Ciągła produkcja biowęgla w lesie za pomocą palnika z kurtyną powietrzną zamontowaną na przyczepie

Podsumowanie

Opisujemy użycie mobilnej jednostki pirolizy wyposażonej w kurtynę powietrzną do ciągłego wytwarzania biowęgla. Technologia ta zmniejsza potrzebę wypalania pali z otwartym skosem, co skutkuje niższymi emisjami i mniejszym wpływem na glebę. Protokół zawiera wytyczne dotyczące wyboru miejsca, załadunku i hartowania.

Streszczenie

Zabiegi paliwowe i inne praktyki związane z odbudową lasów mają na celu zmniejszenie ryzyka pożarów, jednocześnie budując odporność lasów na suszę, owady i choroby oraz zwiększając sekwestrację dwutlenku węgla (C) na powierzchni. Jednak obróbka paliwem generuje duże ilości nienadających się do sprzedaży pozostałości biomasy drzewnej, które często są spalane w otwartych stosach, uwalniając znaczne ilości gazów cieplarnianych i cząstek stałych oraz potencjalnie uszkadzając glebę pod hałdą. Palniki z kurtynami powietrznymi stanowią rozwiązanie łagodzące te problemy, pomagając zredukować dym i cząstki stałe podczas spalania, pełniej spalać pozostałości biomasy w porównaniu ze spalaniem w stosach oraz eliminować bezpośredni i intensywny kontakt z ogniem, który może uszkodzić glebę pod stosem cięcia. W palniku z kurtyną powietrzną spalanie odbywa się w kontrolowanym środowisku. Dym jest zatrzymywany i recyrkulowany przez kurtynę powietrzną, dlatego spalanie może odbywać się w różnych warunkach klimatycznych (np. wiatr, deszcz, śnieg), co wydłuża sezon spalania w celu usunięcia materiału ukośnego. Mobilna jednostka pirolizy, która w sposób ciągły wytwarza biowęgiel, została specjalnie zaprojektowana do usuwania resztkowej biomasy drzewnej na wyładunkach kłód, zielonego drewna na wysypiskach śmieci lub odzyskanych materiałów leśnych i tworzenia biowęgla w tym procesie. Ten wysokowęglowy biowęgiel może być wykorzystany do zwiększenia odporności gleby poprzez poprawę jej właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych oraz ma potencjalne zastosowania w remediacji skażonych gleb, w tym tych w opuszczonych kopalniach. W tym miejscu opisujemy ogólne zastosowanie tego sprzętu, odpowiednią lokalizację, metody załadunku, wymagania dotyczące hartowania oraz wnioski wyciągnięte z obsługi tej nowej technologii.

Wprowadzenie

W wielu obszarach leśnych w USA odnotowano wzrost objętości stojących drzew w wyniku braku częstych pożarów o niskiej intensywności, które w przeszłości były wzniecane przez rdzennych mieszkańców, a w czasach nowożytnych są tłumione^1,2. W konsekwencji tego wykluczenia ognia, powstałe przeludnione drzewostany stanowią wyzwanie dla zarządców gruntów dążących do zwiększenia odporności lasów na pożary, szkodniki, choroby i skutki suszy³. Standardowe praktyki gospodarcze w celu redukcji objętości drzew obejmują wypalenia kontrolowane, przedprodukcyjne przerzedzanie oraz zbiory w drzewostanach dojrzałych. Operacje te generują znaczne ilości biomasy drzewnej o niskiej lub zerowej wartości, często nazywanej pozostałościami. Na przykład szacuje się, że w 15 stanach zachodnich USA operacje pozyskiwania drewna generują rocznie prawie 8 milionów suchych ton pozostałości⁴. Co więcej, USDA Forest Service wdrożyło plan zarządzania kryzysowego w zakresie pożarów lasów, w ramach którego w okresie 10 lat objętych działaniami zostanie dodatkowe 50 milionów akrów (20 milionów hektarów). Doprowadzi to do konieczności utylizacji dodatkowego materiału niehandlowego i prawdopodobnie będzie wymagać zastosowania różnych opcji lokalnych. Chociaż wierzchołki, konary i drzewa niehandlowe mogą być wykorzystywane do produkcji bioenergii lub biopaliw, ograniczone możliwości rynkowe często prowadzi do tego, że pozostałości te są składowane w pryzmach i spalane. Budowanie pryzm z odpadów leśnych ma na celu zmniejszenie ryzyka pożarów i żerowania owadów, stworzenie przestrzeni do wzrostu roślin podszytu oraz realizację innych celów gospodarki leśnej.

Spalanie na otwartym powietrzu jest tanią i stosunkowo szybką metodą redukcji objętości drewna, jednak powoduje ono również emisję dymu i zanieczyszczeń powietrza, w tym gazów cieplarnianych⁵. Ponadto może ono wywoływać niepożądane skutki w zakresie fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości gleby, prowadząc do powstania wypaleń, które mogą utrzymywać się przez dziesięciolecia⁶. Aby złagodzić szkodliwe skutki uboczne spalania na otwartym powietrzu, konieczne jest zastosowanie alternatywnych podejść, które ograniczą negatywny wpływ na zmiany klimatu, ryzyko pożarów lasów oraz zdrowie gleby⁷.

W niniejszej pracy skupiamy się na zastosowaniu nowatorskiej metody ciągłej produkcji biocharu, opracowanej w ramach umowy o współpracy w zakresie badań i rozwoju (CRADA) pomiędzy Departamentem Rolnictwa USA, Służbą Leśną, Stacją Badawczą Rocky Mountain oraz firmą Air Burners, Inc. (Palm City, FL). Powstała technologia, zwana w dalszej części tekstu paleniskiem z kurtyną powietrzną do produkcji biocharu (BACB; Rysunek 1), umożliwia ciągłe wytwarzanie biocharu z pozostałości drzewnych przy jednoczesnym ograniczeniu emisji dymu i cząstek stałych. W porównaniu z wypalaniem w otwartym ogniu, funkcjonalność BACB zmniejsza ryzyko pożaru oraz rozprzestrzenianie się dymu⁸, co stwarza możliwości bezpiecznego wydłużenia okien operacyjnych wypalania. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które pozostawiają stosy pozostałości w krajobrazie, przyczyniając się do akumulacji paliwa⁹, lub alternatywnych metod spalania, które generują głównie dym i popiół, BACB skutecznie redukuje ładunki paliwa, chroniąc jednocześnie glebę i tworząc biochar – jednorodny węgiel o wysokiej zawartości węgla, który może być wykorzystany do rekultywacji gleby na terenie lub w pobliżu miejsca przetwarzania. Ponadto BACB jest mobilne i może być łatwo rozmieszczone, na przykład na zwozach drewna, przy drodze lub na kempingu. Może ono spalać drewno mokre lub suche, mieszane rodzaje i rozmiary surowców, a także być użytkowane podczas niesprzyjającej pogody oraz w czasie, gdy warunki atmosferyczne są zbyt ryzykowne dla wypalania stosów w otwartym ogniu.

Biowęgiel wytworzony w BACB składa się zazwyczaj w 70%-90% z węgla, jest wysoce porowaty i posiada jednorodny rozkład wielkości cząstek, co czyni go odpowiednim do rekultywacji zdegradowanych gleb, często spotykanych w opuszczonych kopalniach, miejscach składowania drewna, drogach zwożnych, obszarach nadrzecznych lub na terenach rolniczych. Biowęgiel może być również stosowany jako mieszanka z kompostem lub w wybiegach dla zwierząt w celu adsorpcji składników odżywczych i redukcji zapachów. Ogólnie rzecz biorąc, najlepsze zastosowania w glebie dla biowęgla z pozostałości zdrewniałych polegają na ograniczaniu erozji i wymywania azotanów, przy jednoczesnym zwiększaniu stabilności agregatów glebowych oraz dostępności wody w glebach o gruboziarnistej strukturze i niskiej zawartości materii organicznej^10,11.

Rysunek 1: Mobilny palnik kurtynowo-powietrzny do produkcji biocharu. Na obszarze testowym przedstawiono ogólną konfigurację resztek roślinnych oraz palnika kurtynowo-powietrznego do produkcji biocharu. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Przegląd konstrukcji i działania
Choć dostępnych jest kilka rodzajów palników z kurtyną powietrzną, BACB umożliwia ciągłą produkcję biowęgla. Urządzenie ma wymiary około 7 m długości x 2,5 m szerokości x 2 m wysokości. Wzdłuż górnej części komory spalania znajduje się kolektor powietrza, który wytwarza stałą kurtynę powietrzną w celu zatrzymania dymu, cząstek stałych i żaru wewnątrz urządzenia oraz wspomaga pełne utlenianie emisji. Dla optymalnego działania komorę spalania załadowuje się do poziomu tuż poniżej kolektora, co zapewnia niezakłócony przepływ powietrza przez komorę. BACB można holować za dowolnym pojazdem z zestawem standardowego haka i odpowiednią ładownością holowniczą. W pobliżu składowanej biomasy (nazywanej również surowcem) przygotowuje się płaski, gładki teren, zapewniając wystarczającą przestrzeń wokół urządzenia, aby sprzęt i personel mogli poruszać się swobodnie i bezpiecznie. Po ustawieniu urządzenie jest stabilizowane poprzez opuszczenie ścian komory spalania na grunt przy użyciu pokładowego systemu hydraulicznego. Silnik dmuchawy wytwarza ciśnienie w kolektorze kurtyny powietrznej, który biegnie wzdłuż jednego boku komory spalania. Biomasę najpierw zapala się i spala, aby utworzyć w komorze spalania złoże żaru. Następnie można okresowo dodawać kolejną biomasę, dbając o to, aby dostarczany materiał znajdował się poniżej kurtyny powietrznej. W miarę spalania materiału powstaje węgiel, który wpada przez otwór w dnie komory spalania, skąd jest usuwany z maszyny przez taśmę przenośnika. Jeden z paneli wewnątrz komory spalania oscyluje, aby ułatwić ten proces. Popiół lub drobne materiały przesypują się przez taśmę przenośnika bezpośrednio na grunt. Gorący węgiel opuszcza maszynę przez szczelinę w dnie komory spalania i wpada do wanny wypełnionej wodą, co zatrzymuje spalanie i chłodzi biowęgiel do temperatury, w której można go bezpiecznie przetwarzać. Po zakończeniu pracy komora spalania jest oczyszczana poprzez dopalenie pozostałego materiału. Zazwyczaj urządzenie chłodzi się przez noc i może być bezpiecznie przetransportowane następnego dnia, w razie potrzeby. Nie należy próbować przesuwać BACB podczas spalania drewna lub chłodzenia, chyba że wystąpi sytuacja awaryjna. W przypadku awarii do ugaszenia ognia i przyduszenia żaru można użyć piasku lub ziemi. Nigdy nie należy rozpylać wody bezpośrednio na płytki ceramiczne w komorze spalania.

Protokół

UWAGA: Dodatkowe informacje na temat obsługi BACB znajdują się w instrukcji obsługi dołączonej do urządzenia.

1. Transport na miejsce

1. Używając komercyjnego haka klasy 5 (rozmiar kuli 2-5/16 inch lub 58,75 cm), podepnij BACB do pickupa o ładowności 1 tony lub większego, regulując wysokość haka tak, aby ramy były wypoziomowane do transportu. Przed holowaniem sprawdź sterownik hamulca, system zerwania, hamulce, koła oraz oświetlenie przyczepy.
2. Upewnij się, że piny zabezpieczające BACB do transportu są prawidłowo zabezpieczone, a komora spalania jest opuszczona na piny transportowe.
3. Po dotarciu do wybranej lokalizacji ustaw urządzenie, gdy jest ono wciąż podczepione do pojazdu holowniczego; jest ono zbyt ciężkie, aby przesuwać je ręcznie. Zablokuj koła i opuść podporę. Odłącz urządzenie od pojazdu holowniczego. Podwozie (zielona rama) powinno być wypoziomowane wzdłużnie; podnieś lub opuść podporę, aby to osiągnąć.
   1. Jeśli BACB ma znajdować się w danej lokalizacji przez więcej niż jeden dzień, wykop płytki rów do gromadzenia popiołu. Szerokość rowu powinna odpowiadać szerokości taśmy przenośnika. Bez tego rowu BACB będzie musiało być przemieszczane i ponownie ustawiane w tym samym miejscu, aby kontynuować spalanie w kolejnym dniu.
4. Lekko podnieś komorę spalania, aby wyjąć piny transportowe z przodu i z tyłu komory, odsuń personel, a następnie opuść boki na ziemię. Kontakt z podłożem uniesie podwozie, ale opony powinny pozostać stabilnie na ziemi. Jeśli cała długość ścian bocznych komory spalania nie styka się z glebą, rozważ przeniesienie urządzenia w bardziej wyrównane miejsce lub użyj łopat lub koparki do wyrównania terenu.
5. Sprawdź, czy silnik hydrauliczny napędzający panel wibracyjny między komorą spalania a osłoniętym silnikiem nie styka się z zieloną ramą.
6. Uruchom silnik i odczekaj odpowiedni czas na jego rozgrzanie przed uruchomieniem układu hydraulicznego.

2. Przygotowanie na miejscu

1. Ustaw BACB na stosunkowo płaskiej powierzchni (nachylenie <3%) w pobliżu stosu drewna, upewniając się, że komora spalania jest wypoziomowana przy użyciu poziomicy dwustronnej o długości 4 stóp (1,2 m) lub poziomicy sznurkowej. Upewnij się, że obszar jest wolny od zagrożeń nad głową i posiada wystarczająco dużo miejsca, aby minikoparka (Rysunek 2) mogła swobodnie załadowywać surowiec nad kolektorem powietrza.
2. Upewnij się, że kolektor powietrza w BACB kieruje kurtynę powietrza w tym samym kierunku, w którym wieje wiatr. Codziennie sprawdzaj w dowolnej aplikacji pogodowej lokalny dominujący kierunek wiatru lub odnotuj kierunek wiatru na miejscu przed ostatecznym rozmieszczeniem BACB.
3. Nie ustawiaj BACB w miejscach, w których znajdują się duże kamienie, roślinność lub zanieczyszczenia. Po wypoziomowaniu urządzenia i opuszczeniu ścian komory spalania, obsyp boki ziemią, aby zapobiec przedostawaniu się powietrza do wnętrza i wydostawaniu się dymu z komory spalania.
4. Umieść kuwetę do gaszenia (Rysunek 3) na płaskim podłożu z tyłu BACB. Upewnij się, że nie dotyka ona taśmy transportowej. Napełnij kuwetę do gaszenia około 40 galonami (150 L) wody. Przechowuj na miejscu około 300 galonów (1135 L) wody do uzupełniania kuwety w razie potrzeby.
5. Wybierz dowolny surowiec drzewny i użyj suchego materiału do rozpalenia ognia w komorze spalania. Użyj minikoparki, aby zapewnić odpowiedni zapas surowca w pobliżu do załadowania do komory spalania. Przytnij cały surowiec do długości mniejszej niż maksymalna długość komory spalania.
   UWAGA: Kłody o dużym średnicy (około 10 cali (25 cm) należy pociąć na krótsze odcinki (~18-36 cali; 45-91 cm), a bardzo duże materiały (> 20 cali (50 cm) należy pociąć na sekcje ~12-18 cali; 30-45 cm) przed umieszczeniem ich w komorze spalania.

Rysunek 2: Przykład koparki przenoszącej pozostałości drzewne. Mini-koparki mogą być wykorzystywane do załadunku palnika kurtynowego do produkcji biowęgla. Rysunek zmodyfikowano na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Przykład rozmieszczenia wann hartowniczych. Wanna hartownicza jest utrzymywana w pełnym napełnieniu wodą i ustawiona w odległości około 2 cali (5 cm) przed taśmociągiem. Rycina ta została zmodyfikowana na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

3. Redukcja zagrożeń

1. Przed zapaleniem surowca należy skonsultować się z lokalną agencją ds. pozwoleń na jakość powietrza oraz lokalnym oddziałem straży pożarnej, aby potwierdzić, że zagrożenie pożarowe nie jest zbyt wysokie dla przeprowadzenia zapłonu oraz że, jeśli jest to wymagane, monitoring jakości powietrza został uruchomiony.
2. Dodatkowo, przed zapłonem należy usunąć wszelkie organiczne pozostałości z obszaru o promieniu 6 stóp (2 m) wokół BACB, aby zapobiec niezamierzonym zapłonom. Należy upewnić się, że podłączony jest napełniony wąż do odpowiedniego źródła wody oraz że taca gaszenia BACB jest wypełniona wodą. Jeśli to możliwe, należy przygotować kilka 5-galonowych (20 L) wiader z wodą do gaszenia niezamierzonych zapłonów. W przypadku wypalania przy podwyższonym zagrożeniu pożarowym należy ocenić potrzebę zainstalowania zraszaczy, pompy wodnej lub przenośnego zbiornika wody do gaszenia większych niezamierzonych zapłonów.
3. Należy zapewnić pracownikom swobodny dostęp do boków i tyłu maszyny, aby mogli dotrzeć do tacy gaszenia, panelu sterowania (Rysunek 4) oraz punktu ręcznego sterowania przenośnikiem, który znajduje się w prawym tylnym narożniku BACB.
4. Należy dopilnować, aby pracownicy nie chodzili przed kurtyną powietrzną naprzeciwko kolektora oraz aby nosili trwaioną odzież niesyntetyczną, kamizelkę odblaskową, kask ochronny, skórzane rękawice oraz środki ochrony oczu i słuchu.

Rycina 4: Panel sterowania palnikiem z kurtyną powietrzną do produkcji biowęgla. Panel sterowania służy do włączania kurtyny powietrznej, przenośnika i zasilania systemu oraz do podnoszenia i opuszczania paleniska. Rycina została zmodyfikowana na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

4. Kontrole przed uruchomieniem

1. Sprawdź poziomy wszystkich paliw i płynów oraz filtry i nasmaruj punkty smarne przed zapłonem wsadu. Po uruchomieniu BACB i osiągnięciu przez urządzenie temperatury roboczej, kontrola, przemieszczanie lub konserwacja poziomów płynów, filtrów i punktów smarnych może być niemożliwa.
2. Sprawdź prognozę pogody dla miejsca eksploatacji i upewnij się, że prędkość wiatru podczas spalania nie przekroczy ~20 miles per h (30 km per h).
3. Przed zapłonem uzgodnij z operatorem minikoparki sygnały ręczne (lub użyj radiotelefonu) dotyczące załadunku i orientacji drewna, aby zapewnić czyste spalanie. Poinformuj operatora minikoparki, aby załadowywał wsad nad kolektorem powietrznym i nie wypełniał komory spalania wsadem naprzeciwko kolektora powietrznego.

5. Wstępne załadowanie i rozpalenie ognia bazowego

1. Wstępnie załaduj palenisko suchym materiałem paliwowym (jeśli jest dostępny) za pomocą minikoparki. Załaduj drewno, aż palenisko zostanie wypełnione w około 2/3.^B&R pełno, zmieniając kierunek ułożenia materiałów (tj. jeden ładunek powinien być prostopadły, a następująca po nim warstwa równoległa do boków), aby stworzyć przestrzeń powietrzną, która ułatwi spalanie pryzmy. Nie należy upakowywać materiału w szczelny pęczek, aby zapewnić łatwy zapłon, oraz nie wolno używać koparki do zagęszczania materiału w palenisku.
2. Należy upewnić się, że materiał paliwowy został rozmieszczony w całej komorze spalania, aby utworzyć równomierne złoże żaru. Należy zwrócić uwagę na przerwy w rozmieszczeniu materiału paliwowego na końcach komory spalania, aby zapewnić równomierne wypełnienie i spalanie.
3. Użyć wspomagacza zapłonu, np. oleju napędowego, na drewno, a następnie rozpalić je palnikiem propanowym lub innym podobnym urządzeniem zapalającym w kilku punktach wzdłuż komory spalania.

6. Dodawanie drewna do paleniska

1. Pozostaw ogień bazowy do czasu, aż palenisko zostanie wypełnione w około połowie palącymi się pozostałościami i żarem.
2. Uruchom silnik i dostosuj prędkość wentylatora do warunków pożaru. Powoli zwiększaj obroty silnika, aby powietrze z kolektora nie zdmuchnęło ognia. Zwiększ prędkość silnika, naciskając przycisk RABBIT na panelu sterowania (Rysunek 4).
3. Po uzyskaniu odpowiedniej bazy żaru, daj sygnał operatorowi minikoparki, aby dodał dodatkowy materiał paliwowy w tempie, które nie zdusi ognia. Przez krótki czas po dodaniu materiału paliwowego i zakłóceniu kurtyny powietrznej spodziewane jest pojawienie się dymu. Nieustannie monitoruj BACB oraz obszar wokół niego pod kątem wydostających się iskier lub żarzących się fragmentów, które mogą spowodować niezamierzone zapłony.

7. Produkcja biowęgla

1. Po rozpaleniu ognia bazowego, dodaniu dodatkowego surowca i zwiększeniu prędkości wentylatora do 2800 rpm, przełącz przełącznik System Power na pozycję Biochar (Rysunek 4). Sprawdź, czy ciśnienie systemu wynosi 1800 psi.
2. Włącz przenośnik i wstrząsacz. Te dwie funkcje będą uruchamiać się automatycznie w cyklach co 3 min. Utrzymuj ciągłość produkcji, przełączając przełącznik zasilania systemu z Biochar na Firebox (Rysunek 4). Pozwala to na obejście mechanizmu czasowego dla wstrząsacza i taśmy przenośnika w przypadku pojawienia się dużych ilości węgla w każdym cyklu.
3. Zbieraj biowęgiel w wannie chłodzącej i usuwaj go z wanny co 5-10 min, używając szerokich grabi do przesunięcia biowęgla na koniec wanny, a następnie łopat pruningowej do usunięcia biowęgla z wanny i uformowania pryzmy.
4. Jeśli grabie zakleszczą się w taśmie przenośnika, powinien zapalić się ostrzegawczy sygnał świetlny. Przełącz przełącznik Conveyor na pozycję OFF na głównym panelu sterowania, a następnie usuń grabie i uruchom ponownie taśmę.
5. W przypadku innych sygnałów ostrzegawczych sprawdź manometry na głównym panelu sterowania, aby ustalić, czy zatrzymał się panel wstrząsacza lub przenośnik. W razie potrzeby wyłącz wstrząsacz (OFF), aby pozwolić na wypalenie związanego drewna, lub ręcznie przesuń taśmę przenośnika przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w punkcie sterowania ręcznego w prawym tylnym rogu BACB.
6. W razie potrzeby dolej wodę do wann chłodzących, aby zapewnić pełne schłodzenie gorącego węgla. Nie rozpylaj wody na taśmę przenośnika ani na płytki ceramiczne w komorze spalania.
7. Kontynuuj dodawanie surowca do komory spalania i wytwarzanie biowęgla tak długo, jak pozwalają na to warunki. Upewnij się, że drewno o większej średnicy jest dodawane wcześniej w ciągu dnia, aby mogło zostać w pełni przekształcone w węgiel.

8. Zakończenie pracy

1. Zaprzestań ładowania paleniska na około 1 do 2 h przed końcem zmiany.
2. Wyłącz (OFF) potrząsacz, gdy pozostały materiał nie będzie już stykał się z panelem potrząsacza; nie pozostawiaj gorącego węgla w palenisku ani na taśmie przenośnika pod koniec dnia.
3. Pozostaw przełącznik przenośnika w pozycji włączonej (ON), dopóki cały węgiel nie opuści paleniska. W tym momencie można przełączyć urządzenie w tryb Biochar w celu cyklicznego przerywania pracy.
4. W ciągu dnia pod taśmą przenośnika gromadzi się popiół (Rycina 5). Każdego dnia przenoś BACB na nowe, wyrównane miejsce, aby zapobiec blokowaniu ruchu taśmy przenośnika przez popiół.
5. Po wygaszeniu ognia i całkowitym schłodzeniu węgla zakończ operacje na dany dzień.
   UWAGA: W sytuacjach awaryjnych ogień w palenisku można ugasić, zasypując płonący węgiel ziemią.
6. Pozostaw boki paleniska opuszczone na noc, aby odizolować opony od gorącego popiołu znajdującego się pod taśmą przenośnika.

Rysunek 5: Przykład popiołu i biowęgla pod taśmociągiem. Podczas spalania część popiołu i biowęgla przedostaje się przez metalową taśmę przenośnika. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

9. Ponowne ustawienie BACB

1. Podepnij BACB do pojazdu holującego, podnieś boki paleniska, włóż piny transportowe, podnieś wspornik i natychmiast odholuj jednostkę prosto przed siebie.
2. Ostudź pozostały popiół (Rysunek 6), mieszając go z wodą i rozprowadzając po glebie. Upewnij się, że wszystkie węgle i materiały popiołowe są zimne w dotyku przed przeniesieniem się w nowe miejsce.

Rysunek 6: Przykład gromadzenia się popiołu. Pod koniec dnia ilość popiołu nagromadzonego pod taśmociągiem może osiągnąć poziom taśmy. Wykopanie rowu przed umieszczeniem palnika z powietrzną kurtyną produkującego biochar jest jedną z metod wydłużenia czasu spalania w jednej lokalizacji. Jeśli wykonanie wykopu nie jest możliwe, urządzenie należy przesuwać do przodu, a popiół usuwać codziennie. Rysunek zmodyfikowano na podstawie źródła¹². Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wyniki

Od stycznia 2022 r. do października 2023 r. BACB pirolizował różne surowce na biowęgiel (Tabela 1). Na podstawie prób terenowych BACB może spalić około 1 tony (900 kg) surowca na godzinę, a około 11%-25% suchej masy surowca zostanie zachowane w postaci biowęgla, a pozostała część trafi do gazu (para wodna, CO₂ itp.) i popiołu. Zawartość węgla waha się od 70%-90%. Większe kawałki drewna (>30 cm) potrzebują więcej czasu na pirolizę niż drewno o średnicy od 2 do 30 cm. Ilość i jakość biowęgla zależy od cech surowca (np. wielkości, gatunku, wilgotności) i szybkości załadunku. Wielkość wyprodukowanego biowęgla wynosi 1 cal (2,5 cm) i mniej, chociaż możliwe są większe kawałki, zwłaszcza na początku serii. Ponadto część niespalonego materiału może przejść przez otwór do przenośnika podczas rozruchu, a te można umieścić z powrotem w palenisku, odłożyć na bok lub ułożyć w stos z biowęglem. W próbach terenowych w różnych warunkach pracy wykazano, że BACB jest skuteczną metodą wytwarzania biowęgla w drewnie z biomasy drzewnej wytwarzanej w wyniku obróbki paliwem i innych operacji pozyskiwania i może zmniejszyć ilość paliw niebezpiecznych.

Lokalizacja produkcji		Surowiec			Przybliżona waga koloru zielonego w ciągu 1 godziny		Węgiel na biowęgiel
					kg		%
Flagstaff, Arizona		Pinus ponderosa			1360		Rozdział 64
Springfield, Oregon		Pseudotsuga menziesii i Thuja plicata			910		94 Rozdział 94
Princeton, Idaho		Abies grandis, Pinus contorta i Pseudotsuga menziesii			900		Rozdział 89
Palm City, Floryda		Quercus i Pinus			950		Rozdział 82
Bramka poboru opłat, Oregon		Pinus ponderosa, Abies grandis			800		Rozdział 87

Tabela 1: Przykłady wyników. Miejsce produkcji, reprezentatywne użyte surowce, ilość pirolizy w ciągu 1 godziny oraz stężenie węgla w biowęglu z palnika kurtynowego o ciągłej produkcji biowęgla. Analizator elementarny użyto do oznaczenia zawartości węgla w próbkach suszonych w piecu (60 °C do stałej masy).

Najlepsza konfiguracja dla pracowników to jeden kierowca minikoparki i dwie osoby szukające punktów zapłonu, wskazujące, gdzie i kiedy załadować surowiec, oraz usuwając biowęgiel z wanny do gaszenia. Jeśli kłody są zbyt długie lub mają zbyt dużą średnicę, do obsługi piły łańcuchowej może być potrzebna czwarta osoba.

BACB jest mobilny, co daje mu elastyczność do pracy w różnych miejscach. To, w połączeniu z korzyściami wynikającymi z braku wpływu na glebę i mniejszej ilości dymu niż w przypadku spalania stosów, pozwala na dodatkowe usługi ekosystemowe (np. sekwestrację dwutlenku węgla, zatrzymywanie wody, pokrywę glebową i zmniejszenie zużycia paliw). Mobilna produkcja biowęgla w lasach jest optymalną metodą przywracania lokalnych zdegradowanych gleb związanych z wyładunkami kłód, szlakami poślizgowymi, drogami leśnymi, erozją i górnictwem.

Dyskusja

Pierwszym krytycznym krokiem w tej metodzie jest upewnienie się, że sprzęt jest umieszczony prawie poziomo na obu osiach, tak aby panele boczne paleniska blokowały dym przed wydostaniem się dymu i powietrzem przed wejściem do paleniska. Inne krytyczne kroki to prowadzenie częstych rozmów z operatorem koparki w celu umieszczenia surowca w palenisku w razie potrzeby oraz poinformowanie wszystkich pracowników o aspektach bezpieczeństwa obsługi palnika pneumatycznego i koparki. Istnieje kilka modyfikacji, które można wprowadzić za pomocą tego sprzętu, ale opcją, gdy produkcja biowęgla jest wysoka, jest ciągłe uruchamianie przenośnika taśmowego i paneli wytrząsających. Kluczowym ograniczeniem jest trudność w określeniu wskaźników produkcji, ponieważ zależy to od szybkości załadunku i rodzaju surowca, wielkości lub wilgotności.

Pracownicy obsługujący BACB powinni mieć dostęp do narzędzi gaśniczych, takich jak grabie, piły łańcuchowe i łopaty. Powinni również nosić odzież bawełnianą lub trudnopalną, ochronę oczu i uszu oraz skórzane rękawice. Kaski ochronne, solidne buty, koszule z długimi rękawami i długie spodnie ochronią pracowników przed żarem, gorącem i przypadkowym uwolnieniem drewna z koparki. Mobilne BACB są często zlokalizowane w odległych lokalizacjach, dlatego planowanie awaryjne ma kluczowe znaczenie. Załogi powinny mieć metodę komunikacji w nagłych wypadkach, zwłaszcza jeśli lokalizacja znajduje się poza zasięgiem telefonii komórkowej. Często używany jest radio, telefon satelitarny lub sygnalizator awaryjny.

BACB jest jednym z narzędzi do redukcji nadmiaru biomasy drzewnej w pryzmach. Nie wyeliminuje to otwartego stosu ani spalania rozsiewanego, ale jest przydatne w wrażliwych obszarach. Na przykład może zmniejszyć obciążenie paliwem na poboczach dróg lub wyładunkach kłód, ponieważ do pracy wymagana jest równa powierzchnia. Ponadto jest to dobre narzędzie do usuwania pozostałości drzewnych na kempingach, innych terenach rekreacyjnych oraz na styku dzikiej przyrody i miasta lub w środowisku miejskim, gdzie dym z otwartego spalania może być problematyczny¹³. Biowęgiel może być wykorzystywany do lokalnych projektów remediacji gleby, a BACB może go wytwarzać lokalnie. Ponadto oczyszczanie na dużą skalę po zakłóceniach (np. huraganie, tornadzie) jest kolejnym miejscem, w którym technologie BACB mogą zmniejszyć biomasę i wprowadzić ulepszenia gleby. Ponieważ BACB są czyste spalanie z niewielką ilością dymu i niewielką ilością żaru, ich stosowanie, gdy warunki ograniczają otwarte spalanie (np. zakazy spalania) oferują kolejną opcję usuwania pozostałości drzewnych.

Palniki z kurtynami powietrznymi zostały opracowane zgodnie z amerykańską Agencją Ochrony Środowiska (EPA), aby zapewnić czyste spalanie przy mniej niż 10% nieprzezroczystości, przy użyciu testów EPA Method 9, w porównaniu ze spalaniem otwartym, które zwykle ma nieprzezroczystość 80%-100%¹⁴. Stwierdzono, że wykorzystanie produkcji biowęgla na miejscu było 2-40 razy niższe w ekwiwalencie netto CO₂w porównaniu ze spalaniem otwartym¹⁵.

W ciągu ostatniej dekady w Ameryce Północnej nasiliły się katastrofalne pożary lasów z powodu zwiększonego stresu środowiskowego, który zaostrza suszę, śmiertelność owadów i chorób w drzewostanach. Zmniejszenie ryzyka pożarów wiąże się z aktywną gospodarką leśną, która powoduje, że materiał nienadający się do sprzedaży wymaga utylizacji. Zamiast otwartego spalania, mobilny BACB może być używany na terenach leśnych, kempingach, parkach miejskich lub w miastach w celu zmniejszenia ilości paliw drzewnych. Palniki z kurtynami powietrznymi są stosowane od dziesięcioleci jako metoda redukcji emisji ze spalania odpadów drzewnych¹⁶ i to jest główna korzyść płynąca ze stosowania tej technologii. Dodatkowa zdolność do ciągłego wytwarzania spójnego biowęgla do wykorzystania w pracach związanych z rekultywacją gleby stanowi odpowiedź na pilną potrzebę zwiększenia praktyk leśnych przyjaznych dla klimatu¹⁷. Zamiast spalania w otwartych stosach, palniki kurtyny powietrznej ograniczają wpływ na glebę¹⁸, zmniejszają zanieczyszczenia powietrza i emisję gazów cieplarnianych, a technologia może zaangażować nową siłę roboczą dzięki rozwojowi ekip konserwatorskich, które pracują w pobliżu poboczy dróg, wyładunków drewna, społeczności wiejskich lub kempingów, na których trwają zabiegi redukcji niebezpiecznego paliwa.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Palnik kurtyny powietrznej CharBoss	Palniki powietrzne, Inc.	T26	W zestawie 36-calowa zgrabiarka pozioma, łopata do przesiewania, standardowa grzechotka z napędem 1/2" z nasadką 1 1/8", smarownica i miska hartownicza
Olej napędowy (o bardzo niskiej zawartości siarki)			Kupowane lokalnie
Zbiorniki oleju napędowego	Uline	H-1849Y	lub podobny
Olej silnikowy (klasy diesel)			Dowolny olej klasy diesel 15W40 lub 10W40.
Koparka			Lokalna wypożyczalnia.  Mniejsze rozmiary wymagają mniej paliwa.
Wysokotemperaturowy smar przeciwzatarciowy (wkład 16 uncji)	McMaster-Carr	1288K97	smarujące złączki hydrauliczne
Olej hydrauliczny	Amsoil	HVH05-EA (ISO32) / HVG05-EA (ISO22) Dowolny	syntetyczny olej hydrauliczny ISO32, opcja ISO22 na zimną pogodę. Amsoil ISO32 jest zainstalowany fabrycznie.
Duże wiadra	Uline	5495	lub podobne
Latarka oświetleniowa (propan)	Grainger	9RCF3	lub podobny
1-tonowy pickup (lub większy)	Wynajmij lokalnie		do transportu CharBoss na miejsce
Etap oglądania	Gorilla	GLP=WP	Stabilny stopień umożliwiający wgląd do paleniska lub innego stopnia w stylu ławki
Ciężarówka			Można zastosować dowolną dostępną ciężarówkę wodną o pojemności co najmniej 300 galonów; można zastosować grawitacyjne podawanie wody do miski hartowniczej.
Kliny			Bloki tarcicy 4"x 4" lub dostępne w handlu kliny podczas zaczepiania/odczepiania jednostki
< mocne>Środki ochrony osobistej
Ochronniki słuchu	Uline	S-22141	lub podobne
Ochrona oczu	Amazon		lub podobne
Koszula strażacka	Grainger	12R487	lub podobne
Spodnie strażackie	Grainger	39EM96	lub podobne
Kask	ochronny ze zniżką	SFTSCHH1000038126	lub podobne
Rękawice skórzane	Uline	S-6777M	lub podobne
Solidne buty dowolny skórzany			but na grubej podeszwie.
Sprzęt ratunkowy
Garmin InReach	Cabelas	100195666	lub podobny
Siekiera Pułaskiego	Dostawcy leśnictwa	85274	lub podobne
Zgrabiarki przeciwpożarowe	Dostawcy leśnictwa	85210	lub podobne

wodna pod koła : :