ここでは、エアカーテンを装備した場所ベースの移動式熱分解ユニットを使用して、バイオ炭を連続的に生成する方法を説明します。この技術により、オープンスラッシュパイルの燃焼の必要性が減り、排出量が削減され、土壌への影響が少なくなります。このプロトコールには、部位の選択、ローディング、およびクエンチングに関するガイドラインが含まれています。
ここでは、エアカーテンを装備した場所ベースの移動式熱分解ユニットを使用して、バイオ炭を連続的に生成する方法を説明します。この技術により、オープンスラッシュパイルの燃焼の必要性が減り、排出量が削減され、土壌への影響が少なくなります。このプロトコールには、部位の選択、ローディング、およびクエンチングに関するガイドラインが含まれています。
燃料処理やその他の森林再生の間伐活動は、山火事のリスクを減らすと同時に、干ばつ、昆虫、病気に対する森林の回復力を高め、地上炭素(C)隔離を増やすことを目的としています。しかし、燃料処理は、商業化できない木質バイオマス残渣を大量に生成し、多くの場合、開いた杭で燃やされ、大量の温室効果ガスと微粒子を放出し、山の下の土壌に損傷を与える可能性があります。エアカーテンバーナーは、これらの問題を軽減するソリューションを提供し、燃焼作業による煙や微粒子を減らし、パイル燃焼と比較してバイオマス残留物をより完全に燃焼させ、スラッシュパイルの下の土壌に害を及ぼす可能性のある直接的で激しい火災接触を排除します。エアカーテンバーナーでは、燃焼は制御された環境で行われます。煙はエアカーテンによって封じ込められ、再循環されるため、さまざまな気候条件(風、雨、雪など)で燃焼を行うことができ、スラッシュ材料の廃棄のための燃焼シーズンが長くなります。バイオ炭を連続的に生成する移動式熱分解ユニットは、丸太の着陸時に残留する木質バイオマス、埋め立て地の生木、または回収された伐採された材料を処分し、その過程でバイオ炭を生成するように特別に設計されました。この高炭素バイオ炭の産出物は、その化学的、物理的、生物学的特性を改善することで土壌の回復力を高めるために使用でき、放棄された鉱山跡地を含む汚染された土壌の修復に応用できる可能性があります。ここでは、この装置の一般的な使用方法、適切な設置場所、ローディング方法、焼入れ要件、およびこの新技術の操作について学んだ教訓について説明します。
米国全土で、歴史的に先住民族が起こし、現代では抑制された低強度の火災が頻繁に発生しないため、多くの林分が立っている樹木の量が増加しています1,2。この火災の除外により、結果として生じる過剰在庫の林分は、山火事、害虫、病気、干ばつの影響に対する森林の回復力を高めようと努力する土地管理者にとって課題となります3。樹木の量を減らすための標準的な管理方法には、規定の火、商業化前の間伐、成熟した林分収穫が含まれます。これらの操作により、低価値および価値のない木質バイオマス(しばしば残留物と呼ばれる)が大量に生成されます。例えば、米国西部の15州では、収穫作業により毎年約800万乾燥トンの残留物が生成されていると推定されています4。さらに、USDA森林局は、10年間でさらに5,000万エーカー(2,000万ヘクタール)を処理する山火事危機計画を実施しました。これにより、追加の商品化できない材料を処分する必要があり、さまざまな場所ベースのオプションの使用が必要になる可能性があります。頂上、枝、商品化できない樹木はバイオエネルギーやバイオ燃料に使用できますが、市場機会が限られているため、これらの残留物が積み重なって燃やされることがよくあります。Building Slash Pilesは、山火事や昆虫のリスクを減らし、下層植物のための成長スペースを創出し、その他の土地管理目標に対処することを目的としています。
オープンパイルバーニングは、木材の体積を減らすための低コストで比較的迅速な方法ですが、温室効果ガス5を含む煙や大気汚染物質も生成します。さらに、土壌の物理的、化学的、生物学的特性に望ましくない影響を与える可能性があり、何十年にもわたって持続する可能性のある火傷跡につながる可能性があります6。野焼きの有害な副作用を軽減するためには、気候変動、山火事のリスク、土壌の健康への悪影響を軽減する代替アプローチが必要である7。
ここでは、米国農務省、森林局、ロッキーマウンテン研究所、Air Burners, Inc.(フロリダ州パームシティ)の共同研究開発契約(CRADA)を通じて開発された、バイオ炭の連続生産のための新しい方法の使用に焦点を当てます。その結果得られた技術は、以下、バイオ炭製造エアカーテンバーナー(BACB; 図1)は、煙や粒子状の排出を制限しながら、木質残渣からバイオ炭を連続的に生成します。野焼きと比較して、BACBの機能は火災のリスクと煙の広がり8を減らし、運用可能な燃焼窓を安全に延長する道を作り出します。残渣の山を景観に残して燃料の蓄積に寄与する従来の方法9 や、主に煙と灰を生成する代替燃焼方法とは異なり、BACBは、土壌を保護し、処理現場またはその近くの土壌修復に使用できる一貫した高炭素木炭であるバイオ炭を作成しながら、燃料負荷を効果的に削減します。さらに、BACBは可動式で、丸太の踊り場、道端、キャンプ場などに簡単に設置できます。また、湿った木材や乾燥した木材、混合原料の種類、サイズを燃やすことができ、悪天候や、オープンパイルの燃焼には気象条件が危険すぎる場合にも使用できます。
BACBで生産されるバイオ炭は、一般的に70%〜90%の炭素で、多孔質で、粒度分布が一貫しているため、廃坑、丸太の着陸、スキッドトレイル、河岸地域、または農業現場でよく見られる劣化した土壌の修復に適しています。バイオ炭は、堆肥との混合物として、または家畜の肥育場で栄養素を吸着し、臭いを減らすためにも使用できます。一般に、木質残渣バイオ炭の最良の土壌使用は、粗いテクスチャーの低有機物土壌10,11で土壌凝集体の安定性と利用可能な水を強化しながら、侵食と硝酸塩浸出を減らすことです。

図1:移動式バイオ炭生産エアカーテンバーナー。 試験現場では、スラッシュとバイオ炭製造用エアカーテンバーナーの一般的な構成を示しています。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
設計・運用の概要
エアカーテンバーナーにはいくつかの種類がありますが、BACBはバイオ炭を継続的に生成します。ユニットのサイズは、長さ約7m×幅2.5m×高さ約2mです。火室の上部に沿ってエアマニホールドがあり、煙、微粒子、残り火を封じ込めるための安定した空気のカーテンを提供し、排出物の完全な酸化を促進します。最適な操作のために、火室はマニホールドのすぐ下のレベルまで負荷をかけ、火室を横切る空気の流れを途切れさせないようにします。BACBは、標準的なヒッチパッケージと適切な牽引能力を備えた任意の車両の後ろに牽引することができます。積み上げられたバイオマス(原料とも呼ばれる)の近くには、水平で滑らかな敷地が用意されていますが、敷地の周囲には十分なスペースがあり、機器やスタッフが自由かつ安全に移動できるようになっています。配置されると、ユニットは、オンボードの油圧システムを使用して火室の側面を土の上に下げることによって固定されます。ブロワーモーターは、火室の片側の長さを走るエアカーテンマニホールドを加圧します。バイオマスは最初に点灯し、燃焼して火室に石炭のベッドを確立します。その後、入ってくる材料をエアカーテンの下に保持しながら、追加のバイオマスを定期的に追加できます。材料が燃焼すると、石炭が生成され、火室の底部の開口部から落下し、そこでコンベヤーベルトによって機械から排出されます。Firebox 内の 1 つのパネルが振動して、このプロセスを容易にします。灰や細かい材料は、コンベヤーベルトを通って下の土壌に落ちます。高温の石炭は、火室の底にあるスロットから機械から出て、水で満たされた鍋に堆積され、燃焼が停止し、バイオ炭が安全に処理できる温度に冷却されます。運用を停止する準備ができたら、残りの材料を燃やすことで火室がクリアされます。通常、ユニットは一晩で冷却され、必要に応じて翌日安全に移動できます。緊急時を除いて、薪を燃やしたり冷却したりしているときにBACBを動かそうとしないでください。緊急時には、砂や土を使って火を消し、石炭を窒息させることができます。火室のセラミックタイルに直接水を噴霧しないでください。
注意: BACBの操作に関する追加の詳細は、機器に付属の取扱説明書に記載されています。
1. 現地までの移動
2. 現地での準備

図2:木材残渣を移動させる掘削機の例。 ミニショベルは、バイオ炭を生産するエアカーテンバーナーの装填に使用できます。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:クエンチ盆地の配置例。 クエンチベイスンは水で満たされ、コンベヤーベルトの前に約2インチ(5 cm)の位置に配置されています。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3. ハザード低減

図4:バイオ炭を生産するエアカーテンバーナーのコントロールパネル。 コントロールパネルは、エアカーテン、コンベヤー、およびシステムの電源をオンにし、火室を上下させるために使用されます。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
4. 運用前チェック
5. 初期装填とベースファイアの作成
6.火室への木材の追加
7. バイオ炭の生産
8. 営業の停止

図5:コンベヤベルトの下の灰とバイオ炭の例。 燃焼中、一部の灰とバイオ炭は金属製のコンベヤーベルトを通って落下します。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
9. BACBの再配置

図6:火山灰の蓄積例。 一日の終わりまでに、コンベヤーベルトの下に蓄積された灰はコンベヤーベルトに到達することができます。バイオ炭を生産するエアカーテンバーナーを設置する前に溝を掘ることは、一箇所での燃焼時間を延ばすための1つの方法です。トレンチングができない場合は、機器を前方に引っ張り、灰を毎日掃除する必要があります。この数値は12から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
2022年1月から2023年10月にかけて、BACBはさまざまな原料を熱分解してバイオ炭にしました(表1)。実地試験によると、BACBは1時間あたり約1トン(900kg)の原料を燃焼させることができ、原料の乾燥質量の約11%〜25%がバイオ炭として保持され、残りはガス(水蒸気、CO2など)と灰に送られます。炭素含有量は70%〜90%の範囲です。大きな木片(>30 cm)は、直径が2〜30 cmの木材よりも熱分解に時間がかかります。バイオ炭の量と品質は、原料の特性(サイズ、種、水分含有量など)と負荷速度に依存します。生成されるバイオ炭のサイズは1インチ(2.5 cm)以下ですが、特に実行の開始時にはより大きなピースが可能です。さらに、一部の未燃材料は起動時に開口部を通ってコンベヤーに通過することができ、これらは火室に戻したり、脇に置いたり、バイオ炭と一緒に積み上げたりすることができます。さまざまな運転条件下でのフィールド試験では、BACBは、燃料処理やその他の収穫作業から生成される木質バイオマスからバイオ炭を生成する効果的な森内方法であり、危険な燃料を削減できることが示されています。
| 生産拠点 | 原料 | おおよその緑色の重量は1時間でこじ開けられました | バイオ炭カーボン | ||||
| キログラム | % | ||||||
| アリゾナ州フラッグスタッフ | マツポンデローサ | 1360 | 64 | ||||
| オレゴン州スプリングフィールド | Pseudotsuga menziesii と Thuja plicata | 910 | 94 | ||||
| アイダホ州プリンストン | Abies grandis、Pinus contorta、 および Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 | ||||
| フロリダ州パームシティ | コナラ と マツ | 950 | 82 | ||||
| オレゴン州トールゲート | Pinus ponderosa、Abies grandis | 800 | 87 | ||||
表 1: 結果の例。 生産場所、代表的な原料、1時間での熱分解量、および連続バイオ炭生産エアカーテンバーナーからのバイオ炭炭素濃度。元素分析装置を使用して、オーブン乾燥(一定重量まで60°C)サンプルの炭素含有量を測定しました。
最適な作業員構成は、1人のミニ油圧ショベルドライバーと2人が発火点を探し、原料を積み込む場所とタイミングを指示し、クエンチパンからバイオ炭を取り外すことです。丸太が長すぎるか直径が大きい場合は、チェーンソーを操作するために4人目の人が必要になることがあります。
BACBはモバイルであるため、さまざまな現場で柔軟に作業できます。これは、土壌への影響がなく、山の燃焼よりも煙が少ないという付随的な利点と相まって、追加の生態系サービス(炭素隔離、水保持、土壌被覆、燃料の削減など)を可能にします。森林内移動式バイオ炭生産は、丸太の着陸、スキッドトレイル、林道、浸食、鉱業に関連する局所的な劣化土壌を回復するための最適な方法です。
この方法の最初の重要なステップは、火室のサイドパネルが煙の流出を防ぎ、空気が火室に入るのを防ぐために、機器が両方の軸でほぼ水平に配置されていることを確認することです。その他の重要なステップは、掘削機のオペレーターと頻繁に話し合いを行い、必要に応じて原料を火室に配置し、エアバーナーと掘削機の操作の安全面についてすべての労働者に説明することです。この装置でいくつかの変更を行うことができますが、バイオ炭の生産量が多いと、コンベヤーベルトとシェーカーパネルを連続運転するオプションがあります。主な制限は、積載率と原料の種類、サイズ、または水分含有量に依存するため、生産速度を決定するのが難しいことです。
BACBを操作する労働者は、熊手、チェーンソー、シャベルなどの消防ツールを利用できる必要があります。また、綿または難燃性の衣服、目と耳の保護具、革の手袋を着用する必要があります。ヘルメット、丈夫なブーツ、長袖シャツ、長ズボンは、掘削機からの残り火、熱、偶発的な木材放出から作業者を保護します。モバイルBACBは遠隔地に設置されることが多いため、緊急時の計画が重要です。乗組員は、特に場所が携帯電話のサービス範囲外にある場合、緊急通信の方法を持っている必要があります。多くの場合、ラジオ、衛星電話、または緊急ビーコンが使用されます。
BACBは、スラッシュパイルの余分な木質バイオマスを削減するための1つのツールです。オープンパイルやブロードキャストの燃焼をなくすことはできませんが、敏感な場所では便利です。例えば、運転には水平な面が必要なため、道端や丸太の着地での燃料負荷を減らすことができます。さらに、キャンプ場、その他のレクリエーションサイト、および野焼きからの煙が問題となる可能性のある荒野と都市のインターフェースまたは都市環境で木本残渣を除去するための優れたツールです13。バイオ炭は地元の土壌修復プロジェクトに使用でき、BACBはそれを地元で作成できます。さらに、大規模な撹乱後(ハリケーン、竜巻など)のクリーンアップも、BACB技術がバイオマスを削減し、土壌改良をもたらすことができる場所です。BACBは煙が少なく、残り火もほとんどないクリーンな燃焼であるため、野焼きが制限される条件(燃焼禁止など)で使用すると、木質残留物を処分するための別のオプションが提供されます。
エアカーテンバーナーは、米国環境保護庁(EPA)に準拠して開発され、EPAメソッド9テストを使用して、通常80%〜100%の不透明度14を持つオープンバーニングと比較して、10%未満の不透明度でクリーンな燃焼を提供します。場所ベースのバイオ炭生産の使用は、野焼き15と比較して、正味CO2eqで2〜40倍低いことがわかりました。
壊滅的な山火事は、森林林分の干ばつ、昆虫、病気の死亡率を悪化させる環境ストレスの増加により、過去10年間で北米全体で増加しています。山火事のリスクを減らすには、積極的な森林管理が必要であり、その結果、商品化できない材料が廃棄が必要になります。移動式BACBは、野焼きではなく、森林現場、キャンプ場、都市公園、または都市で使用して、木質燃料の量を減らすことができます。エアカーテンバーナーは、木質残渣16の燃焼による排出量を削減する方法として何十年にもわたって使用されており、これがこの技術を使用する主な利点です。土壌修復作業に使用する一貫したバイオ炭製品を継続的に生産する能力が追加されたことは、気候変動に対応した森林慣行を増やすという緊急のニーズに応えています17。オープンパイル燃焼の代わりに、エアカーテンバーナーは土壌への影響を制限します18、大気汚染物質と温室効果ガスの排出を削減し、この技術は、道路脇、丸太の着陸、農村コミュニティ、または危険な燃料削減処理が進行中のキャンプ場の近くで働く保全クルーを開発することにより、新しい労働力を関与させることができます。
著者は何も開示していません。
デモの実施とデータ収集にご協力いただいた多数の大学職員、国有林、土地管理局の職員に感謝いたします。この方法のフィールドワークは、米国森林局ロッキーマウンテン研究所、ワシントンD.C.、太平洋岸北西部地域の事務所の支援を受けました。本書の調査結果および結論は著者のものであり、米国または米国政府の公式な決定または政策を表すものと解釈されるべきではありません。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| CharBoss エアカーテンバーナー | Air Burners, Inc. | T26 | 、36"ランドスケープレーキ、ふるい分けショベル、1 1/8"ソケット、グリースガン、およびクエンチパン付きドライブ標準ラチェット |
| ディーゼル燃料(超低硫黄) | ローカルに購入した | ||
| ディーゼル燃料タンク | Uline | H-1849Y | または同様の |
| エンジンオイル(ディーゼルグレード) | 任意のディーゼルグレードのオイル15W40または10W40。 | ||
| ショベル | 地元のレンタル会社。 サイズが小さいほど、必要な燃料が少なくて済みます。 | ||
| 高温反焼付き潤滑油(16オンスカートリッジ) | McMaster-Carr | 1288K97 | 潤滑油圧継手作動 |
| 油 | Amsoil | HVH05-EA(ISO32)/HVG05-EA(ISO22) | 任意のISO32合成作動油、寒冷地用のISO22オプション。Amsoil ISO32は工場で取り付けられています。 |
| 大きなバケツ | Uline | 5495 | または類似 |
| の照明トーチ (プロパン) | グレインジャー | 9RCF3 | または同様の |
| 1 トン ピックアップ (またはそれ以上) | CharBoss をサイトに輸送するための | 現地 | |
| 表示ステップ | Gorilla | GLP=WP | 火室やその他のベンチ スタイルのステップに表示できるようにするための安定したステップ |
| 給水車 | 容量が300ガロン以上の給水車であれば、急冷パンへの重力式給水車を使用することができます。 | ||
| ホイールチョック | 4 インチ x 4 インチの木材または市販のチョックのブロック ヒッチング/ヒッチ解除 ユニット | ||
| <ストロング>個人用保護具 | |||
| 耳保護 | Uline | S-22141 | または同様の |
| 目の保護 | または同様の | ||
| ファイヤーシャツ | グレインジャー | 12R487 | または類似のもの |
| ファイヤーパンツ | グレイン | ジャー39EM96 | または同様の |
| ヘルメット | 安全ギア | SFTSCHH1000038126 | または同様の |
| 革手袋 | Uline | S-6777M | または同様の |
| 頑丈なブーツ | 任意の厚い底の革のブーツ。 | ||
| Emergency gear | |||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | または同様の |
| Pulaski斧 | 林業 | サプライヤー85274 | または同様の |
| 消防レーキ | 林業 | サプライヤー85210 | または同様の |