Produzione continua di biochar nel bosco utilizzando un bruciatore a lama d'aria montato su rimorchio

Sommario

Descriviamo l'uso di un'unità di pirolisi mobile basata sul posto dotata di una barriera d'aria per creare continuamente biochar. La tecnologia riduce la necessità di bruciare cumuli a cielo aperto, con conseguente riduzione delle emissioni e minore impatto sul suolo. Il protocollo include linee guida per la selezione, il caricamento e l'estinzione del sito.

Abstract

I trattamenti del carburante e altre pratiche di diradamento del ripristino delle foreste mirano a ridurre il rischio di incendi boschivi, costruendo al contempo la resilienza delle foreste alla siccità, agli insetti e alle malattie e aumentando il sequestro di carbonio (C) in superficie. Tuttavia, i trattamenti dei combustibili generano grandi quantità di residui di biomassa legnosa non commerciabili che vengono spesso bruciati in cumuli aperti, rilasciando quantità significative di gas serra e particolato e danneggiando potenzialmente il terreno sottostante il cumulo. I bruciatori a lama d'aria offrono una soluzione per mitigare questi problemi, contribuendo a ridurre il fumo e il particolato derivanti dalle operazioni di combustione, a bruciare più completamente i residui di biomassa rispetto alla combustione su cumulo ed eliminare il contatto diretto e intenso con il fuoco che può danneggiare il terreno sotto il cumulo di taglio. In un bruciatore a lama d'aria, la combustione avviene in un ambiente controllato. Il fumo è contenuto e ricircolato dalla cortina d'aria, e quindi la combustione può essere condotta in una varietà di condizioni climatiche (ad esempio, vento, pioggia, neve), allungando la stagione di combustione per lo smaltimento del materiale tagliato. L'unità mobile di pirolisi che crea continuamente biochar è stata progettata specificamente per smaltire la biomassa legnosa residua negli sbarchi di tronchi, il legno verde nelle discariche o i materiali disboscati recuperati e creare biochar nel processo. Questo prodotto di biochar ad alto tenore di carbonio può essere utilizzato per migliorare la resilienza del suolo migliorandone le proprietà chimiche, fisiche e biologiche e ha potenziali applicazioni nella bonifica di suoli contaminati, compresi quelli dei siti minerari abbandonati. Qui, descriviamo l'uso generale di questa attrezzatura, la localizzazione appropriata, i metodi di caricamento, i requisiti di tempra e le lezioni apprese sul funzionamento di questa nuova tecnologia.

Introduzione

In tutti gli Stati Uniti, molti popolamenti forestali sono aumentati in volume di alberi in piedi in assenza di frequenti incendi a bassa intensità, storicamente appiccati dalle popolazioni indigene e soppressi in tempi moderni ^1,2. A causa di questa esclusione dagli incendi, i popolamenti sovraffollati che ne derivano rappresentano una sfida per i gestori del territorio che si sforzano di migliorare la resilienza delle foreste contro incendi, parassiti, malattie ed effetti della siccità³. Le pratiche di gestione standard per ridurre il volume degli alberi includono il fuoco prescritto, il diradamento pre-commerciale e la raccolta di popolamenti maturi. Queste operazioni generano notevoli quantità di biomassa legnosa a basso o nullo valore, spesso chiamata residui. Ad esempio, nei 15 stati degli Stati Uniti occidentali, si stima che le operazioni di raccolta producano quasi 8 milioni di tonnellate secche di residui ogni anno⁴. Inoltre, il Servizio Forestale dell'USDA ha attuato un piano di crisi per gli incendi boschivi, che tratterà altri 50 milioni di acri (20 milioni di ettari) in un periodo di 10 anni. Ciò comporterà la necessità di smaltire ulteriore materiale non commerciabile e probabilmente richiederà l'uso di una varietà di opzioni basate sul luogo. Sebbene le cime, i rami e gli alberi non commerciabili possano essere utilizzati per la bioenergia o i biocombustibili, le limitate opportunità di mercato spesso portano all'accumulo e alla combustione di questi residui. La costruzione di pali a taglio mira a ridurre il rischio di incendi e insetti, creare spazio di crescita per le piante del sottobosco e affrontare altri obiettivi di gestione del territorio.

La combustione a cielo aperto è un metodo a basso costo e relativamente veloce per ridurre il volume del legno, ma produce anche fumo e inquinanti atmosferici, compresi i gas serra⁵. Inoltre, può anche causare impatti indesiderati sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo, portando a cicatrici da ustione che possono persistere per decenni⁶. Per mitigare gli effetti collaterali dannosi della combustione all'aperto, sono necessari approcci alternativi che riducano gli impatti negativi sui cambiamenti climatici, sul rischio di incendi boschivi e sulla salute del suolo⁷.

Qui, ci concentriamo sull'uso di un nuovo metodo per la produzione continua di biochar sviluppato attraverso un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo (CRADA) tra il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, il Servizio Forestale, la Rocky Mountain Research Station e Air Burners, Inc. (Palm City, FL). La tecnologia risultante, d'ora in poi denominata bruciatore a lama d'aria per la produzione di biochar (BACB; Figura 1), produce continuamente biochar da residui legnosi limitando le emissioni di fumo e particolato. Rispetto alla combustione all'aperto, la funzionalità del BACB riduce il rischio di incendio e la diffusione del fumo⁸, creando strade per l'estensione sicura delle finestre di combustione operative. A differenza dei metodi tradizionali che lasciano cumuli di residui sul paesaggio dove contribuiscono all'accumulo di carburante⁹ o dei metodi di combustione alternativi che producono principalmente fumo e cenere, il BACB riduce efficacemente i carichi di carburante proteggendo il suolo e creando biochar, un carbone di legna costante e ad alto tenore di carbonio, che può essere utilizzato per il ripristino del suolo all'interno o vicino al sito di lavorazione. Inoltre, il BACB è mobile e può essere facilmente posizionato, ad esempio, su un pianerottolo di tronchi, lungo una strada o in un campeggio. Può anche bruciare legno umido o secco, tipi e dimensioni di materie prime miste e può essere utilizzato in condizioni meteorologiche avverse e nei momenti in cui le condizioni meteorologiche sono troppo rischiose per la combustione di pali aperti.

Il biochar prodotto nel BACB è generalmente composto per il 70%-90% da carbonio, altamente poroso e coerente nella distribuzione granulometrica, il che lo rende adatto per la bonifica di terreni degradati, spesso presenti in miniere abbandonate, atterraggi di tronchi, piste da slittamento, aree ripariali o siti agricoli. Il biochar può anche essere utilizzato come miscela con il compost o negli allevamenti del bestiame per assorbire i nutrienti e ridurre l'odore. In generale, i migliori usi del suolo per il biochar dei residui legnosi sono quelli di ridurre l'erosione e la lisciviazione dei nitrati, migliorando al contempo la stabilità degli aggregati del suolo e l'acqua disponibile in terreni a tessitura grossolana e a bassa sostanza organica^10,11.

Figura 1: Bruciatore mobile a lama d'aria per la produzione di biochar. Il sito di prova mostra la configurazione generale del bruciatore a lama d'aria a lama d'aria che produce biochar. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Panoramica del design e del funzionamento
Sebbene siano disponibili diversi tipi di bruciatori a lama d'aria, il BACB crea continuamente biochar. L'unità è lunga circa 7 m x 2,5 m di larghezza x 2 m di altezza. Ha un collettore d'aria lungo la parte superiore del focolare che fornisce una cortina d'aria costante per contenere fumo, particolato e braci al suo interno e favorisce la completa ossidazione delle emissioni. Per un funzionamento ottimale, il focolare è caricato a un livello appena sotto il collettore, garantendo un flusso d'aria ininterrotto attraverso il focolare. Il BACB può essere trainato dietro qualsiasi veicolo con un pacchetto di gancio di traino standard e un'adeguata capacità di traino. Un sito piano e liscio viene preparato vicino alla biomassa accatastata (chiamata anche materia prima), ma con spazio sufficiente intorno al sito per consentire alle attrezzature e al personale di muoversi liberamente e in sicurezza. Una volta posizionata, l'unità viene messa in sicurezza abbassando le sponde del focolare sul terreno tramite l'impianto idraulico di bordo. Un motore del ventilatore pressurizza il collettore a lama d'aria, che percorre la lunghezza del focolare su un lato. La biomassa viene inizialmente accesa e bruciata per creare un letto di carboni nel focolare. Quindi, è possibile aggiungere periodicamente ulteriore biomassa mantenendo il materiale in entrata al di sotto della cortina d'aria. Quando il materiale brucia, il carbone viene prodotto e cade attraverso un'apertura sul fondo del focolare, dove viene eliminato dalla macchina dal nastro trasportatore. Un pannello all'interno del focolare oscilla per facilitare questo processo. La cenere o i materiali fini cadono attraverso il nastro trasportatore sul terreno sottostante. I carboni ardenti escono dalla macchina attraverso una fessura sul fondo del focolare e vengono depositati in una bacinella piena d'acqua, che interrompe la combustione e raffredda il biochar a una temperatura tale da poter essere maneggiato in sicurezza. Quando è pronto per cessare il funzionamento, il focolare viene sgomberato lasciando bruciare il materiale rimanente. In genere, l'unità si raffredda durante la notte e può essere spostata in sicurezza il giorno successivo, se necessario. Non tentare di spostare il BACB mentre sta bruciando legna o raffreddandosi a meno che non ci sia un'emergenza. In caso di emergenza, la sabbia o la terra possono essere utilizzate per estinguere l'incendio e soffocare i carboni. L'acqua non deve mai essere spruzzata direttamente sulle piastrelle di ceramica del focolare.

Protocollo

NOTA: Ulteriori dettagli sul funzionamento del BACB sono disponibili nel manuale dell'operatore fornito con l'apparecchiatura.

1. Trasporto al sito

1. Utilizzando un gancio di traino commerciale di Classe 5 (dimensioni della palla 2-5/16 pollici o 58,75 cm), agganciare il BACB su un camioncino da 1 tonnellata o più grande, regolando l'altezza del gancio di traino per garantire che le guide del telaio siano a livello per il trasporto. Prima del traino, controllare il controller del freno, il sistema di sgancio, i freni, le ruote e l'illuminazione del rimorchio.
2. Assicurarsi che i perni di sicurezza da viaggio di BACB siano fissati correttamente e che il focolare sia abbassato sui perni da viaggio.
3. Una volta nella posizione desiderata, posizionare l'unità mentre è ancora attaccata al veicolo trainante; È troppo pesante per essere spostato a mano. Bloccare le ruote e abbassare il cavalletto. Scollegarlo dal veicolo trainante. Il telaio (telaio verde) deve essere livellato dalla parte anteriore a quella posteriore; Alzare o abbassare il cavalletto per raggiungere questo obiettivo.
   1. Se il BACB sarà posizionato in un luogo per più di un giorno, scavare una trincea poco profonda per accumulare cenere. Mantenere la trincea larga quanto il nastro trasportatore. Senza questa trincea, il BACB dovrà essere spostato e riposizionato nella stessa posizione per continuare a bruciare il giorno successivo.
4. Sollevare leggermente il focolare per rimuovere i perni di viaggio dalla parte anteriore e posteriore del focolare, liberare il personale, quindi abbassare i lati a terra. Il contatto con il suolo solleverà il telaio, ma le gomme dovrebbero rimanere ben salde a terra. Se l'intera lunghezza delle pareti laterali del focolare non è a contatto con il terreno, prendere in considerazione la possibilità di spostare l'unità in una posizione più piana o utilizzare pale o l'escavatore per livellare il sito.
5. Verificare che il motore idraulico che aziona il pannello scuotitore tra il focolare e il motore chiuso non sia a contatto con il telaio verde.
6. Avviare il motore e dargli il tempo sufficiente per riscaldarsi prima di inizializzare l'impianto idraulico.

2. Preparazione in loco

1. Posizionare il BACB su una superficie relativamente piana (pendenza <3%) abbastanza vicino alla catasta di legna, assicurandosi che il focolare sia a livello utilizzando una livella a trave a I da 4 piedi (1.2 m) o una livella a corda. Assicurarsi che l'area sia priva di pericoli dall'alto e che ci sia spazio sufficiente per consentire al miniescavatore (Figura 2) di caricare liberamente la materia prima sul collettore dell'aria.
2. Assicurarsi che il collettore dell'aria sul BACB soffi la barriera d'aria nella stessa direzione del vento. Controlla quotidianamente qualsiasi applicazione meteo telefonica per la direzione del vento prevalente locale o annota la direzione del vento in loco prima della posizione finale del BACB.
3. Non posizionare il BACB dove sono presenti rocce, vegetazione o detriti di grandi dimensioni. Una volta che l'attrezzatura è in piano e i lati del focolare sono abbassati, posizionare del terreno attorno ai lati per evitare che l'aria entri e il fumo fuoriesca dal focolare.
4. Posizionare la padella di raffreddamento (Figura 3) su una superficie piana sul retro del BACB. Assicurarsi che non tocchi il nastro trasportatore. Riempi la bacinella di raffreddamento con circa 40 galloni (150 L) di acqua. Tenere circa 300 galloni (1135 L) di acqua in loco per riempire la vaschetta di spegnimento, se necessario.
5. Seleziona qualsiasi materia prima legnosa e usa materiale secco per accendere il fuoco nel focolare. Utilizzare il miniescavatore per mantenere un'adeguata scorta di materie prime nelle vicinanze per caricare il focolare. Tagliare tutta la materia prima a una lunghezza inferiore alla lunghezza massima del focolare.
   NOTA: I tronchi di grande diametro (circa 10 pollici (25 cm) devono essere segati in lunghezze più piccole (~18-36 pollici; 45-91 cm) e il materiale molto grande (> 20 pollici (50 cm) deve essere tagliato in sezioni ~12-18 pollici; 30-45 cm) prima di metterli nel focolare.

Figura 2: Esempio di un escavatore che sposta residui di legno. I miniescavatori possono essere utilizzati per caricare il bruciatore a lama d'aria che produce biochar. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Esempio di posizionamento del bacino di spegnimento. La vasca di tempra viene mantenuta piena d'acqua e posizionata a circa 2 pollici (5 cm) davanti al nastro trasportatore. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Riduzione dei pericoli

1. Prima di accendere la materia prima, verificare con l'agenzia locale per il rilascio delle autorizzazioni sulla qualità dell'aria e con i vigili del fuoco locali che il pericolo di incendio non sia troppo elevato per l'accensione e che sia in atto un monitoraggio della qualità dell'aria, se necessario.
2. Inoltre, prima dell'accensione, rimuovere eventuali detriti organici da un'area di 6 piedi (2 m) attorno al BACB per evitare accensioni involontarie. Assicurarsi che ci sia un tubo carico collegato a un'adeguata alimentazione idrica e che la vaschetta di raffreddamento BACB sia piena d'acqua. Se possibile, tenere pronti diversi secchi d'acqua da 5 galloni (20 L) per spegnere le accensioni involontarie. Quando si brucia durante un elevato pericolo di incendio, valutare la necessità di installare sprinkler, una pompa dell'acqua o un serbatoio d'acqua portatile per estinguere accensioni involontarie più grandi.
3. Assicurarsi che i lavoratori possano muoversi liberamente sui lati e sul retro della macchina per accedere alla vasca di tempra, al pannello di controllo (Figura 4) e al punto di controllo manuale del trasportatore, che si trova nell'angolo posteriore destro del BACB.
4. Assicurarsi che i lavoratori non camminino davanti alla barriera d'aria di fronte al collettore e indossino indumenti durevoli non sintetici, giubbotto ad alta visibilità, elmetto, guanti di pelle e protezioni per gli occhi e l'udito.

Figura 4: Pannello di controllo sul bruciatore a lama d'aria che produce biochar. Il pannello di controllo viene utilizzato per accendere la barriera d'aria, il trasportatore e l'alimentazione del sistema e per alzare e abbassare il focolare. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Controlli pre-operativi

1. Controllare tutti i livelli del carburante e dei liquidi e i filtri e lubrificare i punti di ingrassaggio prima di accendere la materia prima. Una volta che il BACB è operativo e a temperatura, potrebbe essere impossibile ispezionare, spostare o mantenere i livelli dei fluidi, i filtri e i punti di ingrassaggio.
2. Controllare il bollettino meteorologico per il luogo operativo e assicurarsi che il vento non superi ~20 miglia all'ora (30 km all'ora) durante l'incendio.
3. Prima dell'accensione, parlate con l'operatore del miniescavatore per concordare i segnali manuali (o utilizzate una radio ricetrasmittente) per il carico e l'orientamento della legna per garantire una combustione pulita. Consigliare all'operatore del miniescavatore di caricare sopra il collettore dell'aria e di non caricare il focolare con la materia prima opposta al collettore dell'aria.

5. Caricamento iniziale e creazione di un fuoco di base

1. Inizialmente caricare il focolare con la materia prima secca (se disponibile) utilizzando il miniescavatore. Caricare la legna fino a quando il focolare non^{è pieno per} circa 2/3, alternando la direzione dei materiali (ad esempio, un carico dovrebbe essere perpendicolare e lo strato successivo parallelo ai lati) per creare uno spazio d'aria che aiuterà la catasta a bruciare. Non imballare il materiale in un fascio stretto per garantire che il materiale si incendi facilmente e non utilizzare l'escavatore per compattare il materiale nel focolare.
2. Assicurati che la materia prima sia posizionata in tutto il focolare per creare un letto uniforme di carboni. Prestare attenzione agli spazi vuoti delle materie prime alle estremità del focolare per garantire un riempimento e una combustione uniformi.
3. Utilizzare un ausilio per l'accensione, come il diesel, sulla legna e poi accenderla con una torcia a propano o un altro dispositivo di accensione simile in più punti lungo il focolare.

6. Aggiunta di legna al focolare

1. Lasciare che il fuoco della base bruci fino a quando il focolare non è pieno per circa metà di residui di combustione e carboni.
2. Avviare il motore e regolare la velocità della ventola in base alle condizioni di incendio. Aumentare lentamente la velocità del motore in modo che l'aria dal collettore non spenga il fuoco. Aumentare il regime del motore premendo il pulsante RABBIT sul pannello di controllo (Figura 4).
3. Una volta raggiunta una buona base di carboni, segnalare al conducente del miniescavatore di aggiungere ulteriore materia prima a una velocità che non soffochi l'incendio. Il fumo è previsto per un breve periodo di tempo poiché viene aggiunta ulteriore materia prima e la cortina d'aria viene interrotta. Monitorare continuamente il BACB e l'area circostante alla ricerca di scintille o braci fuoriuscite che possono causare accensioni involontarie.

7. Produzione di biochar

1. Quando viene stabilito il fuoco di base, è stata aggiunta ulteriore materia prima e la velocità della ventola è stata aumentata a 2800 giri/min, impostare l'interruttore di alimentazione del sistema su Biochar (Figura 4). Verificare che la potenza del sistema sia a 1800 psi.
2. Accendere il trasportatore e l'agitatore. Queste due funzioni scorreranno automaticamente ogni 3 minuti. Mantenere una produzione continua attivando l'interruttore di alimentazione del sistema da Biochar a Firebox (Figura 4). Ciò annulla il meccanismo del timer intermittente per l'agitatore e il nastro trasportatore quando compaiono grandi quantità di salmerino ad ogni ciclo.
3. Raccogli il biochar nella padella di tempra e rimuovi il biochar dalla padella ogni 5-10 minuti usando il rastrello largo per spostare il biochar all'estremità della padella di tempra e quindi usando la pala setacciatrice per rimuovere il biochar dalla padella e in una pila.
4. Se il rastrello rimane impigliato nel nastro trasportatore, lo strobo di avvertimento dovrebbe lampeggiare. Spostare l'interruttore del trasportatore su OFF sul pannello di controllo principale, quindi rimuovere il rastrello e riavviare il nastro.
5. Rispondere ad altri segnali stroboscopici di avvertimento controllando i manometri sul comando principale per determinare se il pannello dello scuotitore o il trasportatore si sono fermati. Se necessario, spegnere lo scuotitore per consentire alla legna legante di bruciare o facendo avanzare manualmente il nastro trasportatore in senso antiorario nel punto di controllo manuale nell'angolo posteriore destro del BACB.
6. Riempire le pentole di raffreddamento con acqua, se necessario, per consentire l'asciugatura completa dei carboni ardenti. Non spruzzare acqua sul nastro trasportatore o sulle piastrelle di ceramica nel focolare.
7. Continuare ad aggiungere la materia prima nel focolare e a creare biochar finché le condizioni lo consentono. Assicurati che il legno di diametro maggiore venga aggiunto all'inizio della giornata in modo che possa essere completamente convertito in carbone.

8. Cessazione dell'attività

1. Interrompere il caricamento del focolare circa 1 o 2 ore prima della fine del turno.
2. Spegnere lo shaker quando il materiale rimanente non è più a contatto con il pannello shaker e non lasciare carboni ardenti nel focolare o sul nastro trasportatore a fine giornata.
3. Lasciare l'interruttore del trasportatore acceso fino a quando tutti i carboni non sono usciti dal focolare. A questo punto, è opportuno passare alla modalità Biochar per il ciclo intermittente.
4. Durante il giorno la cenere si accumula sotto il nastro trasportatore (Figura 5). Spostare il BACB ogni giorno in una nuova posizione piana per evitare che la cenere impedisca il movimento del nastro trasportatore.
5. Una volta che il fuoco è spento e i carboni sono tutti spenti, cessate le operazioni per la giornata.
   NOTA: In caso di emergenza, l'incendio nel focolare può essere spento caricando del terreno sui carboni ardenti.
6. Lasciare i lati del focolare abbassati durante la notte per isolare i pneumatici dalla cenere calda sotto il nastro trasportatore.

Figura 5: Esempio di ceneri e biochar sotto il nastro trasportatore. Durante una combustione, un po' di cenere e biochar cadranno attraverso il nastro trasportatore metallico. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

9. Riposizionamento del BACB

1. Agganciare il BACB al veicolo trainante, sollevare i lati del focolare, inserire i perni di traslazione, sollevare il cavalletto e trainare immediatamente l'unità in avanti.
2. Raffreddare la cenere rimanente (Figura 6) mescolandola con acqua e distribuendola sul terreno. Assicurarsi che tutti i carboni e il materiale di cenere siano freddi al tatto prima di trasferirsi in una nuova posizione.

Figura 6: Esempio di accumulo di cenere. Entro la fine della giornata, l'accumulo di cenere sotto il nastro trasportatore può raggiungere il nastro trasportatore. Lo scavo di trincee prima di posizionare il bruciatore a lama d'aria che produce biochar è un metodo per prolungare il tempo di combustione in un'unica posizione. Se lo scavo non è un'opzione, l'attrezzatura deve essere tirata in avanti e la cenere rimossa ogni giorno. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Risultati

Da gennaio 2022 a ottobre 2023, il BACB ha pirolizzato varie materie prime in biochar (Tabella 1). Sulla base di prove sul campo, il BACB può bruciare circa 1 tonnellata (900 kg) di materia prima all'ora e circa l'11%-25% della massa secca della materia prima sarà trattenuta come biochar, mentre il resto andrà a gas (vapore acqueo, CO₂, ecc.) e ceneri. Il contenuto di carbonio varia dal 70% al 90%. I pezzi di legno più grandi (>30 cm) impiegano più tempo a pirolizzare rispetto al legno con un diametro compreso tra 2 e 30 cm. La quantità e la qualità del biochar dipendono dalle caratteristiche della materia prima (ad esempio, dimensioni, specie, contenuto di umidità) e dalla velocità di carico. La dimensione del biochar prodotto è di 1 pollice (2,5 cm) e più piccola, anche se sono possibili pezzi più grandi soprattutto all'inizio di una tiratura. Inoltre, all'avvio può passare del materiale incombusto attraverso l'apertura fino al nastro trasportatore e questo può essere rimesso nel focolare, messo da parte o ammucchiato con il biochar. Nelle prove sul campo in un'ampia varietà di condizioni operative, il BACB ha dimostrato di essere un metodo efficace nel bosco per creare biochar dalla biomassa legnosa prodotta dai trattamenti del carburante e da altre operazioni di raccolta e può ridurre i combustibili pericolosi.

Luogo di produzione		Feedstock			Peso approssimativo del verde pritto in 1 h		Carbonio biochar
					Kg		%
Flagstaff, Arizona		Pinus ponderosa			1360		64
Springfield, Oregon		Pseudotsuga menziesii e Thuja plicata			910		94
Princeton, Idaho		Abies grandis, Pinus contorta e Pseudotsuga menziesii			900		89
Palm City, Florida		Quercus e Pinus			950		82
Casello autostradale, Oregon		Pinus ponderosa, Abies grandis			800		87

Tabella 1: Esempi di risultati. Luogo di produzione, materie prime rappresentative utilizzate, quantità pirolizzata in 1 ora e concentrazione di carbonio del biochar da un bruciatore a lama d'aria per la produzione continua di biochar. Un analizzatore elementare è stato utilizzato per determinare il contenuto di carbonio di campioni essiccati in forno (60 °C fino a un peso costante).

La migliore configurazione per i lavoratori è un conducente di miniescavatore e due persone che cercano i punti di accensione, indicano dove e quando caricare la materia prima e rimuovono il biochar dalla vasca di tempra. Se i tronchi sono troppo lunghi o di grande diametro, potrebbe essere necessaria una quarta persona per azionare una motosega.

Il BACB è mobile, il che gli offre la flessibilità di lavorare in una varietà di siti. Questo, insieme ai concomitanti benefici dell'assenza di impatto sul suolo e della riduzione del fumo rispetto alla combustione dei cumuli, consente ulteriori servizi ecosistemici (ad esempio, sequestro del carbonio, ritenzione idrica, copertura del suolo e riduzione dei combustibili). La produzione mobile di biochar all'interno dei boschi è un metodo ottimale per ripristinare i suoli degradati locali associati a sbarchi di tronchi, piste di scorrimento, strade forestali, erosione e miniere.

Discussione

Il primo passo critico in questo metodo è assicurarsi che l'attrezzatura sia posizionata quasi a livello su entrambi gli assi in modo che i pannelli laterali del focolare impediscano l'uscita del fumo e l'ingresso dell'aria nel focolare. Altri passaggi critici sono condurre conversazioni frequenti con l'operatore dell'escavatore per posizionare la materia prima nel focolare, se necessario, e informare tutti i lavoratori sugli aspetti di sicurezza del funzionamento del bruciatore ad aria e dell'escavatore. Ci sono alcune modifiche che possono essere apportate con questa attrezzatura, ma far funzionare continuamente il nastro trasportatore e i pannelli di agitazione una volta che la produzione di biochar è elevata è un'opzione. Il limite principale è la difficoltà nel determinare i tassi di produzione, poiché ciò dipende dalla velocità di carico e dal tipo, dalle dimensioni o dal contenuto di umidità della materia prima.

I lavoratori che gestiscono il BACB dovrebbero avere accesso a strumenti antincendio come rastrelli, motoseghe e pale. Dovrebbero anche indossare indumenti di cotone o ignifughi, protezioni per occhi e orecchie e guanti di pelle. Elmetti, stivali robusti, camicie a maniche lunghe e pantaloni lunghi proteggeranno i lavoratori da braci, calore e rilasci accidentali di legno dall'escavatore. I BACB mobili sono spesso situati in località remote e quindi la pianificazione delle emergenze è fondamentale. Gli equipaggi dovrebbero disporre di un metodo per la comunicazione di emergenza, in particolare se la posizione è fuori dalla portata del servizio di telefonia cellulare. Spesso viene utilizzata una radio, un telefono satellitare o un segnalatore di emergenza.

Il BACB è uno strumento per ridurre l'eccesso di biomassa legnosa nei cumuli di slash. Non elimina la combustione a pila aperta o a spaglio ma è utile in aree sensibili. Ad esempio, può ridurre i carichi di carburante ai bordi delle strade o gli atterraggi dei tronchi poiché per il funzionamento è necessaria una superficie piana. Inoltre, è un buon strumento per rimuovere i residui legnosi nei campeggi, in altri siti ricreativi e nell'interfaccia tra aree selvagge e urbane o in ambienti urbani in cui il fumo della combustione all'aperto può essere problematico¹³. Il biochar può essere utilizzato per progetti locali di bonifica del suolo e il BACB può crearlo localmente. Inoltre, la bonifica su larga scala, post-disturbo (ad esempio, uragano, tornado) è un altro luogo in cui le tecnologie BACB possono ridurre la biomassa e fornire un ammendante del suolo. Poiché i BACB bruciano in modo pulito con poco fumo e poche braci, il loro utilizzo quando le condizioni limitano la combustione all'aperto (ad esempio, i divieti di combustione) offre un'altra opzione per lo smaltimento dei residui legnosi.

I bruciatori a lama d'aria sono stati sviluppati in conformità con l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA) per fornire una combustione pulita con meno del 10% di opacità, utilizzando il metodo EPA 9 Testing, rispetto alla combustione aperta, che di solito ha un'opacità dell'80%-100%¹⁴. L'uso della produzione di biochar sul posto è risultato essere da 2 a 40 volte inferiore nell'eq netto di CO₂rispetto alla combustione all'aperto¹⁵.

Gli incendi catastrofici sono aumentati in tutto il Nord America nell'ultimo decennio a causa dell'aumento degli stress ambientali che aggravano la siccità, la mortalità per insetti e malattie nei popolamenti forestali. La riduzione del rischio di incendi boschivi comporta una gestione attiva delle foreste che si traduce in materiale non commerciabile che necessita di smaltimento. Piuttosto che bruciare all'aperto, un BACB mobile può essere utilizzato in siti forestali, campeggi, parchi urbani o in città per ridurre la quantità di combustibili legnosi. I bruciatori a lama d'aria sono stati utilizzati per decenni come metodo per ridurre le emissioni derivanti dalla combustione di residui legnosi¹⁶, e questo è il principale vantaggio dell'utilizzo di questa tecnologia. La capacità aggiuntiva di produrre continuamente un prodotto di biochar coerente da utilizzare per i lavori di ripristino del suolo risponde all'urgente necessità di aumentare le pratiche forestali intelligenti dal punto di vista climatico¹⁷. Invece di bruciare pile a cielo aperto, i bruciatori a lama d'aria limitano gli effetti sul suolo¹⁸, riducono gli inquinanti atmosferici e le emissioni di gas serra e la tecnologia può coinvolgere una nuova forza lavoro sviluppando squadre di conservazione che lavorano vicino ai bordi delle strade, agli atterraggi dei tronchi, alle comunità rurali o ai campeggi dove sono in corso trattamenti pericolosi per la riduzione del carburante.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Bruciatore a lama d'aria CharBoss	Air Burners, Inc.	T26	Viene fornito con rastrello da 36", pala setacciatrice, cricchetto standard da 1/2" con presa da 1 1/8", pistola per grasso e padella di tempra
Carburante diesel (a bassissimo tenore di zolfo)			Acquistato localmente
Serbatoi di carburante diesel	Uline	H-1849Y	o simile
Olio motore (grado diesel)			Qualsiasi olio diesel 15W40 o 10W40.
Escavatore			Società di noleggio locale. Le dimensioni più piccole richiedono meno carburante.
Lubrificante antigrippaggio ad alta temperatura (cartuccia da 16 once)	Raccordi idraulici lubrificanti	McMaster-Carr	1288K97
Olio idraulico	Amsoil	HVH05-EA (ISO32) / HVG05-EA (ISO22)	Qualsiasi olio idraulico sintetico ISO32, opzione ISO22 per climi freddi. Amsoil ISO32 è installato in fabbrica.
Secchi grandi	Uline	5495	o simile
Torcia di illuminazione (propano)	Grainger	9RCF3	o simile
Pick-up da 1 tonnellata (o più grande)	Noleggio locale		per il trasporto di CharBoss al sito
Passaggio di visualizzazione	Gorilla	GLP=WP	Passaggio stabile per consentire la visualizzazione nel focolare o in un altro gradino in stile banco
Camion			dell'acqua Qualsiasi camion dell'acqua disponibile con una capacità minima di 300 galloni; è possibile utilizzare l'alimentazione per gravità dell'acqua alla vaschetta di spegnimento.
Cunei per ruote			Blocchi di legname da 4"x 4" o cunei disponibili in commercio durante l'aggancio/sgancio dell'unità
Dispositivi di protezione individuale
Protezione per le orecchie	Uline	S-22141	o simile
Protezione per gli occhi	Amazon		o simile
Camicia antincendio	Grainger	12R487	o similare
Pantaloni antincendio	Grainger	39EM96	o simile
Elmetto	Sconto Equipaggiamento di sicurezza	SFTSCHH1000038126	o simili
Guanti in pelle	Uline	S-6777M	o simili
Stivali			qualsiasi stivale in pelle con suola spessa.
Attrezzatura di emergenza
Garmin InReach	Cabelas	100195666	o simile
Ascia Pulaski	Fornitori forestali	85274	o simili
Rastrello antincendio	Fornitori forestali	85210	o simili

robusti