에어 커튼이 장착된 장소 기반 모바일 열분해 장치를 사용하여 지속적으로 바이오 숯을 생성하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 오픈 슬래시 말뚝 연소의 필요성을 줄여 배출량을 줄이고 토양에 미치는 영향을 줄입니다. 이 프로토콜에는 사이트 선택, 로딩 및 담금질에 대한 지침이 포함되어 있습니다.
이 논문에서
요약
초록
연료 처리 및 기타 산림 복원 간벌 관행은 가뭄, 곤충 및 질병에 대한 산림 복원력을 구축하고 지상 탄소(C) 격리를 늘리는 동시에 산불 위험을 줄이는 것을 목표로 합니다. 그러나 연료 처리는 종종 열린 더미에서 연소되는 상품화할 수 없는 목질 바이오매스 잔류물을 대량으로 생성하여 상당한 양의 온실 가스와 미립자를 방출하고 더미 아래의 토양을 손상시킬 수 있습니다. 에어 커튼 버너는 이러한 문제를 완화할 수 있는 솔루션을 제공하여 연소 작업으로 인한 연기와 미립자를 줄이고, 더미 연소에 비해 바이오매스 잔류물을 더 완전히 연소시키며, 슬래시 더미 아래의 토양에 해를 끼칠 수 있는 직접적이고 강렬한 화재 접촉을 제거하는 데 도움이 됩니다. 에어 커튼 버너에서 연소는 통제된 환경에서 이루어집니다. 연기는 에어 커튼에 의해 억제되고 재순환되므로 다양한 기후 조건(예: 바람, 비, 눈)에서 연소가 수행될 수 있으므로 슬래시 재료 처리를 위한 연소 시즌이 길어질 수 있습니다. 지속적으로 바이오 숯을 생성하는 이동식 열분해 장치는 통나무 착륙장에서 잔류 목질 바이오매스, 매립지에서 녹색 목재를 처리하거나 회수된 통나무 재료를 처리하고 그 과정에서 바이오 숯을 생성하도록 특별히 설계되었습니다. 이 고탄소 바이오 숯 출력은 화학적, 물리적, 생물학적 특성을 개선하여 토양 복원력을 향상시키는 데 사용할 수 있으며 버려진 광산 현장을 포함하여 오염된 토양을 정화하는 데 잠재적으로 적용할 수 있습니다. 여기에서는 이 장비의 일반적인 사용, 적절한 배치, 적재 방법, 담금질 요구 사항 및 이 새로운 기술 작동에 대해 배운 교훈에 대해 설명합니다.
서론
미국 전역에 걸쳐 많은 산림지대는 역사적으로 토착민에 의해 발생하고 현대에 진압된 빈번한 저강도 화재가 없는 상태에서 서 있는 나무의 양이 증가했습니다 1,2. 이러한 화재 배제로 인해 과잉 공급된 스탠드는 산불, 해충, 질병 및 가뭄 영향에 대한 산림 복원력을 향상시키기 위해 노력하는 토지 관리자에게 도전을 제기합니다3. 나무의 양을 줄이기 위한 표준 관리 관행에는 규정된 화재, 상용 전 간벌 및 성숙한 스탠드 수확이 포함됩니다. 이러한 작업은 종종 잔류물이라고 하는 가치가 낮고 가치가 없는 상당한 양의 목질 바이오매스를 생성합니다. 예를 들어, 미국 서부의 15개 주에서는 수확 작업으로 매년 약 800만 건조 톤의 잔류물이 발생하는 것으로 추정됩니다4. 또한 USDA 산림청은 10년 동안 5천만 에이커(2천만 헥타르)를 추가로 처리할 산불 위기 계획을 시행했습니다. 이로 인해 상품성이 없는 추가 자료를 폐기해야 하며 다양한 장소 기반 옵션을 사용해야 할 수 있습니다. 꼭대기, 가지 및 판매할 수 없는 나무는 바이오 에너지 또는 바이오 연료로 사용할 수 있지만 제한된 시장 기회로 인해 이러한 잔류물이 쌓이고 태워지는 경우가 많습니다. 슬래시 말뚝을 짓는 것은 산불과 곤충 위험을 줄이고, 지하층 식물을 위한 성장 공간을 만들고, 기타 토지 관리 목표를 해결하는 것을 목표로 합니다.
개방형 말뚝 연소는 목재 부피를 줄이는 저렴하고 비교적 빠른 방법이지만 온실 가스를 포함한 연기와 대기 오염 물질도 생성한다5. 또한 토양의 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 바람직하지 않은 영향을 미쳐 수십 년 동안 지속될 수 있는 화상 흉터를 유발할 수 있습니다6. 노천 소각의 해로운 부작용을 완화하기 위해서는 기후 변화, 산불 위험 및 토양 건강에 대한 부정적인 영향을 줄이는 대안적 접근 방식이 필요하다7.
여기에서는 미국 농무부, 산림청, Rocky Mountain Research Station 및 Air Burners, Inc.(Palm City, FL) 간의 협력 연구 개발 계약(CRADA)을 통해 개발된 연속 바이오 숯 생산을 위한 새로운 방법의 사용에 중점을 둡니다. 그 결과로 탄생한 기술로, 이하 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너(BACB; 그림 1)은 연기와 미립자 배출을 제한하면서 목질 잔류물에서 바이오 숯을 지속적으로 생산합니다. 개방형 연소와 비교하여 BACB의 기능은 화재 위험과 연기8의 확산을 줄여 작동 연소 창을 안전하게 확장할 수 있는 길을 만듭니다. 연료 축적에 기여하는 풍경에 잔류물 더미를 남기는 기존 방법9 또는 주로 연기와 재를 생성하는 대체 연소 방법과 달리, BACB는 토양을 보호하고 처리 현장 또는 그 근처에서 토양 복원에 사용할 수 있는 일관된 고탄소 숯인 바이오 숯을 생성하면서 연료 부하를 효과적으로 줄입니다. 또한 BACB는 이동식이며 예를 들어 통나무 착륙장, 도로변 또는 캠프장에서 쉽게 배치할 수 있습니다. 또한 젖거나 건조한 목재, 혼합 공급 원료 유형 및 크기를 태울 수 있으며 악천후와 기상 조건이 개방형 말뚝 연소에 너무 위험한 시간에 사용할 수 있습니다.
BACB에서 생산되는 바이오 숯은 일반적으로 탄소가 70%-90%이고 다공성이 높으며 입자 크기 분포가 일정하여 버려진 광산, 통나무 선착장, 스키드 트레일, 강기슭 지역 또는 농업 현장에서 자주 발견되는 황폐화된 토양을 정화하는 데 적합합니다. Biochar 또한 퇴비와 혼합하거나 가축 사육장에서 영양분을 흡착하고 냄새를 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 목질 잔류물 바이오 숯의 최상의 토양 용도는 침식 및 질산염 침출을 줄이는 동시에 거친 질감의 저유기물 토양에서 토양 응집체 안정성과 사용 가능한 물을 향상시키는 것입니다10,11.
그림 1: 모바일 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너. 테스트 사이트는 슬래시와 바이오 숯을 생성하는 에어 커튼 버너의 일반적인 구성을 보여줍니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
설계 및 운영 개요
여러 유형의 에어 커튼 버너를 사용할 수 있지만 BACB는 지속적으로 바이오 숯을 생성합니다. 유닛은 약 길이 7m x 너비 2.5m x 높이 2m입니다. 화실 상단을 따라 공기 매니폴드가 있어 내부의 연기, 미립자 및 불씨를 포함할 수 있는 안정적인 공기 커튼을 제공하고 배기 가스의 완전한 산화를 촉진합니다. 최적의 작동을 위해 화실은 매니폴드 바로 아래 수준까지 적재되어 화실 전체에 중단 없는 공기 흐름을 보장합니다. BACB는 표준 히치 패키지와 적절한 견인 용량을 갖춘 모든 차량 뒤에서 견인할 수 있습니다. 평평하고 매끄러운 현장은 쌓인 바이오매스(공급 원료라고도 함) 가까이에 준비되지만 장비와 직원이 자유롭고 안전하게 이동할 수 있도록 현장 주변에 충분한 공간이 있습니다. 일단 배치되면 온보드 유압 시스템을 사용하여 화실 측면을 토양 위로 내려 장치를 고정합니다. 송풍기 모터는 한쪽에서 화실의 길이를 달리는 에어 커튼 매니폴드에 압력을 가합니다. 바이오매스는 처음에 불을 붙이고 태워 화실에 석탄 침대를 만듭니다. 그런 다음 에어 커튼 아래로 유입되는 물질을 유지하면서 추가 바이오매스를 주기적으로 추가할 수 있습니다. 재료가 연소됨에 따라 석탄이 생성되어 화실 바닥의 개구부를 통해 떨어지고 컨베이어 벨트에 의해 기계에서 제거됩니다. 화실 내부의 한 패널은 이 과정을 용이하게 하기 위해 진동합니다. 재나 미세한 물질이 컨베이어 벨트를 통해 아래의 토양으로 떨어집니다. 뜨거운 석탄은 화실 바닥의 슬롯을 통해 기계에서 나와 물이 채워진 팬에 쌓여 연소를 멈추고 바이오 숯을 안전하게 취급할 수 있는 온도로 냉각시킵니다. 작동을 멈출 준비가 되면 남은 물질이 타도록 하여 화실을 청소합니다. 일반적으로 장치는 하룻밤 동안 냉각되고 필요에 따라 다음 날 안전하게 이동할 수 있습니다. 비상 상황이 아닌 한 나무를 타거나 냉각하는 동안 BACB를 이동하지 마십시오. 비상시에는 모래나 흙을 사용하여 불을 끄고 석탄을 질식시킬 수 있습니다. 화실의 세라믹 타일에 물을 직접 뿌리면 안 됩니다.
프로토콜
알림: BACB 작동에 대한 추가 세부 정보는 장비와 함께 제공되는 사용 설명서에서 찾을 수 있습니다.
1. 현장까지의 교통편
- 클래스 5 상업용 히치(볼 크기 2-5/16인치 또는 58.75cm)를 사용하여 BACB를 1톤 이상의 픽업 트럭에 히치하고 히치 높이를 조정하여 프레임 레일이 운송을 위해 수평이 되도록 합니다. 견인하기 전에 브레이크 컨트롤러, 분리 시스템, 브레이크, 바퀴 및 트레일러 조명을 확인하십시오.
- BACB의 여행용 안전핀이 제대로 고정되어 있고 화실이 여행용 핀 위로 내려져 있는지 확인하십시오.
- 원하는 위치에 도착하면 견인 차량에 부착된 상태에서 장치를 배치하십시오. 너무 무거워서 손으로 움직일 수 없습니다. 바퀴를 고정하고 잭 스탠드를 내립니다. 견인 차량에서 분리하십시오. 섀시(녹색 프레임)는 앞에서 뒤로 수평을 이루어야 합니다. 이를 위해 잭스탠드를 올리거나 내리십시오.
- BACB가 한 위치에 하루 이상 배치될 경우 얕은 도랑을 굴착하여 재를 축적하십시오. 트렌치를 컨베이어 벨트만큼 넓게 유지하십시오. 이 트렌치가 없으면 BACB를 동일한 위치로 이동하고 재배치하여 다음 날에도 계속 연소해야 합니다.
- 화실을 약간 들어 화실의 앞면과 뒷면에서 트래블 핀을 제거하고 인원을 청소한 다음 측면을 지면으로 내립니다. 지면에 닿으면 섀시가 올라가지만 타이어는 지면에 단단히 고정되어 있어야 합니다. 화실 측벽의 전체 길이가 토양과 접촉하지 않는 경우 장치를 더 평평한 위치로 이동하거나 삽이나 굴착기를 사용하여 현장을 평평하게 하는 것이 좋습니다.
- 화실과 동봉된 엔진 사이의 셰이커 패널을 구동하는 유압 모터가 녹색 프레임과 접촉하지 않는지 확인하십시오.
- 엔진을 시동하고 유압 장치를 초기화하기 전에 예열할 충분한 시간을 주십시오.
2. 현장 준비
- BACB를 나무 더미에 상당히 가까운 비교적 평평한 표면<3%)에 놓고 4피트(1.2m) I-빔 레벨 또는 스트링 레벨을 사용하여 화실이 수평이 되도록 합니다. 해당 지역에 머리 위 위험이 없고 미니 굴삭기(그림 2)가 공기 매니폴드를 통해 공급 원료를 자유롭게 적재할 수 있는 충분한 공간이 있는지 확인합니다.
- BACB의 에어 매니폴드가 바람과 같은 방향으로 에어 커튼을 불고 있는지 확인하십시오. 매일 전화 날씨 응용 프로그램에서 해당 지역의 우세한 풍향을 확인하거나 최종 BACB 부지 선정 전에 현장에서 풍향을 기록하십시오.
- 큰 바위, 초목 또는 파편이 있는 곳에 BACB를 두지 마십시오. 장비가 수평을 이루고 화실 측면이 낮아지면 공기 유입 및 연기 배출을 방지하기 위해 측면 주변에 흙을 깔아줍니다.
- 퀜치 팬(그림 3)을 BACB 뒷면의 평평한 바닥에 놓습니다. 컨베이어 벨트에 닿지 않도록 하십시오. 퀜치 팬에 약 40갤런(150L)의 물을 채웁니다. 필요에 따라 담금질 팬을 다시 채우기 위해 약 300갤런(1135L)의 물을 현장에 보관하십시오.
- 목질 공급 원료를 선택하고 건조 재료를 사용하여 화실에서 불을 피우십시오. 미니 굴삭기를 사용하여 화실을 적재하기 위해 근처에 충분한 공급 원료를 공급하십시오. 모든 공급 원료를 화실의 최대 길이보다 짧은 길이로 자릅니다.
알림: 대구경(약 10인치(25cm) 통나무는 더 작은 길이(~18-36인치, 45-91cm)로 톱질해야 하며 매우 큰 재료(> 20인치(50cm))는 화실에 넣기 전에 ~12-18인치, 30-45cm의 섹션으로 절단해야 합니다.
그림 2: 목재 잔여물을 이동하는 굴삭기의 예. 미니 굴삭기를 사용하여 바이오 숯 생성 에어 커튼 버너를 적재할 수 있습니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 담금질 수조 배치의 예. 담금질 수조는 물로 가득 차 있으며 컨베이어 벨트 앞에 약 2인치(5cm) 위치에 있습니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 위험 감소
- 공급 원료를 점화하기 전에 지역 공기 질 허가 기관 및 지역 소방서에 문의하여 화재 위험이 발화하기에 너무 높지 않은지, 필요한 경우 공기 질 모니터링이 마련되어 있는지 확인하십시오.
- 또한 점화하기 전에 BACB 주변의 6피트(2m) 영역에서 유기 파편을 제거하여 의도하지 않은 발화를 방지하십시오. 충전된 호스가 적절한 물 공급 장치에 연결되어 있고 BACB 급냉 팬에 물이 채워져 있는지 확인하십시오. 가능하면 의도하지 않은 점화를 억제할 수 있도록 여러 개의 5갤런(20L) 물통을 준비하십시오. 화재 위험이 높을 때 연소할 때 의도하지 않은 더 큰 발화를 진압하기 위해 스프링클러, 물 펌프 또는 휴대용 물통을 설정해야 할 필요성을 평가하십시오.
- 작업자가 기계의 측면과 후면을 자유롭게 이동하여 급냉 팬, 제어 패널(그림 4) 및 BACB의 오른쪽 후면 모서리에 있는 컨베이어의 수동 제어 지점에 접근할 수 있는지 확인합니다.
- 작업자가 매니폴드 맞은편에 있는 에어커튼 앞에서 걷지 않도록 하고 내구성이 뛰어난 비합성 의류, 눈에 잘 띄는 조끼, 안전모, 가죽 장갑, 눈 및 청력 보호구를 착용하도록 합니다.
그림 4: 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너의 제어판. 제어판은 에어커튼, 컨베이어 및 시스템 전원을 켜고 화실을 올리고 내리는 데 사용됩니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 작동 전 점검
- 공급 원료를 점화하기 전에 모든 연료 및 유체 수준과 필터를 점검하고 그리스 지점을 윤활하십시오. BACB가 작동하고 온도에 도달하면 유체 레벨, 필터 및 그리스 지점을 검사, 이동 또는 유지 관리하는 것이 불가능할 수 있습니다.
- 작동 위치에 대한 일기 예보를 확인하고 연소 중 바람이 시간당 ~20마일(시간당 30km)을 초과하지 않는지 확인하십시오.
- 점화하기 전에 미니 굴삭기 작업자와 대화를 나누어 깨끗한 연소를 보장하기 위해 목재의 적재 및 방향을 위한 수신호(또는 양방향 라디오 사용)에 동의하십시오. 미니 굴삭기 운전자에게 공기 매니폴드 위에 적재하고 공기 매니폴드 반대쪽에 공급 원료를 적재하지 않도록 조언합니다.
5. 초기 로딩 및 기본 화재 생성
- 처음에는 미니 굴삭기를 사용하여 화실에 건조 공급 원료(사용 가능한 경우)를 적재합니다. 화실이 약 2/3정도 채워질 때까지 나무를 적재하고 재료의 방향을 번갈아 가며 (즉, 한 하중은 수직이어야 하고 다음 층은 측면과 평행해야 함) 말뚝이 타는 데 도움이 되는 공기 공간을 만듭니다. 재료가 쉽게 발화할 수 있도록 재료를 꽉 묶음으로 포장하지 말고 굴삭기를 사용하여 화실의 재료를 압축하지 마십시오.
- 균일한 석탄 층을 만들기 위해 공급 원료가 전체 화실에 배치되어 있는지 확인하십시오. 균일한 충전 및 연소를 보장하기 위해 화실 끝의 공급 원료 틈에 주의하십시오.
- 나무에 디젤과 같은 점화 보조 장치를 사용한 다음 화실을 따라 여러 지점에서 프로판 토치 또는 기타 유사한 점화 장치로 불을 붙입니다.
6. 화실에 나무 추가
- 화실이 타는 잔류물과 석탄으로 약 절반이 채워질 때까지 기본 불을 태우십시오.
- 엔진을 시동하고 화재 조건에 따라 팬 속도를 조정하십시오. 매니폴드의 공기가 불을 끄지 않도록 엔진 속도를 천천히 높이십시오. 제어판의 RABBIT 단추를 눌러 엔진 속도를 높입니다(그림 4).
- 양호한 석탄 기반에 도달하면 미니 굴삭기 운전자에게 화재를 진압하지 않는 속도로 추가 공급 원료를 추가하도록 신호를 보냅니다. 추가 공급 원료가 추가되고 에어 커튼이 중단됨에 따라 짧은 시간 동안 연기가 예상됩니다. 의도하지 않은 발화를 유발할 수 있는 탈출한 스파크나 불씨가 있는지 BACB와 주변 지역을 지속적으로 모니터링합니다.
7. 바이오 숯 생산
- 기본 화재가 설정되고 추가 공급 원료가 추가되고 팬 속도가 2800rpm으로 증가하면 시스템 전원 스위치를 Biochar 로 전환합니다(그림 4). 시스템 전원이 1800psi인지 확인하십시오.
- 컨베이어와 셰이커를 켭니다. 이 두 기능은 3분마다 자동으로 순환합니다. 시스템 전원 스위치를 전환하여 지속적인 생산을 유지합니다. Biochar (그림 4). 이것은 shaker와 conveyor belt에 대한 간헐적인 타이머 메커니즘을 무시하고 각 사이클마다 많은 양의 숯이 나타날 때 사용됩니다.
- 담금질 팬에 바이오 숯을 모으고 넓은 갈퀴를 사용하여 바이오 숯을 담금질 팬 끝으로 이동한 다음 체로 쳐서 팬에서 바이오 숯을 제거하고 더미로 만듭니다.
- 레이크가 컨베이어 벨트에 걸리면 경고 스트로브가 깜박여야 합니다. 메인 제어판에서 컨베이어 스위치를 OFF 로 전환한 다음 레이크를 제거하고 벨트를 다시 시작하십시오.
- 주 제어 장치의 압력 게이지를 확인하여 셰이커 패널이나 컨베이어가 멈췄는지 확인하여 다른 경고 섬광에 대응합니다. 필요한 경우 셰이커를 꺼서 바인딩 목재가 타도록 하거나 BACB의 오른쪽 후면 모서리에 있는 수동 제어 지점에서 컨베이어 벨트를 시계 반대 방향으로 수동으로 전진시킵니다.
- 뜨거운 석탄을 완전히 담글 수 있도록 필요에 따라 담금질 팬에 물을 다시 채우십시오. 컨베이어 벨트나 화실의 세라믹 타일에 물을 뿌리지 마십시오.
- 화실에 공급 원료를 계속 추가하고 조건이 허락하는 한 바이오 숯을 만드십시오. 더 큰 직경의 목재는 숯으로 완전히 변환될 수 있도록 하루 일찍 추가해야 합니다.
8. 운영 중단
- 교대 근무가 끝나기 약 1-2시간 전에 화실 적재를 중지하십시오.
- 남은 물질이 더 이상 셰이커 패널에 닿지 않으면 셰이커를 끄 고 하루가 끝날 때 화실이나 컨베이어 벨트에 뜨거운 석탄을 두지 마십시오.
- 모든 석탄이 화실에서 나올 때까지 컨베이어 스위치를 켜 두십시오. 이 시점에서 간헐적 인 순환을 위해 Biochar 모드로 전환하는 것이 적절합니다.
- 낮에는 재가 컨베이어 벨트 아래에 축적됩니다(그림 5). 재가 컨베이어 벨트 이동을 방해하지 않도록 매일 BACB를 새로운 수평 위치로 이동하십시오.
- 불이 꺼지고 석탄이 모두 꺼지면 하루 동안 작업을 중단하십시오.
알림: 비상시에는 불타는 석탄에 흙을 적재하여 화실의 불을 끌 수 있습니다. - 컨베이어 벨트 아래의 뜨거운 재로부터 타이어를 절연하기 위해 화실의 측면을 밤새 그대로 두십시오.
그림 5: 컨베이어 벨트 아래의 재와 바이오 숯의 예. 연소하는 동안 일부 재와 바이오 숯이 금속 컨베이어 벨트를 통해 떨어집니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
9. BACB 재배치
- BACB를 견인 차량에 연결하고, 화실의 측면을 올리고, 여행 핀을 삽입하고, 잭 스탠드를 올린 다음 즉시 장치를 똑바로 앞으로 견인합니다.
- 남은 재(그림 6)를 물과 혼합하여 토양 전체에 분배하여 냉각합니다. 새로운 위치로 이동하기 전에 모든 석탄과 재 재료가 만졌을 때 차가운지 확인하십시오.
그림 6: 재 축적의 예. 하루가 끝날 때쯤, 컨베이어 벨트 아래에 축적된 재는 컨베이어 벨트에 도달할 수 있습니다. 바이오 숯을 생성하는 에어 커튼 버너를 배치하기 전에 도랑을 파는 것은 한 위치에서 연소 시간을 연장하는 한 가지 방법입니다. 도랑 파기를 선택할 수 없는 경우 장비를 앞으로 당겨 매일 재를 청소해야 합니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
결과
2022년 1월부터 2023년 10월까지 BACB는 다양한 공급 원료를 바이오 숯으로 열분해했습니다(표 1). 현장 시험에 따르면 BACB는 시간당 약 1톤(900kg)의 공급 원료를 태울 수 있으며 공급 원료의 건조 질량의 약 11%-25%는 바이오 숯으로 유지되고 나머지는 가스(수증기, CO2 등)와 재로 이동합니다. 탄소 함량 범위는 70%-90%입니다. 큰 나무 조각(>30cm)은 직경이 2-30cm 인 나무보다 열분해하는 데 시간이 더 오래 걸립니다. 바이오 숯의 양과 품질은 공급 원료 특성(예: 크기, 종, 수분 함량)과 적재 속도에 따라 다릅니다. 생산된 바이오 숯의 크기는 1인치(2.5cm) 이하이지만 특히 달리기를 시작할 때 더 큰 조각이 가능합니다. 게다가, 일부 연소되지 않은 물질은 시동 시 개구부를 통해 컨베이어로 통과할 수 있습니다., 이들은 화실에 다시 넣거나 따로 보관하거나 바이오 숯과 함께 쌓을 수 있습니다. 다양한 작동 조건에서의 현장 시험에서 BACB는 연료 처리 및 기타 수확 작업에서 생성된 목질 바이오매스에서 바이오 숯을 생성하고 위험한 연료를 줄일 수 있는 효과적인 인우드 방법인 것으로 나타났습니다.
| 생산 위치 | 공급 원료 | 1시간 내에 대략적인 녹색 중량 | 바이오 숯 탄소 | ||||
| 킬로그램 | % | ||||||
| 플래그스태프, 애리조나 주 (Flagstaff, Arizona) | Pinus ponderosa | 1360 | 64 | ||||
| 스프링필드, 오리건 주 (Springfield, Oregon) | Pseudotsuga menziesii 및 Thuja plicata | 910 | 94 | ||||
| 프린스턴, 아이다호 주 (Princeton, Idaho) | Abies grandis, Pinus contorta 및 Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 | ||||
| 팜 시티, 플로리다 주 (Palm City, Florida) | 케르쿠스와 소나무 | 950 | 82 | ||||
| 톨게이트, 오리건 주 (Tollgate, Oregon) | Pinus ponderosa, Abies grandis | 800 | 87 | ||||
표 1: 결과의 예. 생산 위치, 사용된 대표 공급 원료, 1시간 내에 열분해된 양, 연속 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너의 바이오 숯 탄소 농도. 원소 분석기를 사용하여 오븐 건조된(일정한 중량이 될 때까지 60°C) 샘플의 탄소 함량을 측정했습니다.
가장 좋은 작업자 구성은 미니 굴삭기 운전자 한 명과 발화 지점을 찾는 두 사람이 공급 원료를 적재할 위치와 시기를 지시하고 담금질 팬에서 바이오 숯을 제거하는 것입니다. 통나무가 너무 길거나 직경이 크면 전기톱을 작동하기 위해 네 번째 사람이 필요할 수 있습니다.
BACB는 이동식이 가능하여 다양한 현장에서 작업할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이는 토양 충격이 없고 말뚝 연소보다 연기가 적다는 부수적인 이점과 결합되어 추가적인 생태계 서비스(예: 탄소 격리, 물 보유, 토양 피복 및 연료 감소)를 허용합니다. 인우드 모바일 바이오 숯 생산은 통나무 착륙, 스키드 트레일, 산로, 침식 및 광업과 관련된 지역의 황폐화 된 토양을 복원하는 최적의 방법입니다.
토론
이 방법의 첫 번째 중요한 단계는 화실 측면 패널이 연기가 나가고 공기가 화실로 들어가는 것을 차단하도록 장비를 두 축에서 거의 수평으로 배치하는 것입니다. 다른 중요한 단계는 굴삭기 운전자와 자주 대화를 나누어 필요한 경우 공급 원료를 화실에 배치하고 모든 작업자에게 에어 버너 및 굴삭기 작동의 안전 측면에 대해 브리핑하는 것입니다. 이 장비로 몇 가지 수정할 수 있는 사항이 있지만 바이오 숯 생산량이 높으면 컨베이어 벨트와 셰이커 패널을 계속 실행하는 것이 옵션입니다. 주요 제한 사항은 적재 속도와 공급 원료 유형, 크기 또는 수분 함량에 따라 달라지기 때문에 생산 속도를 결정하기 어렵다는 것입니다.
BACB를 운영하는 작업자는 갈퀴, 전기톱, 삽과 같은 소방 도구를 사용할 수 있어야 합니다. 또한 면이나 방염복, 눈과 귀 보호구, 가죽 장갑을 착용해야 합니다. 안전모, 튼튼한 부츠, 긴팔 셔츠, 긴 바지는 불씨, 열 및 굴삭기에서 우발적인 목재 방출로부터 작업자를 보호합니다. 모바일 BACB는 원격 위치에 배치되는 경우가 많으므로 비상 계획이 중요합니다. 승무원은 특히 위치가 휴대 전화 서비스 범위를 벗어난 경우 비상 통신 방법을 갖추어야 합니다. 종종 라디오, 위성 전화 또는 비상 비콘이 사용됩니다.
BACB는 슬래시 더미에서 과도한 목질 바이오매스를 줄이기 위한 한 가지 도구입니다. 열린 말뚝이나 방송 연소를 제거하지는 않지만 민감한 영역에서 유용합니다. 예를 들어, 작동을 위해 평평한 표면이 필요하기 때문에 도로변이나 통나무 층계참에서 연료 부하를 줄일 수 있습니다. 또한, 캠프장, 기타 레크리에이션 장소, 그리고 노천 연소로 인한 연기가 문제가 될 수 있는 황무지-도시 인터페이스 또는 도시 환경에서 목질 잔류물을 제거하는 데 좋은 도구입니다13. Biochar 지역 토양 정화 프로젝트에 사용할 수 있으며 BACB는 현지에서 생성할 수 있습니다. 또한 대규모의 사후 교란(예: 허리케인, 토네이도) 정화는 BACB 기술이 바이오매스를 줄이고 토양 개선을 제공할 수 있는 또 다른 장소입니다. BACB는 연기가 적고 불씨가 거의 없이 깨끗하게 연소되기 때문에 개방형 연소를 제한하는 조건(예: 연소 금지)에서 사용하면 목질 잔류물을 처리할 수 있는 또 다른 옵션을 제공합니다.
에어 커튼 버너는 미국 환경 보호국(EPA)에 따라 개발되어 일반적으로 80%-100% 불투명도14를 갖는 개방형 연소와 비교하여 EPA Method 9 테스트를 사용하여 10% 미만의 불투명도로 깨끗한 연소를 제공합니다. 장소 기반 바이오 숯 생산의 사용은 개방 연소와 비교할 때 순 CO240 eq에서15-2 배 낮은 것으로 나타났습니다.
지난 10년 동안 북미 전역에서 재앙적인 산불이 증가하고 있는데, 이는 산림지대의 가뭄, 곤충 및 질병 사망률을 악화시키는 환경 스트레스 증가로 인한 것입니다. 산불 위험을 줄이려면 적극적인 산림 관리가 필요하며, 이로 인해 상품성이 떨어지는 물질이 폐기되어야 합니다. 개방형 연소 대신 이동식 BACB를 사용하여 산림 사이트, 캠프장, 도시 공원 또는 도시에서 목질 연료의 양을 줄일 수 있습니다. 에어 커튼 버너는 목질 잔류물16 연소로 인한 배출량을 줄이는 방법으로 수십 년 동안 사용되어 왔으며, 이것이 이 기술을 사용하는 주요 이점입니다. 토양 복원 작업에 사용하기 위해 일관된 바이오 숯 제품을 지속적으로 생산할 수 있는 추가 능력은 기후 스마트 산림 관행을 증가시켜야 하는 긴급한 필요성에 부응합니다17. 에어커튼 버너는 개방형 말뚝 연소대신 토양에 미치는 영향을 제한하고 대기 오염 물질과 온실 가스 배출을 줄이며, 이 기술은 도로변, 통나무 선착장, 농촌 지역 사회 또는 유해 연료 감소 처리가 진행 중인 캠프장 근처에서 작업하는 보존 팀을 개발하여 새로운 인력을 참여시킬 수 있습니다.
공개 사항
저자는 밝힐 것이 없습니다.
감사의 글
우리는 시연을 실시하고 데이터를 수집하는 데 도움을 준 수많은 대학 직원, 국유림 및 국토 관리국 직원에게 감사드립니다. 이 방법에 대한 현장 연구는 미국 산림청 로키 마운틴 연구소, 워싱턴 D.C. 및 태평양 북서부 지역 사무소의 지원을 받았습니다. 이 간행물의 연구 결과 및 결론은 저자의 것이며 공식적인 U.S.D.A. 또는 미국 정부의 결정이나 정책을 나타내는 것으로 해석되어서는 안 됩니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| CharBoss 에어 커튼 버너 | 에어 버너, Inc. | T26 | 36인치 조경 레이크, 체질 삽, 1 1/8" 소켓이 있는 1/2" 드라이브 표준 래칫, 그리스 건 및 담금질 팬 |
| 디젤 연료(초저황) | 현지 구매 | ||
| 디젤 연료 탱크 | Uline | H-1849Y | 또는 이와 유사한 |
| 엔진 오일(디젤 등급) | 모든 디젤 등급 오일 15W40 또는 10W40. | ||
| 굴삭기 | 현지 렌탈 회사 크기가 작을수록 연료가 덜 필요합니다. | ||
| 고온 고착 방지 윤활제(16oz 카트리지) | McMaster-Carr | 1288K97 | 윤활 유압 피팅 |
| 유압 오일 | Amsoil | HVH05-EA(ISO32) /HVG05-EA(ISO22) | 모든 ISO32 합성 작동유, 추운 날씨를 위한 ISO22 옵션. Amsoil ISO32는 공장에서 설치됩니다. |
| 대형 버킷 | Uline | 5495 | 또는 유사한 |
| 조명 토치 (프로판) | Grainger | 9RCF3 | 또는 유사한 |
| 1톤 픽업 (또는 그 이상) | CharBoss를 현장으로 운송하기 위해 | 현지 | |
| 관람 단계 | Gorilla | GLP=WP | 화실이나 다른 벤치 스타일 단계에서 시청을 허용하는 안정적인 단계 |
| 물 트럭 | 최소 300 갤런 용량의 사용 가능한 모든 물 트럭; 물을 담금질 팬에 중력 공급하는 데 사용할 수 있습니다. | ||
| 휠 초크: | 4"x 4" 목재 블록 또는 히치잉/히치 해제 중 시판되는 쐐기 | ||
| <강력>개인 보호 장비 | |||
| 귀 보호 | Uline | S-22141 | 또는 이와 유사한 |
| 눈 보호 | Amazon | 또는 이와 유사한 | |
| 파이어 셔츠 | Grainger | 12R487 | 또는 이와 유사한 |
| 소방 바지 | Grainger | 39EM96 | 또는 이와 유사한 |
| 안전모 | 할인 안전 장비 | SFTSCHH1000038126 | 또는 이와 유사한 |
| 가죽 장갑 | Uline | S-6777M | 또는 이와 유사한 |
| 튼튼한 부츠 | 두꺼운 밑창, 가죽 부츠. | ||
| Emergency gear | |||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | 또는 이와 유사한 |
| Pulaski 도끼 | 임업 공급업체 | 85274 | 또는 이와 유사한 |
| Fire rake | 임업 공급업체 | 85210 | 또는 동급 |
참고문헌
- 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).
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- 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).
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- 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).
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- 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).
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- 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).
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