרך חריץ בתחתית תיבת האש ומושקעות במחבת מלאה במים, אשר עוצרת את הבעירה ומקררת את הביו-פחם לטמפרטורה שבה ניתן לטפל בו בבטחה. כאשר היא מוכנה להפסיק לפעול, קופסת האש מפונה על ידי מתן אפשרות לכל החומר שנותר להישרף. בדרך כלל, היחידה מתקררת במהלך הלילה וניתן להעביר אותה בבטחה למחרת, לפי הצורך. אין לנסות להזיז את ה-BACB בזמן שהוא שורף עץ או מתקרר, אלא אם כן יש מצב חירום. במקרה חירום, חול או אדמה ניתן להשתמש כדי לכבות את האש ולחנוק את הגחלים. אין להתיז מים ישירות על אריחי הקרמיקה בארגז האש.
פרוטוקול
הערה: פרטים נוספים על הפעלת ה- BACB ניתן למצוא במדריך למפעיל המגיע עם הציוד.
1. הובלה לאתר
- באמצעות תקלה מסחרית דרגה 5 (גודל כדור 2-5/16 אינץ 'או 58.75 ס"מ), העלה את ה- BACB לטנדר במשקל 1 טון או יותר, תוך התאמת גובה התקלה כדי להבטיח שמסילות המסגרת מפולסות להובלה. לפני הגרירה, בדוק את בקר הבלם, מערכת הניתוק, הבלמים, הגלגלים ותאורת הנגרר.
- ודא שסיכות בטיחות הנסיעה של BACB מאובטחות כראוי ושתיבת האש מונמכת אל פיני הנסיעה.
- ברגע שתגיע למקום הרצוי, מקם את היחידה כשהיא עדיין מחוברת לרכב הגרר; הוא כבד מכדי לזוז ביד. חנקו את הגלגלים והנמיכו את מעמד הג'ק. נתקו אותו מרכב הגרירה. השלדה (מסגרת ירוקה) צריכה להיות ישרה מלפנים ומאחור; הרם או הנמיך את מעמד הג'ק כדי להשיג זאת.
- אם ה-BACB ימוקם במקום יותר מיום אחד, חפרו תעלה רדודה כדי לצבור אפר. שמור על התעלה רחבה כמו המסוע. ללא תעלה זו, יהיה צורך להזיז את ה-BACB ולמקם אותו מחדש באותו מקום כדי להמשיך לבעור ביום שלאחר מכן.
- הרימו מעט את תיבת האש כדי להסיר את סיכות הנסיעה מהחזית והאחורית של תיבת האש, פנו כוח אדם ואז הורידו את הצדדים לקרקע. מגע עם הקרקע יעלה את השלדה, אבל הצמיגים צריכים להישאר יציבים על הקרקע. אם כל אורך דפנות תיבת האש אינו בא במגע עם הקרקע, שקול להעביר את היחידה למקום מישורי יותר או להשתמש באתי חפירה או במחפר כדי ליישר את האתר.
- בדוק שהמנוע ההידראולי המפעיל את לוח השייקר בין תיבת האש למנוע הסגור אינו בא במגע עם המסגרת הירוקה.
- הפעל את המנוע ותן לו מספיק זמן להתחמם לפני אתחול ההידראוליקה.
2. הכנה באתר
- הניחו את ה-BACB על משטח שטוח יחסית (שיפוע <3%) קרוב למדי לערימת העץ, וודאו שתיבת האש מפולסת על ידי שימוש בגובה 4 רגל (1.2 מטר) או בגובה מיתרים. ודאו שהאזור נקי מסכנות תקורה ושיש בו מספיק מקום למחפר הקטן (איור 2) להעמיס בחופשיות את חומרי ההזנה על סעפת האוויר.
- ודא כי סעפת האוויר על BACB נושבת את וילון האוויר באותו כיוון כמו הרוח. בדוק כל יישום מזג אוויר בטלפון מדי יום עבור כיוון הרוח המקומי השורר או ציין את כיוון הרוח באתר לפני הישיבה הסופית של BACB.
- אין למקם את ה-BACB במקום שבו יש סלעים גדולים, צמחייה או פסולת. לאחר שהציוד מפולס ודפנות תיבת האש מונמכות, הניחו אדמה סביב הצדדים כדי למנוע כניסת אוויר פנימה ועשן מלצאת מארגז האש.
- הניחו את תבנית המרווה (איור 3) על קרקע ישרה בחלק האחורי של ה-BACB. ודא שהוא אינו נוגע במסוע. ממלאים את תבנית המרווה בכ-40 ליטרים (150 ליטר) מים. יש לשמור כ-300 גלונים (1135 ליטר) של מים באתר כדי למלא מחדש את מחבת המרווה, לפי הצורך.
- בחרו כל חומר גלם לעצים והשתמשו בחומר יבש כדי להדליק את האש בקופסת האש. השתמש במחפר הקטן כדי לשמור על אספקה נאותה של חומרי הזנה בקרבת מקום כדי לטעון את תיבת האש. חתוך את כל חומרי ההזנה לאורך קצר יותר מהאורך המרבי של תיבת האש.
הערה: יש לנסר בולי עץ בקוטר גדול (כ -10 אינץ '(25 ס"מ) לאורכים קטנים יותר (~ 18-36 אינץ '; 45-91 ס"מ), ויש לחתוך חומר גדול מאוד (> 20 אינץ '(50 ס"מ) לחלקים ~ 12-18 אינץ '; 30-45 ס"מ) לפני הצבתם בתיבת האש.
איור 2: דוגמה של מחפר שמזיז שאריות עץ. ניתן להשתמש במיני מחפרים כדי לטעון את מבער וילון האוויר המייצר ביו-פחם. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: דוגמה למיקום אגן המרווים. אגן המרווה נשמר מלא מים וממוקם כ -2 אינץ '(5 ס"מ) לפני המסוע. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
3. הפחתת סיכונים
- לפני הצתת חומר ההזנה, בדוק עם הרשות המקומית המתירה איכות אוויר ועם מכבי האש המקומיים כדי לוודא שסכנת האש אינה גבוהה מדי להצתה וכי ניטור איכות האוויר, במידת הצורך, קיים.
- בנוסף, לפני ההצתה, הסר פסולת אורגנית מאזור של 6 רגל (2 מטר) סביב ה- BACB כדי למנוע הצתות לא מכוונות. ודא שיש צינור טעון המחובר לאספקת מים נאותה וכי מחבת המרווה BACB מלאה במים. במידת האפשר, החזיקו מספר דליי מים בנפח 5 גלון (20 ליטר) מוכנים לסילוק הצתות לא מכוונות. בעת שריפה בעת סכנת אש מוגברת, יש להעריך את הצורך בהתקנת ספרינקלרים, משאבת מים או מאגר מים נייד לכיבוי הצתות גדולות יותר שאינן מכוונות.
- ודא שהעובדים יכולים לנוע בחופשיות סביב הצדדים והאחוריים של המכונה כדי לגשת למחבת המרווים, ללוח הבקרה (איור 4) ולנקודת הבקרה הידנית של המסוע, הממוקמת בפינה האחורית הימנית של ה- BACB.
- ודא שהעובדים אינם הולכים מול וילון האוויר מול הסעפת ולובשים בגדים עמידים שאינם סינתטיים, אפוד ראות גבוה, כובע קשיח, כפפות עור והגנה על העיניים והשמיעה.
איור 4: לוח הבקרה במבער וילון האוויר המייצר ביו-פחם. לוח הבקרה משמש להפעלת וילון האוויר, המסוע וכוח המערכת ולהגבהה והנמכה של תיבת האש. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
4. בדיקות לפני הניתוח
- בדוק את כל רמות הדלק והנוזלים והמסננים ושימנה את נקודות השומן לפני הצתת חומרי ההזנה. ברגע שה-BACB פועל ובטמפרטורה, ייתכן שלא ניתן יהיה לבדוק, להזיז או לשמור על רמות נוזלים, מסננים ונקודות שומן.
- בדוק את דוח מזג האוויר עבור מיקום ההפעלה וודא שהרוח לא תעלה על ~ 20 מייל לשעה (30 קמ"ש) במהלך הכוויה.
- לפני ההצתה, נהל שיחה עם מפעיל המחפר הקטן כדי להסכים על אותות יד (או השתמש במכשיר קשר דו-כיווני) לטעינה והתמצאות של עץ כדי להבטיח כוויה נקייה. יעץ למפעיל מיני מחפר לטעון מעל סעפת האוויר ולא לטעון את תיבת האש עם חומרי ההזנה מול סעפת האוויר.
5. העמסה ראשונית ויצירת אש בסיס
- בתחילה לטעון את תיבת האש עם חומר הזנה יבש (אם זמין) באמצעות מיני מחפר. העמיסו את העץ עד שקופסת האש מלאה בכ-2/3והחליפו לסירוגין את כיוון החומרים (כלומר, עומס אחד צריך להיות מאונך והשכבה הבאה מקבילה לצדדים) כדי ליצור חלל אוויר שיעזור לערימה להישרף. אין לארוז חומר לתוך צרור הדוק כדי להבטיח שהחומר יתלקח בקלות, ואל תשתמש במחפר כדי לדחוס חומר בארגז האש.
- ודא שחומרי הזנה ממוקמים לאורך כל תיבת האש כדי ליצור מצע אחיד של גחלים. שימו לב לפערי חומרי הזנה בקצות תיבת האש כדי להבטיח מילוי ושריפה אחידים.
- השתמש בעזר הצתה, כגון דיזל, על העץ ולאחר מכן הדליקו אותו עם לפיד פרופאן או התקן הצתה דומה אחר במספר נקודות לאורך תיבת האש.
6. הוספת עץ לתיבת האש
- הניחו לאש הבסיס לבעור עד שתיבת האש מלאה כמחצית משאריות בוערות וגחלים.
- הפעל את המנוע וכוונן את מהירות המאוורר לתנאי אש. הגדל לאט את מהירות המנוע כך שהאוויר מהסעפת לא יכבה את האש. הגבר את מהירות המנוע על-ידי לחיצה על לחצן RABBIT בלוח הבקרה (איור 4).
- ברגע שמושג בסיס טוב של גחלים, סמן לנהג המחפר הקטן להוסיף חומרי הזנה נוספים בקצב שאינו חונק את האש. עשן צפוי לפרק זמן קצר עם הוספת חומרי הזנה נוספים והפרעה במסך האוויר. עקוב ברציפות אחר ה- BACB והסביבה לאיתור ניצוצות או גחלים שנמלטו שיכולים לגרום להצתות לא מכוונות.
7. ייצור ביו-פחם
- כאשר אש הבסיס נוצרת, נוספו חומרי הזנה נוספים, ומהירות המאוורר הוגדלה ל-2800 סל"ד, העבר את מתג ההפעלה של המערכת לביו-פחם (איור 4). בדוק כי כוח המערכת הוא ב 1800 psi.
- הפעל את המסוע ואת השייקר. שתי פונקציות אלה יפעלו באופן אוטומטי כל 3 דקות. שמור על ייצור רציף על-ידי העברת מתג ההפעלה של המערכת מ-Biochar ל-Firebox (איור 4). פעולה זו עוקפת את מנגנון הטיימר לסירוגין עבור השייקר והמסוע כאשר כמויות גדולות של פחם מופיעות בכל מחזור.
- אספו את הביו-פחם במחבת המרווה והוציאו את הביו-פחם מהמחבת כל 5-10 דקות על ידי שימוש במגרפה הרחבה כדי להזיז את הביו-פחם לקצה תבנית המרווה ולאחר מכן השתמשו באתי הניפוי כדי להסיר את הביו-פחם מהמחבת לתוך ערימה.
- אם המגרפה נתפסת במסוע, הבהוב האזהרה אמור להבהב. העבר את מתג המסוע למצב כבוי בלוח הבקרה הראשי, ולאחר מכן הסר את המגרפה והפעל מחדש את החגורה.
- הגב להבהובי אזהרה אחרים על ידי בדיקת מדי הלחץ בפקד הראשי כדי לקבוע אם לוח השייקר או המסוע נעצרו. במידת הצורך, כבה את השייקר כדי לאפשר לעץ הקשירה להישרף או על ידי התקדמות ידנית של המסוע נגד כיוון השעון בנקודת הבקרה הידנית בפינה האחורית הימנית של ה- BACB.
- מלאו את המחבתות במים, לפי הצורך, כדי לאפשר ניקוי מלא של הגחלים הלוהטות. אין להתיז מים על המסוע או על אריחי הקרמיקה שבארגז האח.
- המשיכו להוסיף חומרי גלם לקופסת האש וליצור ביו-פחם כל עוד התנאים מאפשרים זאת. ודאו שמוסיפים עץ בקוטר גדול יותר מוקדם יותר ביום, כדי שניתן יהיה להמיר אותו במלואו לפחם.
8. הפסקת פעולות
- הפסק לטעון את תיבת האש כשעה עד שעתיים לפני סוף המשמרת.
- כבו את השייקר כאשר החומר שנותר כבר לא בא במגע עם לוח השייקר ואל תשאירו גחלים לוהטות בארגז האש או על המסוע בסוף היום.
- השאר את המתג דולק עד שכל הגחלים יצאו מתיבת האש. בשלב זה, ראוי לעבור למצב Biochar עבור רכיבה לסירוגין.
- במהלך היום מצטבר אפר מתחת למסוע (איור 5). העבר את ה- BACB בכל יום למיקום ברמה חדשה כדי למנוע מהאפר להפריע לתנועת המסוע.
- ברגע שהאש כבתה והגחלים כולן כבו, הפסיקו את הפעילות למשך היום.
הערה: במקרה חירום, ניתן לכבות את האש בארגז האש על ידי העמסת אדמה על הגחלים הבוערות. - השאירו את דפנות תיבת האש למשך הלילה כדי לבודד את הצמיגים מהאפר החם מתחת למסוע.
איור 5: דוגמה של אפר וביו-פחם מתחת למסוע. במהלך כוויה, חלק מהאפר והביו-פחם ייפלו דרך מסוע המתכת. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
9. מיקום מחדש של ה- BACB
- תפסו את ה-BACB לרכב הגורר, הרימו את דפנות תיבת האש, הכניסו את פיני הנסיעה, הרימו את מעמד הג'ק ומיד גררו את היחידה ישר קדימה.
- קררו את האפר שנותר (איור 6) על-ידי ערבובו עם מים ופיזורם על פני האדמה. ודא שכל הגחלים וחומר האפר קרים למגע לפני המעבר למקום חדש.
איור 6: דוגמה להצטברות אפר. בסוף היום, הצטברות האפר מתחת למסוע יכולה להגיע למסוע. תעלות לפני הצבת מבער וילון האוויר המייצר ביו-פחם היא אחת השיטות להאריך את זמן הצריבה במקום אחד. אם תעלות אינן אופציה, אז יש למשוך את הציוד קדימה ולנקות אפר בכל יום. נתון זה שונהמ-12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
תוצאות
מינואר 2022 עד אוקטובר 2023, ה-BACB ביצע פירוליזציה של חומרי הזנה שונים לביו-פחם (טבלה 1). בהתבסס על ניסויי שדה, ה-BACB יכול לשרוף כטון אחד (900 ק"ג) של חומרי הזנה לשעה, וכ-11%-25% מהמסה היבשה של חומרי ההזנה תישמר כביו-פחם, כאשר היתרה תלך לגז (אדי מים,CO2 וכו') ואפר. תכולת הפחמן נעה בין 70%-90%. לחתיכות עץ גדולות יותר (>30 ס"מ) לוקח זמן רב יותר לפירוליזה מאשר לעץ בקוטר שנע בין 2-30 ס"מ. כמות ואיכות הביו-פחם תלויה במאפייני חומרי ההזנה (למשל, גודל, מינים, תכולת לחות) וקצב העמסה. גודל הביו-פחם המיוצר הוא 1 אינץ' (2.5 ס"מ) וקטן יותר, אם כי חתיכות גדולות יותר אפשריות במיוחד בתחילת ריצה. בנוסף, חלק מהחומר שלא נשרף יכול לעבור דרך הפתח למסוע בעת ההפעלה, ואת אלה ניתן להחזיר לקופסת האש, להניח בצד או לערום עם הביו-פחם. בניסויי שדה במגוון רחב של תנאי הפעלה, הוכח כי ה-BACB הוא שיטה יעילה ביער ליצירת ביו-פחם מהביומסה העצית המופקת מטיפולי דלק ופעולות קציר אחרות ויכולה להפחית דלקים מסוכנים.
| מיקום הייצור | חומרי הזנה | משקל ירוק משוער תוך שעה | פחמן ביו-פחם | ||||
| ק ג | % | ||||||
| פלאגסטאף, אריזונה | פינוס פונדרוסה | 1360 | 64 | ||||
| ספרינגפילד, אורגון | Pseudotsuga menziesii ו Thuja plicata | 910 | 94 | ||||
| פרינסטון, איידהו | Abies grandis, Pinus contorta ו-Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 | ||||
| פאלם סיטי, פלורידה | קוורקוס ופינוס | 950 | 82 | ||||
| טולגייט, אורגון | Pinus ponderosa, Abies grandis | 800 | 87 | ||||
טבלה 1: דוגמאות לתוצאות. מיקום הייצור, חומרי הזנה מייצגים בשימוש, כמות פירוליזה תוך שעה אחת, וריכוז פחמן ביו-פחם ממבער מסך אוויר רציף המייצר ביו-פחם. מנתח יסודות שימש כדי לקבוע את תכולת הפחמן של דגימות מיובשות בתנור (60 מעלות צלזיוס עד משקל קבוע).
תצורת העבודה הטובה ביותר היא נהג מיני מחפר אחד ושני אנשים המחפשים נקודות הצתה, מכוונים היכן ומתי לטעון חומרי גלם ומסירים את הביו-פחם ממחבת המרווה. אם בולי העץ ארוכים מדי או גדולים מדי בקוטר, ייתכן שיהיה צורך באדם רביעי כדי להפעיל מסור שרשרת.
ה- BACB הוא נייד, מה שנותן לו את הגמישות לעבוד במגוון אתרים. זה, יחד עם היתרונות הנלווים של היעדר השפעות קרקע ופחות עשן מאשר שריפת ערימות, מאפשר שירותי מערכת אקולוגית נוספים (למשל, תפיסת פחמן, אחיזת מים, כיסוי קרקע ודלקים מופחתים). ייצור ביו-פחם נייד בתוך היער הוא שיטה אופטימלית לשיקום קרקעות מקומיות מפורקות הקשורות לנחיתות בולי עץ, שבילי החלקה, דרכי יער, סחף וכרייה.
דיון
הצעד הקריטי הראשון בשיטה זו הוא לוודא שהציוד ממוקם כמעט בגובה על שני הצירים, כך שהלוחות הצדדיים של תיבת האש חוסמים עשן מלצאת ואוויר מלהיכנס לתיבת האש. צעדים קריטיים אחרים הם לנהל שיחות תכופות עם מפעיל המחפר כדי להכניס את חומרי ההזנה לתיבת האש במידת הצורך ולתדרך את כל העובדים על היבטי הבטיחות של הפעלת מבער האוויר והמחפר. ישנם כמה שינויים שניתן לבצע עם ציוד זה, אך הפעלת המסוע ולוחות השייקר ברציפות ברגע שייצור הביו-פחם גבוה היא אופציה. המגבלה העיקרית היא הקושי לקבוע את שיעורי הייצור מכיוון שזה תלוי בקצב ההעמסה ובסוג חומרי ההזנה, בגודל או בתכולת הלחות.
לעובדים המפעילים את ה-BACB צריכה להיות גישה לכלי כיבוי אש כגון מגרפות, מסורים חשמליים ואתי חפירה. הם צריכים גם ללבוש כותנה או בגדים עמידים בפני אש, הגנה על העיניים והאוזניים, וכפפות עור. כובעים קשיחים, מגפיים חסונים, חולצות עם שרוולים ארוכים ומכנסיים ארוכים יגנו על העובדים מפני גחלים, חום ושחרור עץ מקרי מהמחפר. BACB ניידים ממוקמים לעתים קרובות במקומות מרוחקים ולכן, תכנון חירום הוא קריטי. לצוותים צריכה להיות שיטה לתקשורת חירום, במיוחד אם המיקום נמצא מחוץ לטווח השירות של הטלפון הסלולרי. לעתים קרובות משתמשים ברדיו, טלפון לווייני או משואת חירום.
ה-BACB הוא אחד הכלים להפחתת עודפי ביומסה עצית בערימות לוכסן. זה לא יבטל ערימות פתוחות או שריפת שידור, אבל הוא שימושי באזורים רגישים. לדוגמה, זה יכול להפחית את עומסי הדלק בצידי דרכים או נחיתות עץ מכיוון שנדרש משטח מישורי לפעולה. בנוסף, זהו כלי טוב לפינוי שאריות עצים באתרי קמפינג, באתרי בילוי אחרים, ובממשק פראי-עירוני או בסביבה עירונית שבה עשן משריפה פתוחה יכול להיות בעייתי13. ביו-פחם יכול לשמש לפרויקטים מקומיים של שיקום קרקע, וה-BACB יכול ליצור אותו באופן מקומי. בנוסף, ניקוי בקנה מידה גדול, לאחר הפרעה (למשל, הוריקן, טורנדו) הוא מקום נוסף שבו טכנולוגיות BACB יכול להפחית ביומסה ולספק תיקון הקרקע. מכיוון ש- BACB הם שריפה נקייה עם מעט עשן ומעט גחלים, השימוש בהם כאשר התנאים מגבילים שריפה פתוחה (למשל, איסורי כוויות) מציע אפשרות נוספת לסילוק שאריות עצים.
מבערי וילונות אוויר פותחו בהתאם לסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) כדי לספק כוויה נקייה עם פחות מ -10% אטימות, באמצעות בדיקת שיטה 9 של EPA, לעומת שריפה פתוחה, אשר בדרך כלל יש 80%-100% אטימות14. נמצא כי השימוש בייצור ביו-פחם מבוסס מקום נמוך פי 2-40 ב-CO2eq נטו בהשוואה לשריפה פתוחה15.
שריפות יער קטסטרופליות הולכות ומתגברות ברחבי צפון אמריקה בעשור האחרון בשל לחצים סביבתיים מוגברים המחריפים את התמותה מבצורת, חרקים ומחלות בדוכני יערות. הפחתת הסיכון לשריפות כרוכה בניהול יערות פעיל הגורם לכך שחומר בלתי סחיר זקוק לסילוק. במקום שריפה פתוחה, ניתן להשתמש ב-BACB נייד באתרי יער, אתרי קמפינג, פארקים עירוניים או בערים כדי להפחית את כמות הדלקים העציים. מבערי מסך אוויר משמשים מזה עשרות שנים כשיטה להפחתת פליטות משריפת שאריות עצים16, וזהו היתרון העיקרי של שימוש בטכנולוגיה זו. היכולת הנוספת לייצר באופן רציף מוצר ביו-פחם עקבי לשימוש בעבודות שיקום קרקע עונה על צורך דחוף להגביר את שיטות היער החכם מבחינה אקלימית17. במקום שריפת ערימות פתוחות, מבערי מסך אוויר מגבילים את ההשפעות על הקרקע18, מפחיתים מזהמי אוויר ופליטת גזי חממה, והטכנולוגיה יכולה להעסיק כוח עבודה חדש על ידי פיתוח צוותי שימור שעובדים בצידי דרכים, נחיתות בולי עץ, קהילות כפריות או אתרי קמפינג שבהם מתקיימים טיפולים להפחתת דלק מסוכן.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
אנו מודים לאנשי האוניברסיטה הרבים, ליער הלאומי ולאנשי הלשכה לניהול קרקעות שעזרו לערוך הפגנות ולאסוף נתונים. עבודת השטח עבור שיטה זו נתמכה על ידי תחנת המחקר של שירות היערות של ארצות הברית, וושינגטון הבירה ומשרדי אזור צפון מערב האוקיינוס השקט. הממצאים והמסקנות בפרסום זה הם של המחברים ואין לפרש אותם כמייצגים כל קביעה או מדיניות רשמית של ארה"ב או ממשלת ארה"ב.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מבער וילון אוויר CharBoss | Air Burners, Inc. | T26 | מגיע עם מגרפת נוף בגודל 36 אינץ', את חפירה, מחגר סטנדרטי הנעה בגודל 1/2 אינץ' עם שקע 1 1/8 אינץ', אקדח שומן ומחבת מרווה |
| סולר (גופרית נמוכה במיוחד) | נרכש מיכלי | ||
| דלק דיזל מקומיים | Uline | H-1849Y | או שמן מנוע דומה |
| (דרגת דיזל) | כל שמן דיזל 15W40 או 10W40. | ||
| מחפר | חברת השכרה מקומית. גדלים קטנים יותר דורשים פחות דלק. | ||
| חומר סיכה נגד תפיסה בטמפרטורה גבוהה (מחסנית 16 אונקיות) | McMaster-Carr | 1288K97 | אביזרי סיכה הידראוליים |
| הידראולי | Amsoil | HVH05-EA (ISO32) / HVG05-EA (ISO22) | כל שמן הידראולי סינטטי ISO32, אפשרות ISO22 למזג אוויר קר. Amsoil ISO32 מותקן במפעל. |
| דליים גדולים | Uline | 5495 | או דומה |
| לפיד תאורה (פרופאן) | Grainger | 9RCF3 | או |
| טנדר דומה של 1 טון (או גדול יותר) | השכרה מקומית | להובלת CharBoss לאתר | |
| צפייה | Gorilla | GLP=WP | צעד יציב כדי לאפשר צפייה בתא אש או שלב אחר בסגנון ספסל |
| משאית | כל משאית מים זמינה עם קיבולת מינימלית של 300 ליטר; ניתן להשתמש בהזנת כוח הכבידה של מים למחבת המרווה. | ||
| חסימת גלגלים | בלוקים של עץ בגודל 4 אינץ' x 4 אינץ' או צ'אקים זמינים מסחרית בזמן טרמפ/שחרור יחידת | ||
| <חזק>ציוד מגן אישי | |||
| הגנת אוזניים | Uline | S-22141 | או דומה |
| הגנת עיניים | של אמזון | או | |
| חולצת אש | Grainger | 12R487 | או דומה |
| מכנסי אש | Grainger | 39EM96 | או דומה |
| כובע קשיח | הנחה ציוד בטיחות | SFTSCHH1000038126 | או |
| כפפות עור | Uline | S-6777M | או |
| מגפיים יציבים | דומים כל מגף עור עם סוליה עבה. | ||
| <חזק>ציוד חירום | |||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | או ספקי יערות גרזן Pulaski דומים |
| 85274 | או דומים | ||
| ספקי יערות | מגרפת אש | 85210 | או דומה |
מקורות
- 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).
הדפסות חוזרות והרשאות
תגיות
