Grupa Zasobów Biomasy w Utah (UBRG) rozbudowała proste piece do wypalania biowęgla w innowacyjnym podejściu do redukcji niebezpiecznych paliw i produkcji biowęgla za pomocą metalowych skrzynek, zwanych piecami Big Box, które pozwalają na produkcję biowęgla w drewnie. W tym artykule przedstawiono działanie pieca do wypalania biowęgla Big Box i najlepsze praktyki.
Artykuł metodologiczny
Obsługa pieca do biowęgla Big Box i najlepsze praktyki
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Piece do wypalania biowęgla Big Box są alternatywą dla otwartego spalania, która pozwala na produkcję biowęgla w drewnie w prostym metalowym pudełku bez ruchomych części. Podejście to opiera się na technologii stosowanej przez producentów węgla drzewnego od wieków, ale z nowoczesnym, zmechanizowanym podejściem. Minikoparka lub inna maszyna służy do załadunku, konserwacji i opróżniania pieców. W tym artykule przedstawimy najlepsze praktyki dotyczące pieców na biowęgiel Big Box, w tym projektowanie, transport, umieszczanie, ładowanie, oświetlenie, hartowanie i procedury zrzucania dla początkujących opracowujących własne programy pieców do wypalania biowęgla Big Box.
Produkcja biowęgla wymaga środowiska o niskiej zawartości tlenu, a piece Big Box używają metody płomienia (czasami nazywanej kurtyną płomienia) do spalania materiału przy ograniczonej produkcji dymu. Piece te zostały zaprojektowane tak, aby można je było łatwo przetransportować na miejsce za pomocą przyczepy o odpowiednich parametrach. Minikoparka lub inna maszyna służy do załadunku, konserwacji i opróżniania pieców. Autor nie jest świadomy bardziej dostępnych sposobów sekwestracji trwałego węgla na farmie, ranczu lub na podwórku. W tym artykule przedstawiono najlepsze praktyki dotyczące pieca do wypalania biowęgla Big Box, w tym projektowanie, transport, umieszczanie, ładowanie, oświetlenie, hartowanie i procedury zrzucania dla początkujących opracowujących własne programy pieców do wypalania biowęgla Big Box.
Wprowadzenie
Niebezpieczne paliwa stanowią poważny problem na dzikich terenach na całym Zachodzie1. Ponieważ osoby zarządzające pożarnictwem niewiele mogą zrobić, aby kontrolować pogodę, kontrolowanie paliw jest ich najlepszą opcją2. Celem tej metody jest dostarczenie nowego, skalowalnego narzędzia do redukcji odpadów drzewnych przy jednoczesnej produkcji biowęgla w sposób ekonomiczny i praktycznie dostępny. Leśnicy tradycyjnie ułożenie i spalenie materiału pochodzącego z projektów wyrębu i redukcji zużycia paliwa, ale ograniczenia dotyczące jakości powietrza i dłuższe sezony pożarów sprawiły, że spalanie w otwartych stosach stało się znacznie trudniejsze w ciągu ostatnich dziesięcioleci3. Ponadto wykazano, że spalanie w otwartym stosie powoduje potencjalne długoterminowe uszkodzenia gleby spowodowane nadmiernym ciepłem4. Wszystkie te wyzwania stanowią powód, dla którego UBRG opracowuje tę technikę produkcji biowęgla. UBRG postawiło sobie za cel zapewnienie taniego i łatwo dostępnego podejścia do redukcji niebezpiecznych paliw, które zaowocuje cennym produktem5. To podejście polegające na przekształcaniu paliw w surowce i próbach uzyskania wartości z drewna o niskiej wartości jest pełne wyzwań. Takie podejście zachowuje część tego węgla, który w przeciwnym razie zostałby utracony w wyniku spalania lub gnicia, i przetwarza go w trwałą formę, z okresem połowicznego rozpadu zbliżającym się do 1000 lat w glebie6; Jest to 10-1000 razy dłuższy czas przebywania większości materii organicznej w glebie7.
Proces projektowania pieca Big Box rozpoczął się od przeglądu innych pochodnych technologii wywodzącej się z Japonii. W 2011 roku Inoue et al.8 poinformowali o wydajności karbonizacji i jakości biowęgla produkowanego w "bezdymnym piecu na węgiel drzewny M50" produkowanym przez firmę Moki w Japonii. Biowęgiel był produkowany w tych małych piecach w kształcie stożka o wydajności konwersji od 13% do 19,5% w przeliczeniu na suchą masę. Autorzy stwierdzili, że wartości węgla stałego i zawartości węgla w karboniku były równe wartościom węgla drzewnego wytwarzanego metodą retortową w temperaturze około 600 °C.
Kształt Big Box został po raz pierwszy zaproponowany przez Kelpie Wilsona w studium wykonalności dla Służby Leśnej Północnej Dakoty na temat karbonizacji drzew w pasach ochronnych. Wilson zasugerował użycie zmodyfikowanego stalowego śmietnika na śmieci jako pieca do wypalania płomieni do przetwarzania materiałów o większych rozmiarach. Konstrukcja pieca Big Box zawiera kilka ulepszeń koncepcji, które pomagają w trwałości, użyteczności i mobilności, jak opisano poniżej. Rysunek Wilsona zawiera sugestie dotyczące zmiany przeznaczenia w tym celu pojemników, takich jak śmietniki i zbiorniki na ropę; Jednak ponownie wykorzystany materiał został na ogół pomalowany lub ocynkowany i może narażać uczestników warsztatów na działanie szkodliwych chemikaliów w powietrzu.
Emisje z pieca Big Box nie zostały jeszcze zgłoszone, ale Cornelissen et al.9 przeprowadzili testy emisji na kilku różnych typach pieców Kon-Tiki (piec z głębokim stożkiem) i stwierdzili, że emisje były generalnie niższe niż te z otwartego spalania surowców biomasy. Przetestowali również biowęgiel wyprodukowany pod kątem wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i stwierdzili, że poziomy WWA były znacznie niższe od norweskiego maksymalnego dopuszczalnego poziomu ryzyka (MTR) dla gleby. Analiza cyklu życia pieca Oregon Kiln (płytkiego pieca w kształcie piramidy) wykazała, że praca pieca z czapką płomieniową w lesie była ujemna pod względem emisji dwutlenku węgla, co skutkowało sekwestracją netto węgla atmosferycznego w glebie10.
Jednym z ograniczeń podejścia Big Box jest mokry surowiec. Podczas gdy dwie partie dziennie materiału o dużej średnicy w tych piecach są rozsądnym oczekiwaniem w suchym klimacie i suchym paszy, jedna partia dziennie jest bardziej rozsądnym oczekiwaniem w miejscach o wyższej wilgotności i wilgotności paliwa. Suchy surowiec jest bardziej produktywny; Mokry surowiec ograniczy produktywność pieca. Mokry surowiec w mokry dzień nie sprawdza się dobrze. Surowiec mokry o średnicy mniejszej niż 10 cm będzie pirolizował bardziej kompletnie niż surowiec mokry o większej średnicy. Suchy materiał można łatwo poddać pirolizie w mokrą i/lub śnieżną pogodę. Piece Big Box z powodzeniem pirolizują suche kłody o długości pieca do 0,76 m (30 cali) średnicy i gałęzie o średnicy mniejszej niż 1 cm.
Piec jest traktowany przez większość regulatorów jakości powietrza jak spalanie na otwartym stosie, a w Utah pozwolenie jest udzielane tylko z trzydniowym wyprzedzeniem, co utrudnia planowanie, zwłaszcza w miesiącach zimowych, kiedy inwersje atmosferyczne są powszechne wokół naszych społeczności. Koszt przeprowadzenia spalania biowęgla jest znacznie wyższy niż samego spalenia pryzmy, co stanowi kolejne ograniczenie tego podejścia. Technika ta jest pierwszą opublikowaną metodą low-tech do produkcji biowęgla na skalę, która pozwala na rezygnację z kosztownego wstępnego przetwarzania surowców, takiego jak mielenie i rozdrabnianie przed pirolizą. Ta metoda jest przydatna w przypadku większości szczątków drzewnych, które nie zostały rozdrobnione ani przetworzone poza cięciem na łatwe do opanowania rozmiary. Ta metoda nie jest przydatna w przypadku małych surowców w kawałkach lub surowców, które tworzą maty lub kulki materiału, takiego jak trawy, słoma kukurydziana i łuski ryżowe.
Projektowanie pieca
BB12 to dwuścienny piec o długości 3,7 m (12 stóp), szerokości 1,8 m (6 stóp) i wysokości 1,2 m (4 stopy), wykonany ze stali o grubości 14. Rozmiar i kształt mogą być różne. Plany są dostępne na stronie internetowej UBRG11. Powietrze nie jest wpuszczane do pieca, z wyjątkiem jego górnej części; Ma to kluczowe znaczenie dla opracowania nasadki płomienia, która pochłania większość materiałów palnych, gdy unoszą się one przez kolumnę ciepła. Zobacz Rysunek 1, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat wewnętrznych narożników pieca. Wyjątkiem jest otwór odpływowy, określany jako drzwi dla psa, pokazany w Rysunek 2, ponieważ jest podobny rozmiarem do zwykłych drzwi dla psa. Posiada przesuwny kawałek metalu z uchwytem, dzięki czemu można go docisnąć do środka podczas pracy pieca i podnieść (Uwaga: gorący), gdy jest gotowy do opróżnienia pieca.
Dwie ściany są oddzielone, aby zapewnić szczelinę powietrzną12 i są otwarte na górze i nie są całkowicie uszczelnione na dole, z wyjątkiem wnętrza pieca. Zobacz Rysunek 3, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat szczeliny powietrznej i górnej części ścian. Unikaj zamkniętych przestrzeni, aby uniknąć problemów podczas rozszerzalności cieplnej i wynikającego z tego skurczu. Piece jednościenne są nadal skuteczne w zmniejszaniu ilości niebezpiecznych paliw i produkcji biowęgla, ale piec o podwójnych ściankach pozwala sprzętowi i operatorom zbliżyć się do nich przy mniejszym narażeniu na ciepło. Jeśli produkcja biowęgla jest najważniejszym celem, piec dwuścienny może być bardziej skuteczny. Jeśli głównym celem jest redukcja paliw niebezpiecznych, a biowęgiel jest drugorzędny, piec jednościenny jest prawdopodobnie wystarczający.
Protokół
1. Transport na miejsce
- Załaduj BB12 na przyczepę do transportu za pomocą minikoparki (z kciukiem) i łańcuchami LUB wózka widłowego 4 x 4, wykorzystując kieszenie na widły.
UWAGA: Wszystkie dalsze odniesienia do minikoparki zakładają, że ma ona sprawny kciuk z łyżką. - Przymocuj piec do przyczepy za pomocą pasów zapadkowych o sile zrywającej ponad 1 361 kilogramów (3 000 funtów) każdy. Zobacz Rysunek 4 dla przykładu.
- Rozładuj piec za pomocą minikoparki lub wózka widłowego lub przywiąż go do drzewa/pojazdu i odjedź tak, pozwalając mu spaść na ziemię. Po dotarciu na miejsce przeciągnij piec po ziemi na płozach za pomocą pickupa i pasów.
2. Przygotowanie na miejscu
- Umieść BB12 na stosunkowo płaskiej powierzchni (nachylenie < 10%) dość blisko stosu drewna, upewniając się, że panel odpływowy drzwi psa znajduje się po stronie zbocza, jeśli znajduje się na zboczu.
UWAGA: Panel spustowy drzwi psa powinien być zamknięty podczas pracy. - Wybierz surowce, którymi mogą być dowolne gatunki drzewiaste. Używaj małego, suchego materiału, aby uruchomić piec, szczególnie podczas pracy z mokrym wsadem.
- Zbierz i ułóż odpowiednią ilość surowca, aby zasilić piec. Przytnij cały surowiec na długość krótszą niż maksymalny wymiar pieca, aby łatwo się zmieścił.
3. Redukcja zagrożeń
- Przed zapłonem należy skontaktować się z lokalnymi organami ds. pożaru i jakości powietrza, aby upewnić się, że zagrożenie pożarowe nie jest zbyt wysokie dla zapłonu i że przepisy dotyczące jakości powietrza nie wpływają na plany spalania. Pamiętaj, aby powiadomić lokalne władze przeciwpożarowe o planach przed zapłonem.
- Przed zapłonem zbuduj linię ognia (ścieżka o szerokości 1 stopy zeskrobana do gleby mineralnej) całkowicie wokół pieca, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się ognia. Przed zapaleniem pieca upewnij się, że naładowany wąż jest podłączony do odpowiedniego źródła wody, w zależności od aktualnego zagrożenia pożarowego, w celu kontroli pożaru.
4. Załadunek i oświetlenie pieca
- Załaduj do pieca losowo surowiec za pomocą minikoparki; wielkość/kolejność dodawania surowców nie ma znaczenia. Zobacz Rysunek 5 dla obrazu załadowanego pieca.
- Ułóż warstwę paliw (surowca) o mniejszej średnicy na wierzchu pieca, aby pomóc w szybkim zapłonie.
- Po załadowaniu zapal piec palnikiem kroplowym, palnikiem propanowym lub innym urządzeniem zapłonowym, zapalając najpierw górną część pieca. Zobacz Rysunek 6 pokazuje zdjęcia oświetlenia pieca i jego działania.
5. Piec pielęgnacyjny
- Pozwól piecowi spalić się i dodaj paliwo, gdy pozwala na to ogień; spodziewaj się krótkiego okresu wytwarzania dymu po dodaniu materiałów do pieca. Zauważ, że nasadka płomienia wkrótce się zreformuje i będzie nadal zużywać materiały palne, gdy unoszą się one w kolumnie ciepła/dymu. Pielęgnuj piec jak ognisko; Dodanie zbyt dużej ilości paliwa na raz zdusi ogień, ale zbyt małe spowoduje zgaśnięcie ognia. Zobacz Rysunek 7 dla obrazu płomienia.
- Monitoruj piec i otaczającą roślinność pod kątem ulatniających się iskier lub żaru, które mogą spowodować niepożądany zapłon.
- Kontynuuj pielęgnację/załadunek pieca w ten sposób, aż piec będzie pełny/ surowiec zostanie wyczerpany/koniec zmiany.
6. Hartowanie
- Gdy piec jest pełny lub prawie pełen węgli, a spalanie płomieniowe ustępuje miejsca tleniu się lub żarzeniu spalania, należy schować, aby zatrzymać spalanie i zachować węgle. Rysunek 8 pokazuje piec gotowy do wygaszania.
- Użyj węża o średnicy 3.8 cm (1.5 cala) i pompy wodnej (często nazywanej pompą objętościową lub pompą do śmieci w wypożyczalniach) ze źródła wody lub ciężarówki z wodą, aby ugasić piec przy użyciu około 300 galonów wody. Utopić węgle; Kontynuuj dolewanie wody, aż węgle znajdą się w stojącej wodzie i mieszaj za pomocą minikoparki, aby wyeliminować suche gorące punkty i ciągłe spalanie. Rysunek 9 pokazuje gaszenie za pomocą węża.
- Gdy piec zostanie całkowicie ugaszony, otwórz drzwiczki psa, aby spuścić wodę, co sprawi, że piec będzie lżejszy do wysypywania biowęgla.
7. Napiwki
- Gdy piec zostanie całkowicie ugaszony i opróżniony, wylej zawartość na ziemię przylegającą do pieca.
- Najpierw przygotuj obszar, używając maszyny do zbudowania linii ognia wokół miejsca, w którym będą węgle, i zeskrob z tego miejsca wszelkie paliwa, w tym trawę, patyki, zarośla i kłody.
- Użyj maszyny i łańcuchów/pasków, aby przeciągnąć piec w kierunku maszyny. Rysunek 10 pokazuje przechylanie pieca przez mini-koparkę.
- Monitoruj wysięgnik/węże/złączki hydrauliczne minikoparki pod kątem narażenia na ciepło; od czasu do czasu umieść grzbiet dłoni najpierw w pobliżu, a następnie na tych częściach, aby upewnić się, że nie są zbyt gorące, aby ich dotknąć; jeśli tak, pozwól im natychmiast ostygnąć.
8. Zimny końcowy
- Przed opuszczeniem miejsca należy upewnić się, że ogień został ugaszony, przesuwając rękami całą ilość wyprodukowanego biowęgla. Upewnij się, że jest całkowicie chłodny w dotyku, aby wezwać ogień.
UWAGA: BB12 jest dostarczany z pokrywkami, które mogą być używane ze względów bezpieczeństwa; W przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej, takiej jak zbiegły się pożar lub obrażenia, pokrywy można umieścić na piecu, aby zapobiec wydostawaniu się iskier/żaru z pieca, a obszar można bezpiecznie ewakuować. Procedura może zostać wstrzymana w dowolnym momencie. W miejscach o wysokiej wilgotności, gdzie zagrożenie pożarowe jest na ogół niskie, pokrywki mogą nie być konieczne.
Wyniki
Od października do marca w piecach Big Box przeprowadzono pirolizę różnych rodzajów surowców w celu otrzymania biowęgla (Tabela 1). Im bardziej suche i czyste są paliwa, tym wyższa jest wydajność pieców. Średnica paliw ma mniejsze znaczenie – w piecach pirolizowano pełnowymiarowe kłody o średnicy przekraczającej 76 cm; jednakże, jeśli najważniejszym aspektem projektu jest produkcja biowęgla, należy zauważyć, że wypełnienie pieców surowcem o bardziej jednolitym rozmiarze może przynieść najwyższą wydajność biowęgla. Piece można eksploatować w sposób maksymalizujący produkcję biowęgla, maksymalizujący zużycie niebezpiecznych paliw lub koncentrujący się na dowolnym punkcie pomiędzy tymi przeciwstawnymi celami.
Pokrywy są ciężkie i ostre, dlatego nie wolno ich przenosić w pojedynkę. Rycina 11 przedstawia przenoszenie pokrywy przez dwie osoby. Najlepiej, aby przy piecu czuwało od 2 do 3 osób: jedna obsługująca urządzenie, a pozostałe monitorujące wystąpienie pożarów punktowych, przycinające piłą spalinową materiały zbyt długie, by zmieściły się w piecu, oraz zbierające niewielkie kawałki palącego się materiału, które mogły wypaść z pieca.
Płozy znajdujące się na spodzie pieca umożliwiają jego przeciąganie na krótkich dystansach. Piece można przeciągać na odległość co najmniej ćwierć mili po drogach gruntowych i po ziemi. Rycina 12 przedstawia holowany piec. Gdy ostatnia część stosu surowca zostanie umieszczona w piecu, zamiast kończyć partię i chłodzić częściowo wypełniony piec, bardziej wydajne jest przeciągnięcie go między stosami podczas pracy, przy użyciu samochodu pick-up i pasów. W pobliżu dna pieca znajdują się uchwyty do mocowania pasów lub łańcuchów do przeciągania. Następnie, po dotarciu do nowego stosu, operatorzy mogą kontynuować załadunek pieca zgodnie z instrukcjami.
Zazwyczaj pozostają kłody, które nie uległy całkowitej pirolizie do postaci biowęgla; można je dodać do następnego wypału w piecu lub rozrzucić w lesie jako grube resztki drzewne, co przynosi korzyści ekologiczne lub może być wykorzystane w zastosowaniach związanych z Hügelkultur (drewno jest usypywane i zakopywane w celu stworzenia podwyższonej grządki ogrodowej). Rysunek 13 przedstawia niecałkowicie spirolizowane kłody, czasem nazywane kośćmi.
Rycina 1: Wnętrze pustego pieca. Wnętrze pustego pieca; należy zwrócić uwagę na brak szczelin powietrznych. Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.
Rycina 2: Otwarty otwór doprowadzający (dog door). Otwór doprowadzający jest częściowo otwarty, a woda wypływa z pieca po zakończeniu hartowania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 3: Szczelina między ścianami. Szczelina między ścianami pieca, wykazująca brak zamkniętych jam. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rysunek 4: Piec zabezpieczony do transportu. Do bezpiecznego transportu pieca wykorzystano pasy mocujące i przyczepę. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rysunek 5: Załadunek pieca. Piec jest załadowywany drewnem z oliwnika rosyjskiego, co obrazuje metodę załadunku oraz brak organizacji wewnątrz pieca. Przykład pieca załadowanego lekkimi surowcami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 6: Zapalanie stosu. Operator używa pochodni kropelkowej do zapalenia od góry załadowanego stosu. Przykład stosu załadowanego ciężkimi materiałami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 7: Czatka płomienia. Czatka płomienia uformowana nad górną częścią pieca, z minimalną ilością widocznego dymu wydostającego się z pieca; przejrzysty widok na krajobraz w tle. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Rysunek 8: Gotowość do gaszenia. Prawie pełny piec przechodzący z spalania z płomieniem na spalanie żarowe; moment, w którym rozpoczyna się gaszenie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Rycina 9: Chłodzenie. Użycie węża strażackiego do wylania około 1 100 litrów wody na węgle w piecu w celu zatrzymania spalania i zachowania węgla drzewnego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Rycina 10: Wysypywanie. Mini-koparka jest używana do przechylenia pieca do biowęgla BB16 Big Box w celu opróżnienia węgla i rozpoczęcia kolejnej partii. W tle widoczny jest drugi pracujący piec; jedna maszyna może obsługiwać jednocześnie kilka pieców. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rycina 11: Pokrywy. Dwóch operatorów w ciężkich skórzanych rękawicach współpracuje przy nakładaniu pokrywy na piec. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Rycina 12: Holowanie. Pasy są używane do przymocowania (wciąż palącego się) pieca za dolne uchwyty do samochodu pickup i przeciągnięcia go po gruntowej drodze do następnej pryzmy surowca. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 13: Kości. Niecałkowicie spirolizowany materiał, nazywany kośćmi, z poprzedniej partii jest dodawany do pieca przed rozpoczęciem nowej partii. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| piece duże w | Piroliza | Biowęgiel | |
| Okręg Logan Ranger District w Lesie Narodowym Uinta-Wasatch-Cache w listopadzie | 22 000 kg | jałowiec | 14 metrów sześciennych |
| Moab, Utah w styczniu | 1,200 kg | surowiec z oliwnika rosyjskiego | 8 metrów sześciennych |
| Mill Hollow w National Forest Uinta-Wsatch-Cache w listopadzie | 25 000 kg | świerk Engelmanna i jodło-świerk alpejska o dużej średnicy | 16 metrów sześciennych |
| W pobliżu Dillon w stanie Montana, w październiku | 10 000 kg | Surowiec z jodły zachodniej | 10 metrów sześciennych |
| Pine Valley Ranch, Utah, w marcu | 24 000 kg | surowiec z topoli drżącej, jodły wysokogórskiej i świerka Engelmanna | 14 metrów sześciennych |
Tabela 1: Piroliza różnych surowców w piecach typu Big Box.
Dyskusja
Zazwyczaj część biowęgla produkowanego na miejscu jest zbierana przez uczestników warsztatów w wiadrach lub workach i stosowana w ogrodach lub projektach rolniczych. Biowęgiel jest kruchy i można go rozbić na małe kawałki, aby łatwiej wkomponować go w glebę, przejeżdżając po nim pojazdem, nadepnąwszy na niego z twardą powierzchnią pod spodem lub zacierając go łyżką minikoparki. Materiał ten może być również określany jako węgiel drzewny i został zebrany do gotowania na węglu drzewnym na świeżym powietrzu, potencjalnie zapewniając lokalnie pozyskiwany materiał, który dodaje kulinarnych cech posiłku.
Porównując piece do wypalania biowęgla Big Box z innymi metodami produkcji biowęgla12, mobilne karbonizatory mogą przetwarzać 63 502 kg dziennie (70 ton), w porównaniu z 12 500 kg dziennie w przypadku pieca Big Box. Koszt mobilnych karbonizatorów jest znacznie wyższy niż pieca Big Box, zaczynając od 500 000 USD na zakup, w przeciwieństwie do mniej niż 10 000 USD na wyprodukowanie pieca Big Box. Chociaż pojedynczy piec Big Box może przetworzyć tylko 20% materiału, który może przetworzyć mobilny karbonizator, będzie to kosztować tylko 2% ceny zakupu mobilnego karbonizatora.
Podgrzewane piece ślimakowe mogą przetwarzać do 5 443 kg biomasy dziennie, co jest znacznie niższą wydajnością niż 12 500 kg dziennie w piecach typu Big Box. Dodatkowo, koszt wstępnego przetwarzania (rozdrabniania) materiału może być większy niż faktyczna piroliza materiału. Co więcej, wyrafinowane maszyny, takie jak podgrzewany ślimak, nie tolerują zabrudzonego surowca, który jest powszechny w pracach leśnych; łopata ziemi może wyłączyć piec ślimakowy, podczas gdy piec Big Box może tolerować kilka łopat ziemi bez znaczącego wpływu na operację. Wreszcie, koszt pieca ślimakowego może być z łatwością 10 razy wyższy niż w przypadku pieca Big Box.
Pierwszy zbudowany piec Big Box jest określany jako BB16, ponieważ mierzy 4,9 m (16 stóp) długości i 2,4 m (8 stóp) szerokości i jest konstrukcją jednościenną. Pierwotnie miał 1,8 m wysokości i ważył blisko 1360 kg (3000 funtów), co wymagało większej koparki, wykwalifikowanego operatora i niskiej przyczepy, co prowadziło do wyzwań związanych z planowaniem. To podejście było zbyt duże, aby poradzić sobie z typowymi ładunkami paliwa w stanie Utah, a przy wysokości 1,8 m (6 stóp) bardzo trudno było oświetlić lub zobaczyć, co dzieje się wewnątrz pieca. Aby rozwiązać te problemy, aby lepiej przeskalować to podejście do ładunków paliwa w stanie Utah i uczynić je bardziej dostępnym dla przeciętnego zarządcy lasu, wysokość została zmniejszona do 1,2 m (4 stopy) wysokości. Ułatwia to zajrzenie do środka i zapłon. Udało mu się również obniżyć jego wagę do 1043 kg (2300 funtów), co sprawiło, że można go było transportować za pomocą bardziej dostępnego pickupa i przyczepy, a także przemieszczać się i obsługiwać za pomocą minikoparki, która nie wymaga wcześniejszego doświadczenia i można ją wypożyczyć w większości wypożyczalni sprzętu.
Drugi piec zbudowany przez UBRG jest konstrukcją dwuścienną, co pozwala na lepszą ochronę cieplną operatorów i urządzeń znajdujących się w pobliżu pieca oraz pozwala na bardziej równomierne ogrzewanie wewnątrz pieca13. Częścią tej modyfikacji było przejście ze stali 12-grubościowej na stal o grubości 14, która jest cieńsza i lżejsza. UBRG przeprowadził dziesiątki wypaleń w tych piecach i chociaż miejscami są one nieco wygięte, nie wykazują jeszcze żadnych oczywistych oznak zmęczenia metalu związanego z ciepłem. Z pewnością prawdopodobne jest dodatkowe uczenie się i jest wiele miejsca na ciągłe innowacje.
BB12 o podwójnych ściankach to konstrukcja, która przyciągnęła najwięcej uwagi i jest prawdopodobnie najbardziej dostępna/praktyczna dla paliw w Intermountain West. Większe piece będą bardziej odpowiednie dla większości/większych paliw, takich jak północno-zachodnie Stany Zjednoczone. Ta metoda została sprawdzona do pieca o długości do 4,9 m (16 stóp). Do tej pory piece Big Box zostały zbudowane przez inne strony w stanach Utah, Kolorado, Montana, Teksas i Nowy Jork.
Piece mogą być eksploatowane w celu maksymalizacji produkcji biowęgla lub maksymalizacji redukcji paliw niebezpiecznych, lub gdzieś pomiędzy. Jeśli głównym celem jest redukcja niebezpiecznego paliwa, wówczas piece mogą być ładowane losowo i hartowane tylko wtedy, gdy piec jest pełen węgla. Jeśli zagrożenie pożarowe w otoczeniu jest niskie, na przykład gdy ziemia jest pokryta kilkucentymetrową warstwą śniegu, piece można zapełnić paliwem wieczorem przed końcem zmiany i pozostawić do spalenia przez całą noc; w ten sposób zużywając paliwa w kontrolowanej przestrzeni. Jeśli produkcja biowęgla jest głównym celem, surowiec może być sortowany na podobne rozmiary, a piece mogą być ładowane materiałem o podobnej klasie wielkości i często hartowane w celu zachowania węgla. Zazwyczaj jest to mieszanka tych przeciwstawnych celów, a piece działają pomiędzy tymi dwoma skrajnościami. Gatunek surowca jest mniej ważny, chyba że celem jest biowęgiel o określonych właściwościach.
Z tych pieców wydobywa się ograniczona ilość dymu; Chodzi o to, że nasadka płomienia pochłania materiały palne, gdy unoszą się one w kolumnie ciepła. W 2019 i 2020 roku koordynator systemu zarządzania dymem w stanie Utah, Paul Corrigan, przywiózł swój sprzęt do testowania emisji na pokazy pieców biowęgla Big Box w pobliżu Logan w północnym Utah i Moab w południowym Utah. W obu przypadkach urządzenia nie odnotowały wzrostu emisji z pieców, ponieważ nasadka płomienia pochłania materiały palne, gdy unoszą się one w kolumnie ciepła. W kwietniu 2023 r. zespół ds. badań emisji USDA Forest Service Fire Lab przeprowadza testy emisji w piecach w Tooele w stanie Utah; Wyniki te nie są jeszcze dostępne.
Pracownicy obsługujący piec będą potrzebować ręcznych narzędzi gaśniczych, takich jak łopaty, grabie, Pulaski i piły łańcuchowe. Najlepsze praktyki obejmują noszenie przez wszystkie obecne osoby sprzętu ochronnego, takiego jak skórzane rękawice, ochrona oczu, odzież ognioodporna lub przynajmniej odzież z włókien naturalnych; Należy unikać odzieży syntetycznej. Kaski i skórzane buty, długie rękawy i spodnie pomagają chronić operatorów.
Komunikacja w nagłych wypadkach; Planowanie awaryjne: Oprócz możliwości wystąpienia sytuacji awaryjnej i potrzeb komunikacyjnych związanych z tym należy wziąć pod uwagę lokalizację (często odległą) operacji. Ważne jest, aby wiedzieć, gdzie lokalny odbiór telefonu komórkowego może działać najlepiej; zdecydowanie zalecany byłby telefon satelitarny lub awaryjny sygnalizator lokalizacyjny, taki jak Garmin InReach. Ważne jest, aby nie pracować w pojedynkę.
W przypadku ulatniającego się żaru/ognia punktowego, pokrywę należy umieścić na piecu, aby zapobiec wydostawaniu się dalszych iskier z pieca. Maszyny muszą być używane do szybkiego kopania linii ognia wokół pożaru punktowego, a palące się paliwa muszą być oddzielone od niespalonych paliw. Do ugaszenia pożaru należy użyć źródła wody. Jeśli nie można natychmiast uzyskać gaszenia, zadzwoń pod numer 911.
Biowęgiel z pieców Big Box został scharakteryzowany przez Laboratoria Kontrolne w Watsonville w Kalifornii przy użyciu testów laboratoryjnych Międzynarodowej Inicjatywy Biowęgla (IBI) do programu certyfikacji, a wyniki wskazują na 85% węgla organicznego i 8% popiołu; Są to cechy umiarkowanie wysokiej jakości biowęgla. Współpracownicy eksperymentują z dodaniem na dnie kolejek górskich, podobnych do dużych śmietników, a także drzwi, które są jedną ze ścian końcowych, aby pomóc w usuwaniu gotowego biowęgla. Czas pokaże, czy te funkcje pozostaną sprawne po wystawieniu na ekstremalne ciepło.
Oświadczenia
Autor nie ma do zadeklarowania konfliktu interesów.
Podziękowania
Chciałbym podziękować Kelpie Wilsonowi z Wilson Biochar, Utah Bureau of Land Management, USDA Forest Service, Utah Division of Forestry, Fire and State Lands Grant Program, Utah Public Lands Initiative Grant Program, Utah State University Extension Grant Program, Brandonowi Barronowi z Burns, OR, ANR Fabrication z Logan, Utah, oraz U.S. Biochar Initiative.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Piec do wypalania biowęgla Big Box | ANR Fabrication | BB12 | Telefon: 435-753-0310 |
| Chainsaw | Ace Hardware | #7000565 | Lub podobny |
| Palnik kroplowy | Dostawcy leśnictwa | 7.58182E+11 | Napełnij: 30% benzyną, 70% olejem napędowym (lub palnikiem propanowym) |
| Garmin InReach | Best Buy | 6499326 | Lub podobna |
| samozasysająca pompa | wodna HondaNarzędzie północne | Pozycja# 109418 | Lub podobna |
| zapalniczka / pasuje | do łańcuchów Amazon | ||
| Log | Tractor Supply Co. | Kod produktu: 358788199 | Lub podobny; do pieca do przenoszenia/podnoszenia |
| Minikoparka z kciukiem | Lokalna wypożyczalnia | Musi mieć wiadro z kciukiem | |
| Pulaski | Grainger | 485C27 | Lub podobne |
| Paski Rachet | US Cargo Control | Wytrzymałość 3,000 funtów na | |
| / karton | Grainger | 9JZ92 | Do ochrony pasów przed ścieraniem podczas transportu piec |
| Grabie | Grainger | 1WG30 | Lub podobny |
| Łopata | Grainger | 12N166 | Lub podobny |
| Ciężarówka / przyczepa | Posiadanie/wynajem lokalnie | Do transportu pieca | |
| Węże odprowadzające wodę | Grainger | 45DT92 | |
| Woda: 300 galonów na hart | Plus więcej do kontroli przeciwpożarowej | ||
| środki ochrony osobistej | |||
| Czapsy do pił łańcuchowych | Globalna T9FB2019133 przemysłowa | lub podobne | |
| Ochrona słuchu | Globalna T9F708377 przemysłowa | lub podobna | |
| Ochrona oczu | Globalna T9F708119CLAF przemysłowa | Lub podobne | |
| Spodnie strażackie | Grainger | 12R487 | Lub podobne |
| Koszula strażacka | Grainger | 39EM96 | Lub podobna |
| Kask | Globalny T9FB2278977 przemysłowy | Lub podobne | |
| Rękawice skórzane | Globalny przemysłowy | T9FB1145414 | Lub podobne |
| buty strażackie Smokejumper | Białe buty | Lub podobne |
Bibliografia
- Hardy, C. C. Wildland fire hazard and risk: Problems, definitions, and context. Forest Ecology and Management. 211 (1-2), 73-82 (2005).
- Wollstein, K., O'Connor, C., Gear, J., Hoagland, R. Minimize the bad days: Wildland fire response and suppression success. Rangelands. 44 (3), 187-193 (2022).
- Hessburg, P., Reynolds, K., Keane, R., James, K., Salter, R. Evaluating wildland fire danger and prioritizing vegetation and fuels treatments. Forest Ecology and Management. 247 (1-3), 1-17 (2007).
- Busse, M. D., Shestak, C. J., Hubbert, K. R. Soil heating during burning of forest slash piles and wood piles. International Journal of Wildland Fire. 22 (6), 786-796 (2013).
- Galinato, S. P., Yoder, J. K., Granatstein, D. The economic value of biochar in crop production and carbon sequestration. Energy Policy. 39 (10), 6344-6350 (2011).
- Spokas, K. A. Review of the stability of biochar in soils: predictability of O:C molar ratios. Carbon Management. 1 (2), 289(2010).
- Duku, M. H., Gu, S., Hagan, E. B. Biochar production potential in Ghana-A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (8), 3539-3551 (2011).
- Inoue, Y., Mogi, K., Yoshizawa, S. Properties of cinders from red pine, black locust, and henon bamboo. Asia Pacific Biochar Conference, APBC Kyoto. , (2011).
- Cornelissen, G., et al. Emissions and char quality of flame-curtain "Kon-Tiki" kilns for farmer-scale charcoal/biochar production. PLoS ONE. 11 (5), e0154617(2016).
- Puettmann, M., Kamalakanta, S., Wilson, K., Oneil, E. Life cycle assessments of biochar produced from forest residues using portable systems. Journal of Cleaner Production. 250 (2020), 119564(2020).
- McAvoy, D. J. Utah Biomass Resources Website. , Available from: https://www.usu.edu/ubrg/biochar/simple-kiln-technology (2017).
- Adam, J. C. Improved and more environmentally friendly charcoal production system using a low-cost retort-kiln (Eco-charcoal). Renewable Energy. 34 (8), 1923-1925 (2009).
- Amonette, J. E., et al. Biomass to biochar: Maximizing the carbon value. Pullman, WA: Washington State University, Center for Sustaining Agriculture and Natural Resources. , Available from: https://csanr.wsu.edu/biomass2biochar/ (2021).
Przedruki i uprawnienia
