Portatif alev kapaklı fırınlar kullanarak ormanda biyokömür üretmek, karakterize etmek ve ölçmek

Summary

Ormancılık eğik çizgi yığınlarının yerinde bertaraf edilmesine yönelik yeni yöntemler, orman toprağı sağlığını eski haline getirmek ve karbon giderme ve tutma için pirojenik karbon üretir. Burada, yeni bir karbon giderme muhasebe metodolojisini ve dijital bir uygulamayı entegre eden bir biyokömür üretim yöntemi sunuyoruz.

Abstract

Ticari olmayan orman biyokütlesinin kullanılmasındaki en büyük zorluklardan biri, yaygın olarak dağılmış doğasıdır. Pahalı ve karbon yoğun işleme (yontma) ve nakliye maliyetlerinden kaçınmak için biyokütle sorununa en iyi çözüm, yerinde işlemektir. Bununla birlikte, geleneksel yanık yığınlarının orman toprağı üzerinde yıkıcı etkileri vardır ve yakıt azaltımı dışında hiçbir fayda sağlamaz. Orman eğik çizgisini yerinde biyokömüre dönüştürmek, toprak ısıtmasının ve partikül emisyonlarının azaltılması ve biyokömürün orman toprağı sağlığına ve yerinde bırakıldığında su tutma kapasitesine birçok faydası da dahil olmak üzere, yanık yığınlarında yakılarak eğik çizginin bertaraf edilmesine ilişkin mevcut uygulamaya göre birçok ekolojik avantaja sahiptir. Ormanda yerinde biyokömür yapmak, yakın zamanda yangın söndürme geçmişi nedeniyle eksik olan pirojenik bir karbon bileşenini orman topraklarına geri döndürmenin bir yoludur. Biochar aynı zamanda iklim değişikliğinin azaltılması için önde gelen bir karbon giderme ve tutma yöntemidir. Bu çalışmada, taşınabilir bir biyokömür fırını kullanarak biyokömür yapmak için bir yöntemi belgeliyoruz. Bu düşük maliyetli yöntem, biyokömür yanarak kül olmadan önce fırınları söndürmek için suyla donatılmış el ekiplerini kullanır. Üretilen biyokömürü ölçmek ve karakterize etmek için basit teknikler, etkiyi ölçmek ve işin maliyetinin ödenmesine yardımcı olmak için karbon giderme sertifikalarına hak kazanmak amacıyla yönteme dahil edilmiştir. Sürecin üç aşamasında sera gazı faydalarının ölçülmesi için standartlaştırılmış prosedürler sağlayan CM002 Bileşen Metodolojisini açıklıyoruz: atık biyokütle tedariği, biyokömür üretimi ve biyokömür toprağı uygulaması. CM002 Metodolojisi, en yeni VCS metodolojisi VM0044 Standartları ve EBC C-Sink Artisan Standartları dahil olmak üzere uluslararası en iyi uygulamalara dayanmaktadır. Uygun güvenlik faktörlerini kullanan güvenilir miktar belirleme yöntemleri, karbon giderme finansmanına uygunluğa yönelik ilk önemli adımdır.

Introduction

Batı ABD de dahil olmak üzere birçok dünya bölgesinde, iklim değişikliği, kuraklık ve yabancı istilacı türler, ekosistemleri ve toplulukları tehdit eden bir orman yangını krizi yarattı. Ormanlar ve ormanlık alanlar kontrolsüz bir şekilde yandıkça, atmosfere büyük miktarlarda partikül ve sera gazı salınır ve bu da insan sağlığı ve iklim için yıkıcı sonuçlar doğurur. Örneğin, 2020'de Kaliforniya'daki orman yangınlarının, Kaliforniya'nın 2003'ten 2019'a kadar olan toplam sera gazı emisyonu azaltımının yaklaşık iki katı olan yaklaşık 127 milyon megaton sera gazı emisyonu saldığı tahmin edilmektedir¹. Giderek artan bir şekilde, bilim adamları ve arazi yöneticileri, bu ormanları ve ormanlık alanları ve ekosistem hizmetlerini restore etmeye yardımcı olabilecek insan eylemlerini araştırıyorlar. Fazla biyokütlenin manuel olarak inceltilmesi ve uzaklaştırılması, yapılması gereken en önemli eylemlerden biridir². Biyokütlenin uzaklaştırılması, bertarafını içerir ve biyokütlenin uzak ve erişilmesi zor yerlerde bulunduğu yerlerde, yönetilmeyen eğik çizgi yığınlarında yerinde yakmaktan başka birkaç seçenek vardır. Yönetilmeyen yanma yığınları, yakıtları araziden uzaklaştırma işini yapar, ancak yığınların altındaki konsantre ısı toprağın organik ufkunu yaktığı için orman topraklarına zarar verir ve istilacı türler tarafından erozyona ve kolonizasyona karşı savunmasız olan çıplak toprağı geride bırakır. Yanık yığını izinde organik toprak ufkunun yenilenmesi on yıllar alabilir³. Yönetilmeyen yanık yığınları aynı zamanda partikül ve sera gazı emisyonu kaynağıdır. Eğik kazık yığınının yanmasından kaynaklanan duman, hava kalitesi sınırlı havzalarda yanan pencereyi de kısıtlayarak işin yapılmasını zorlaştırır.

USDA Orman Servisi araştırmacıları, eğik çizgi malzemelerinden biyokömür üretme alternatifini incelediler ve ormanda küçük, mobil biyokömür fırınları kullanma seçeneği de dahil olmak üzere birkaç umut verici teknik belirlediler⁴. Orman kesimini yerinde biyokömüre dönüştürmek, azaltılmış toprak ısıtması ve partikül emisyonları da dahil olmak üzere, yanık yığınlarında yakılarak mevcut eğik çizgi bertaraf uygulamasına göre birçok ekolojik avantaja sahiptir. Yerinde üretilen biyokömür çıkarılabilir ve tarımda kullanılabilir veya orman sağlığının iyileştirilmesinde ve iklim değişikliğine ve kuraklığa adaptasyonun iyileştirilmesinde çeşitli işlevlere hizmet ettiği yerde bırakılabilir. Birçok orman toprağındaki toplam karbonun %50'ye kadarı tarihi, doğal yangınlardan⁵ elde edilen odun kömürü olduğundan, biyokömürün yapıldığı yerde bırakılması, yangın söndürme nedeniyle son toprak ufuklarında genellikle eksik olan orman toprağı kömürünü ekosistem süreçleri üzerinde bilinmeyen etkilerle^{geri yükleyebilir 6}. Orman topraklarında yerinde bırakılan biyokömür, doğal ateşle üretilen odun kömürünün etkilerini taklit edebilir ve toprak karbon içeriği ve toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri üzerinde benzer etkiler üretebilir⁷.

Son yıllarda, ormancılık işçileri, ormanlık alan sahipleri, araştırmacılar ve biyokömür danışmanlarından oluşan uluslararası bir ağ, eğik çizgi yığını yakmaya alternatif olarak orman kesimini yerinde biyokömüre dönüştürmek için bir dizi karbonizasyon yöntemi geliştirdi. Bu yöntemler, ilk olarak Japonya'da Moki şirketi⁸ tarafından sunulan "dumansız karbonizasyon fırını" olarak geliştirilen ve ticarileştirilen alevli karbonizasyon ilkesine dayanmaktadır. Bu çelik halka fırın, kullanılan hammaddeye bağlı olarak %13 ila %20 arasında bildirilen biyokütleden biyokömüre dönüşüm verimliliği ile iyi karbonize biyokömür yapar⁹.

Biyokömür veya odun kömürü üretme işlemine genellikle piroliz, biyokütle bileşenlerinin oksijen yokluğunda ısı ile ayrılması denir. Bu genellikle, biyokütlenin harici olarak ısıtılan bir kapta havadan fiziksel olarak izole edildiği imbik pirolizi olarak düşünülür. Bununla birlikte, piroliz, gazlaştırma ve alevle karbonizasyonda olduğu gibi sınırlı hava varlığında da gerçekleşebilir, çünkü odun gibi katı yakıtlar aşamalı olarak yanar. Biyokütleye ısı uygulandığında, malzemeden su buharlaştığı için yanmanın ilk aşaması dehidrasyondur. Bunu, piroliz olarak da bilinen buharlaşma ve eşzamanlı kömür oluşumu takip eder. Hidrojen ve oksijen içeren uçucu gaz salınır ve bir alevde yakılır, bu da prosese sürekli olarak ısı ekler. Gaz serbest bırakıldıkça, kalan karbon aromatik karbona veya kömüre dönüştürülür. Yanmanın son aşaması, kömürün mineral küle¹⁰ oksidasyonudur.

Bunlar açık bir yanma işleminde meydana gelen ayrık fazlar olduğundan, kömür oluşumundan sonra havayı veya ısıyı uzaklaştırarak işlemi durdurma fırsatına sahibiz. Bu, biyokömür üretim süreci sırasında, sıcak kömürün oksijen akışını kesen yeni malzeme tarafından gömülmesi için yanık yığınına sürekli olarak yeni malzeme eklenerek gerçekleştirilir. Sıcak odun kömürü yığının dibinde birikir ve alev mevcut oksijenin çoğunu tükettiği için alev olduğu sürece yanarak küle dönüşmesi önlenir. Yakıtın tamamı yığına eklendiğinde, alev sönmeye başlar. Bu noktada, sıcak kömür, oksijen ve ısıyı gidererek, genellikle kömürlere su püskürtülerek ve soğuması için ince tırmıklanarak^{korunabilir 11}.

Temel çalışma prensibi, ters akışlı yanmadır. Ters akışlı yanma havası alevi düşük tutar ve köz veya kıvılcım çıkmasını önler. Alev ayrıca dumanın çoğunu yakarak emisyonları azaltır. Özetle, aşağıdaki ilkeler alev kapaklı bir fırında ters akışlı yanmanın çalışmasını açıklamaktadır: (1) Yanma havası aşağı doğru akarken gaz yukarı doğru akar, (2) Yanan yakıt havayı aşağı doğru çekerken karşı akım akışı sağlanır, (3) Alevler düşük ve yakıta yakın kalarak kor kaçışını en aza indirir, (4) Sıcak bölgede duman yanar, (5) Çünkü tüm yanma havası yukarıdan gelir, alevler tarafından tüketilir (6) Fırının dibine düşen yanmamış kömürlere çok az hava ulaşabilir, (7) Kömürler söndürüldükleri veya söndürüldükleri işlem sonuna kadar muhafaza edilir.

Biyokömür, toprağa sağladığı faydaların yanı sıra, iklim değişikliğinin azaltılması için önde gelen bir karbon giderme yöntemidir. Odunsu biyokütledeki karbonun yarısına kadarı, biyokömür¹² formunda kararlı, aromatik karbona dönüştürülebilir. Bununla birlikte, tüm piroliz teknolojileri, topraklarda 100 yıl veya daha uzun süre sabit kalan aynı miktarda inatçı karbon üretmez (karbon giderme değerini belirlemek için temel ölçüt). Biochar stabilitesi, üretim sıcaklığı ile yakından ilişkilidir. Yanan odunun adyabatik alev sıcaklığının propan 1.977 °C'ye yakın olduğu tahmin edilmektedir¹³. Alev kapaklı bir fırında biyokömür üretimi, imbik pirolizinde olduğu gibi metal bir duvardan iletim yoluyla ısı transfer kayıpları olmaksızın alevle yakından bağlantılıdır. Bu nedenle, işlem sırasında alev korunduğu sürece üretim sıcaklığının yüksek olmasını bekleriz. Raman spektroskopisi¹⁴ kullanılarak yapılan bir kömür araştırması, alev kapaklı bir fırından alınan bir biyokömür örneğinin (baş yazar Kelpie Wilson tarafından sağlanan), 900 °C aralığında en yüksek görünür kömür oluşum sıcaklığına sahip üç örnek arasında olduğunu bildirdi.

Yanığın iç kısmına erişmek ve bir alev kapaklı fırında veya yanık yığınında biyokömürün üretim sıcaklığını doğru bir şekilde ölçmek için termokupllar gereklidir ve bunlar pahalıdır ve düşük teknolojili üreticiler için mevcut değildir. Bu nedenle, Brezilya Amazon'unda çalışan araştırmacılar tarafından tanımlanan, kalibre edilmiş bir sıcaklıkta^{eriyen ısı} boya kalemleri (kaynakçılar tarafından metal parçaların sıcaklığını kontrol etmek için kullanılır) kullanan bir yöntem kullandık 15. Tuğlalar boya kalemleri ile işaretlenir, alüminyum folyoya sarılır ve üretim sırasında fırının çeşitli yerlerine yerleştirilir. Bu yöntemi birkaç kez kullandık ve mum boya izleri tamamen eridiği için fırın sıcaklıklarının 650°C'yi aştığını belirledik. Bu, gerektiğinde üretim sıcaklıklarını doğrulamak için yararlı bir yöntem olacaktır; Bununla birlikte, ana doğrulama noktası, alevin varlığını belgelemek olacaktır.

Düşük teknolojili alevle karbonlaştırma yöntemleriyle yapılan biyokömürün özellikleri hakkında yayınlanmış çok fazla veri yoktur. Bununla birlikte, çeşitli fırın tiplerinde alevle karbonlaştırma yöntemleriyle yapılan biyokömür numuneleri, Cornellissen ve ark. ve düşük PAH içeriği ve yüksek biyokömür stabilitesi dahil olmak üzere biyokömür için Avrupa Biyokömür Sertifikası (EBC) standartlarını karşıladığı bulundu. Ayrıca, hem odunsu hem de otsu hammaddelerden üretilen biyokömürün ortalama karbon içeriği yüzde 76'dır¹¹. ABD Orman Servisi Rocky Mountain Araştırma İstasyonu¹⁶, 2022'de Kaliforniya'da bir tarla gününde yapılan alev kapaklı fırınlardan ve yanık yığınlarından beş biyokömür örneğini analiz etti. Numunelerin ortalama karbon içeriği yüzde 85 idi. Bu sonuçlar göz önüne alındığında, alev kapaklı fırınlarda odunsu kalıntılardan yapılan biyokömürün, doğrulanmış karbon giderimi için temel gereksinimleri karşılamasının muhtemel olduğu sonucuna varabiliriz: yüksek karbon içeriği ve yüksek biyokömür stabilitesi.

Düşük teknolojili, yer bazlı biyokömür üretimi için iki karbon giderme protokolü şimdi Verra¹⁷ ve Avrupa Biochar Konsorsiyumu Global Artisan C-Sink protokolü¹⁸ tarafından yayınlandı. Bu yeni geliştirilen protokoller umut vericidir; Bununla birlikte, kuraklık ve orman yangını tehdidi altındaki ormanlara, ormanlık alanlara ve diğer manzaralara uygulandıklarında bazı sınırlamaları vardır. Buna göre, bu makale, bitki örtüsü yönetimi ve yakıt yükü azaltma faaliyetlerinin bir parçası olarak odunsu döküntülerin alevle karbonizasyonu için özel olarak geliştirilmekte olan AD Tech 19'dan yeni bir metodoloji olan^{CM002 V1.0} Metodolojisini açıklayacaktır. Yaşam döngüsü analizi, alev kapaklı fırınlarda odunsu biyokütleden yerinde biyokömür üretimi kullanılarak biyokömür karbon tutmanın net bir karbon giderme faydası sağladığını doğrulamaktadır²⁰. Karbon giderme protokollerinin başarılı bir şekilde uygulanması, toplulukları ve ekosistemleri orman yangınlarından ve ekosistem bozulmasından korumak için yapılması gereken hayati yakıt azaltma çalışmalarını finansal olarak desteklemeye yardımcı olabilir. Karbon giderimi ödemelerine erişmek için saha ölçümleri ve dijital izleme, raporlama ve doğrulama (D-MRV) yöntemleri, burada açıklanan biyokömür üretim metodolojisine rutin uygulamalar olarak dahil edilmiştir. Platformun ayrıntıları Ek Bilgiler'de (Ek Dosya 1) tartışılmaktadır.

Alev kapaklı fırınların birkaç açık kaynaklı tasarımı, bireyler tarafından kendi kullanımları için üretilirken²¹, bildiğimiz kadarıyla, şu anda, Kuzey Amerika'da satılmak üzere seri üretilen bir metreküpten daha büyük kapasiteye sahip yalnızca bir alev kapaklı fırın var, Ateş Çemberi Fırını²², El ekiplerini kullanarak kolay hareket kabiliyeti için tasarlanmış hafif, portatif alev kapaklı fırın. Fırın, birbirine sabitlenmiş altı yumuşak çelik levhadan oluşan bir iç halkadan oluşur. İç halkayı bir arada tutan braketlerin üzerine daha hafif çelik cıvatalardan oluşan bir dış halka. Dış halka, daha iyi verimlilik için ısıyı tutan bir ısı kalkanı görevi görür. Fırının üstü havaya açıktır ve alev kapağının oluştuğu yer burasıdır. Ana fırın gövdesi ile ısı kalkanı arasındaki dairesel boşluktan yukarı doğru akan hava, fırına önceden ısıtılmış yanma havası sağlayarak yanma verimliliğini daha da artırır (Şekil 1)

Şekil 1: Ateş Çemberi Fırınındaki hava akışını, alev özelliklerini ve kömür birikimini gösteren şema. Ters akışlı yanma havası, dumanı yandığı sıcak bölgeye çeker. Ana fırın gövdesi ile ısı kalkanı arasındaki dairesel boşluktan yukarı doğru akan hava, fırına önceden ısıtılmış yanma havası sağlayarak yanma verimliliğini daha da artırır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Fırın çapı 2,35 m'dir ve toplam hacmi 4,3^m3 olan bir metre yüksekliğinde bir silindir oluşturur. Uygulamada, fırın hiçbir zaman tamamen tepeye kadar doldurulmaz, bu nedenle tipik bir üretim partisi, 2 ila 3 metreküp arasında bir biyokömür hacmi için fırını 1/2 ila 3/4 arasında dolduracaktır.

Ateş Çemberi Fırını standart bir tasarım olduğundan, sera gazı (GHG) faydalarının ölçülmesi için standartlaştırılmış prosedürler sağlayan CM002 Bileşen Metodolojisinde kullanılmak üzere ilk sertifikalı teknoloji olarak benimsenmektedir. CM002'nin gereksinimlerini karşılayan ölçüm ve veri toplama adımları yönteme dahil edilmiştir. Raporlama, süreç boyunca kısa anketleri yanıtlayarak ve mobil uygulamaya fotoğraf ve video klipler yükleyerek bir akıllı telefon uygulaması aracılığıyla yapılır.

Protocol

NOT: Bu metodoloji Ikhala akıllı telefon uygulamasını kullanır (bundan böyle D-MRV uygulaması olarak anılacaktır; Malzeme Tablosu) karbon giderimi ödemelerine, saha ölçümlerine ve dijital izleme, raporlama ve doğrulamaya erişmek.

1. Hammaddenin toplanması ve uygunluğun onaylanması

1. Hammadde boyutunu seçin ve raporlayın.
2. Çapı 15 cm'den az odunsu malzeme seçin. Sıkıca paketlenmemesi ve fırındaki hava akışını engellememesi için tüm malzemelerin dallı veya düzgün olmayan bir şekle sahip olduğundan emin olun.
3. D-MRV uygulamasında, kamerayı açmak için Feedstock bölümündeki Fotoğraf Çek düğmesine tıklayın. Fotoğraf makinesi açıkken nesneye nişan alın (bir ölçüm çubuğuyla kuru besleme stoğu yığınları) ve ekrandaki Deklanşör düğmesine basarak görüntüyü yakalayın.
4. Hammadde türlerini raporlayın: D-MRV uygulamasını açın ve her bir tür türünün miktarlarını bildiren kısa dijital anketi yanıtlayın. Raporlama görsel tahminlere dayalıdır.
5. Hammadde nemini belirleyin ve raporlayın.
   1. Standart bir yakacak odun nem ölçer kullanarak, pimleri her bir besleme stoğunun en büyük parçasının ortasına yerleştirerek bir okuma yapın.
   2. D-MRV uygulamasında, her bir nem ölçer okumasının fotoğrafını çekin. Nem ölçer bölümündeki Fotoğraf Çek düğmesine tıklayın ve metin alanına nem ölçerde görüntülenen değeri yazın. Her nem ölçer okuması için bir fotoğraf ve metin girişi gönderin.

2. Fırının montajı, yüklenmesi ve aydınlatılması

1. Düz bir zeminde, yanıcı organik maddeyi yaklaşık 3 m çapındaki bir daireden temizleyin. 6 iç fırın panelini konektör braketlerini kullanarak bir silindire monte edin,
2. Bir kürek veya benzeri bir alet kullanarak, silindirin alt kenarını küçük bir mineral kir veya kil ile kapatın, böylece fırına alttan hava giremez.
3. 6 ısı kalkanı panelini konektör braketlerine takın ve havanın iç ve dış silindirler arasındaki dairesel boşluktan akabilmesi için ısı kalkanının altında bir hava boşluğu bırakıldığından emin olun. Fırın kimliğini takın tag ısı kalkanı donanımını kullanarak ısı kalkanına.
4. Partide kullanılan fırınları tanımlayın. Yanık Hazırlığı bölümünde, monte edilmiş fırının ve kimlik etiketinin fotoğraflarını çekmek ve bunları sahadaki her fırın için göndermek için Fotoğraf Çek düğmesine tıklayın.
5. Fırını yükleyin: Fırının ilk yüklemesi için daha küçük (2-6 cm kalınlık idealdir), daha kuru malzeme kullanın. Malzemeyi fırın kenarına kadar paketleyin, direkler gibi dallı olmayan malzemeleri çok sıkı bir şekilde paketlenmeyecek ve hava akışını kısıtlamayacak şekilde düzenleyin.
   NOT: Amaç, malzemenin bir alevi sürdürecek kadar sıkı bir şekilde paketlendiğinden emin olmak ve aynı zamanda yanma havasının yığının dibine ulaşmasına izin vermektir.
6. Fırını yakın: Yüklü fırının üzerine küçük, kuru çıra malzemesi ekleyin. Gerekirse bir hızlandırıcı kullanın ve bir kibritle yakın veya bir propan meşale kullanın. Fırını üstte birkaç yerde aydınlatın, böylece tüm fırın üzerinde hızla bir alev kapağı oluşur.
7. D-MRV uygulamasını kullanarak, alev kapağı takılır takılmaz 30 saniyelik bir video klip çekin. Burn Start bölümünde, Video Al düğmesine tıklayın ve ardından Video Gönder düğmesine tıklayın.

3. Fırının beslenmesi ve bakımı

1. Çalışmanın ilk aşamasında, hava fırının yukarıdan aşağıya doğru çekilirken, ilk yük çoğunlukla bir kömür tabakasına kadar yanar. Daha fazla malzeme eklemeden önce ilk yükün iyi bir kömür yatağı ürettiğinden emin olun. Önceki katman bir beyaz kül filmi göstermeye başladığında yeni bir hammadde katmanı ekleyin.
2. Sürekli yüklemeye geçiş: Fırına sabit bir hızda yeni malzeme yükleyin. Her bir ahşap katmanını aynı çapta tutmaya çalışın, böylece kömürleşme eşit olur.
   1. Alevi yükleme hızının bir göstergesi olarak kullanın: Alevin yeni malzeme eklemek için kılavuz olmasına izin verin. Üstte iyi ve güçlü bir alevin muhafaza edildiğinden emin olun çünkü bu, kömür yapmak için ısı kaynağıdır.
   2. Operatör çok fazla, çok hızlı yüklerse, alev boğulur. Böyle bir durumda, duraklatın ve alevin tekrar yükselmesini bekleyin. Operatör yeterince malzeme yüklemezse, alev sönecek ve kömür yanarak kül olmaya başlayacaktır. Bu olmaya başlarsa, alevi devam ettirmek için daha fazla malzeme ekleyin.
3. Metan emisyonlarını en aza indirecek ve kararlı kömür oluşumunu en üst düzeye çıkaracak temiz, sıcak yanmanın bir göstergesi olarak yanma sırasında alev varlığını doğrulayın.
   1. D-MRV uygulamasını kullanarak, fırın yandıktan yaklaşık 30 saat sonra alevin 1 saniyelik bir videosunu çekin. Burn Quality Proof (Yakma Kalitesi Kanıtı ) bölümüne gidin ve Proof of Burn at First Hour (İlk Saatte Yanma Kanıtı ) düğmesine tıklayın.
   2. Video Çek'e tıklayın, Kaydet'e en az 30 saniye basın ve Video Gönder düğmesine tıklayın.
4. Yanığın orta aşamalarında en büyük malzemeyi ekleyin, böylece tamamen kömürleşmesi için zaman kalır. Fırın, hammadde türüne, boyutuna ve neme bağlı olarak farklı oranlarda biyokömür ile dolacaktır.
5. D-MRV uygulamasını kullanarak, yanmanın ikinci saatinin sonunda alevin 30 saniyelik bir videosunu çekin. Proof of Burn at Second Hour (İkinci Saatte Yanma Kanıtı) düğmesini ve ardından Video Al düğmesini tıklayın. En az 30 saniye boyunca Kaydet'e basın ve Videoyu Gönder düğmesini tıklayın.
6. D-MRV uygulamasını kullanarak, yanığın üçüncü saatinin sonunda alevin 30 saniyelik bir videosunu çekin. Proof of Burn at Third Hour (Üçüncü Saatte Yanma Kanıtı) düğmesini ve ardından Video Al düğmesini tıklayın. En az 30 saniye boyunca Kaydet'e basın ve Videoyu Gönder düğmesini tıklayın.
7. Fırın kırmızı sıcak parlayan kömürlerle dolarken, daha büyük parçaların kömürleşmeyi bitirmesine izin vermek için son birkaç orta büyüklükteki malzeme katmanını yapın.

4. Biyokömürün bitirilmesi, söndürülmesi ve ölçülmesi

1. Biriken biyokömür fırının üst kenarının 10-20 cm yakınındayken, hammaddenin tamamı kullanıldığında veya iş günü sona erdiğinde yanmayı sonlandırın.
2. Artık alev kalmadığında kömürleşme tamamlanır. Alevlerin sönmesi için son hammadde parçasını ekledikten sonra 10-15 dakika bekleyin. Her zaman tamamen kömürleşmeyen birkaç büyük parça olacaktır, bu bir endişe kaynağı değildir.
3. Söndürmeden önce, fırındaki sıcak, parlayan kömürleri düzleştirmek için çelik bir tırmık kullanın.
   1. Bir ölçüm çubuğunu fırına, fırın duvarına dikey olarak, bir ucu seviye kömürüne değecek şekilde yerleştirin. D-MRV uygulamasında, Biochar'ı Ölçme bölümüne giderek fırındaki kömürün derinliğini gösteren ölçüm çubuğunun fotoğrafını çekin ve Fotoğraf Çek düğmesine tıklayın.
   2. Biochar'ın tepesinden fırının tepesine kadar olan okuma nedir sorusu için metin giriş alanına, ölçüm çubuğundaki değeri girin.
   3. Gönder ve Başka Bir Fotoğraf Ekle düğmesine tıklayarak bu ölçümü ve fotoğraf kaydını fırın içinde farklı konumlarda iki kez daha tekrarlayın.
4. Kömür derinliği ölçümlerini bildirdikten hemen sonra, doğrulama amacıyla fırın tanımlama etiketinin bir fotoğrafını çekin.
5. Kömür kütle yoğunluğunu ölçün.
   1. Biyokömür partisi tamamlandığında, ancak söndürmeden önce, metal bir kovayı fırından kürekle çıkarılan sıcak parlayan kömürlerle doldurun. Asılı bir ölçek kullanarak dara ağırlığını elde etmek için kovayı tartın. Ağırlığı kaydetmek için bir fotoğraf çekin.
   2. Kovayı sıcak kömürlerle doldurun ve tartın, ağırlığı kaydetmek için bir fotoğraf çekin.
   3. Numune alma işlemini (4.5.1-4.5.2) iki kez daha tekrarlayın, fırının farklı bölümlerinden numuneler alın ve değeri bir fotoğrafla kaydedin.
6. Su ile söndürün.
   1. Isı kalkanı dokunacak kadar soğuyana kadar fırına düşük basınçta su püskürtmeye başlayın. Tüm ısı kalkanı panellerini çıkarın ve yoldan kaldırın.
   2. Su püskürtürken, birkaç fırın panelini çıkarın ve kömürü soğuması için ince bir tabaka halinde tırmıklayın. Kömür tamamen soğuyana kadar püskürtmeye ve tırmıklamaya devam edin. Biyokömür, içine bir el koyacak kadar soğuk olmalıdır.
7. Yanmamış parçaları çıkarın ve kaydedin. Kısmen kömürleşmiş parçaları çıkarın ve bunları fırın panellerinden birine, ölçüm çubuğu yan yana gelecek şekilde tek bir tabaka halinde yerleştirin. D-MRV uygulamasını kullanarak, tam olarak kömürleşmemiş parçaların fotoğrafını çekin.

Representative Results

Ring of Fire fırını kullanılarak iyi organize edilmiş ve uygulanmış bir biyokömür partisi, 4-5 saatlik yanma süresinde 2-3^m3 biyokömür üretecektir. CM002 Bileşen Metodolojisinin kullanılması ve D-MRV uygulamasında yanma parametrelerinin kaydedilmesi, sertifikalı bir doğrulayıcının toplu biyokömür üretim hacmini ve biyokömür kalitesini doğrulamasına izin vermek için tasarlanmıştır. Metodoloji hakkında daha fazla bilgi Ek Bilgiler'de (Ek Dosya 1) verilmiştir.

Ring of Fire fırınında yapılan tipik bir biyokömür partisi için proses doğrulama noktaları burada listelenmiştir (Şekil 2). Tablo 1 , sahada ölçülen veya doğrulama ile belirlenen tipik değerleri vermektedir.

1. Hammadde türünü bildirin.
2. Hammadde boyutu: yerinde bir cetvel bulunan hammadde yığınının resmi.
3. Hammadde nemi: Her hammadde türünün en büyük parçasından nem ölçer okumasını gösteren bir resim.
4. Ateşleme: Fırın yanmasının başlangıcını ve başlama zamanını kaydeden 30 saniyelik bir video. Video, güçlü bir alev başlığının geliştiğini gösteriyor.
5. Alev varlığına dayalı üretim sıcaklığı doğrulaması: üç adet 30 saniyelik video, yanma sırasında güçlü alev varlığını gösterir.
6. Biochar hacmi: Fırındaki kömür seviyesinin yüksekliğini üç yerde göstermek için fırındaki ölçüm çubuğunun üç resmi. Hesaplamalar için fırının tepesinden kömüre kadar ölçülen mesafelerin ortalaması bir değere alınır.
7. Yığın yoğunluğu: Kovanın boş ağırlığını gösteren ölçeğin bir resmi. Kömür ve kovanın ağırlığını gösteren üç ölçek resmi. Kömür, fırındaki 3 yerden alınmıştır. Hesaplamalar için üç ağırlık ölçümünün ortalaması bir değere alınır

Şekil 2: Proses doğrulama noktalarını gösteren infografik. Ring of Fire fırınında yapılan tipik bir biyokömür partisi için proses doğrulama noktaları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

				Veri noktası #1	Veri noktası #2	Veri noktası #3
Hammadde türleri				çam ağacı %50	köknar %50
Nem ölçer okuması				19%	23%
Boş fırın silindiri hacmi				4,3 milyon3
Fırın silindirinin yüksekliği				1 dk
Fırındaki kömür seviyesinin yüksekliği				60 cm	61 cm	59 cm
7 litrelik kovanın dara ağırlığı				0,6 kg
Kömürlü kova ağırlığı				1,8 kg	1,9 kg	2,0 kg
Kömür karbon içeriğinin veritabanı değeri				86.8%
Karbon stabilite faktörü				0.74

Tablo 1: Bir Ring of Fire biyokömür fırınında üretilen tipik bir biyokömür partisi için üretim sonuçlarını ve işleme parametrelerini doğrulamak için kullanılan temsili değerler.

Doğrulayıcı, bu kontrol noktalarını kullanarak, uzun vadeli stabilite için CM002 Bileşen metodolojisinin gereksinimlerini karşılamak için biyokömürün uygun hammaddelerle ve 600 °C'nin üzerindeki bir sıcaklıkta yapıldığını belirler. Bu, biyokömür partisine 100 yıllık kalıcılık için 0,74'lük karbon stabilite faktörünün uygulanmasına izin verir. Biyokömür partisinin hacmini belirlemek için doğrulayıcı, fırın kimlik etiketi (4,3^m3) tarafından doğrulanan boş fırının hacmini ve fırındaki kömür seviyesinin yüksekliğini (1 m - 0,4 m = 0,6 m) kullanır. Fırının %60'ı dolu olduğu için kömür hacmi 0,6 x 4,3^m3 = 2,6^m3'tür. Doğrulayıcı daha sonra kova ölçümlerine dayalı olarak biyokömürün yığın yoğunluğunu hesaplar. Her ölçümden 0,6 kg'lık kova ağırlığının çıkarılması, ortalaması 1,3 kg/7 L olan 1,2 kg, 1,3 kg ve 1,4 kg değerlerini verir. Bu, 185,7 kg/^m3'e eşdeğerdir. Bu nedenle, üretilen biyokömürün kuru ağırlığı (185.7 kg/^m3) x (2.6^m3) = 483 kg'dır.

Doğrulayıcı, biyokömürün karbon içeriğini bir veri tabanından veya bu durumda, 2021'de California, Sonoma County'deki bir Ring of Fire Fırınında üretilen bir grup karışık yumuşak ağaçtan %86,8'lik bir karbon içeriğini doğrulayan basit bir laboratuvar testinden alabilir. Test, Watsonville, CA²³ Kontrol Laboratuvarları tarafından gerçekleştirildi. 0.74 karbon stabilite faktörü uygulanır. Bu nedenle, biyokömür için kuru ağırlık bazında kararlı organik karbon içeriği, biyokömür kütlesinden, organik karbon içeriğinden ve (100) x (483) x (0.868) = 0.74 kg kararlı karbon nihai değeri için 310.2 yıllık stabilite faktöründen türetilir. Karbon gideriminin nihai değerine ulaşmak için, proje sızıntısı çıkarılır ve Ek Dosya 1'de açıklandığı gibi, katı karbondan karbondioksite dönüştürme faktörü ile birlikte uygun güvenlik marjları uygulanır. Biyokömürün sertifikalı biyokömür giderme değeri, biyokömürün toprağa veya komposta uygulandığının ve yanmadığının veya başka bir şekilde oksitlenmediğinin nihai doğrulamasına bağlıdır.

Ek Dosya 1: Metodoloji ve hesaplamalar hakkında ayrıntılı bilgi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Farklı biyokütle türleri, biyokütlenin temel bileşimi nedeniyle, üretim sıcaklığından bağımsız olarak farklı karbon ve kül fraksiyonlarına sahip biyokömür üretecektir²⁴. Farklı hammaddeler için mevcut biyokömür özellikleri veritabanları eksiksiz olmadığından, projelerin biyokömürün organik karbon içeriğini doğrulamak için laboratuvar analizi için numuneler göndermesi gerekebilir. Proje maliyetlerini düşük tutmak için, lise veya topluluk kolej seviyesi^25'teki okul laboratuvarlarında öğrenciler tarafından düşük maliyetle yapılabilecek basit bir laboratuvar prosedürü öneriyoruz. Zamanla, sahada daha fazla proje uygulandıkça, farklı hammadde türleri için biyokömür karbon içeriği değerleri veritabanı büyüyecek ve daha kullanışlı hale gelecektir.

D-MRV ölçümlerinin çoğu, üretim koşullarının, veri tabanı değerleriyle yakından eşleşen özelliklere sahip biyokömür üretmek için en uygun olduğunu doğrulamayı amaçlamaktadır. Bu temel ölçümler, hammadde nemi ve üretim sıcaklığını ve biyokömürde ortaya çıkan karbonun stabilitesini belirleyen alevli yanmanın kalitesini belgeleyen video serisidir.

Fırında üretilen biyokömürün hacmini ölçmek basit olsa da, üretilen biyokömürün kuru kütlesini belirlemek kolay değildir. Biyokömür ile çalışmak zordur çünkü malzemenin karmaşık parçacık yoğunluğu, yığın yoğunluğu ölçümlerinin belirlenmesini zorlaştırır²⁶. Biochar söndürüldükten sonra, tarlada belirli bir hacimde kuru ağırlık biyokömür elde etmek mümkün değildir. Bununla birlikte, biyokömürün kuru yığın yoğunluğu, hacmi bilinen metal bir kovanın sıcak kömürlerle doldurulması ve tartılmasıyla sahada ölçülebilir. Bu prosedür bize biyokömürün kuru kütlesi hakkında iyi bir yaklaşım sağlayabilir.

Bu metodolojinin önemli bir dezavantajı, hammadde değişkenliği ve operatörün beceri seviyesi dahil olmak üzere saha operasyonlarının doğal değişkenliğidir. Operatör, hammadde yükleme hızını belirlemeli ve fırında güçlü bir alev sağlamak için çalışmalıdır. Aşırı yükleme ile alevin korunamaması, kömür oluşum sıcaklığını ve dolayısıyla kömür stabilitesini etkileyecektir. Bu, operatörler için etkili bir eğitim programı ile en iyi şekilde ele alınır. İşçi eğitimi ve güvenlik protokolleri, yerinde biyokömür üretiminin başarısı için çok önemlidir. İşgücü gereksinimleri göz önüne alındığında, eğitim programlarının iyi organize edilmesi ve yaygın olarak kullanılabilir hale getirilmesi gerekecektir²⁷.

Metodolojinin bir diğer sınırlaması, D-MRV ölçümlerinin uygulanmasındaki değişkenliktir. Hammadde nemi, tüm hammadde tek tip olsa bile, belirli bir parti içinde oldukça değişken olabilir. Uygun sıcaklıklara ulaşıldığını doğrulamak için işlem sırasında alevin üç anlık görüntüsünü alma yöntemi, yanığın dinamik doğası ile sınırlıdır. Üç anlık görüntü videosu tüm süreci temsil etmeyebilir. Bu ölçüm için geçerli bir çapraz kontrol, yanmanın ne kadar sürdüğünü ve ne kadar biyokömür üretildiğini bilmektir, çünkü optimum olmayan sıcaklık koşulları daha düşük üretim hacimlerine neden olacaktır. Yığın yoğunluğu ve hacminin alan D-MRV ölçümleri hassasiyetleri açısından sınırlıdır; Bununla birlikte, bu, nihai değerlerin muhafazakar olmasını ve karbon giderimini abartmamasını sağlamak için güvenlik marjları kullanılarak telafi edilir.

Operasyonel lojistik, biyokömür üretim parametrelerinin değişkenliğine ve projelerin başarısına da katkıda bulunur. Operasyonel lojistik, hava durumu, arazi, erişim, işçi güvenliği, eğitim, araç ve ekipman ve su mevcudiyeti gibi faktörleri dikkate almalıdır. Biochar yapmak için gereken araç ve gereçlerin çoğu, itfaiyecilere ve ormancılık ekiplerine sağlanan standart ekipmanlardır. Ring of Fire biyokömür fırını ile D-MRV'yi uygulamak için gereken özel araçlar , Malzeme Tablosu dosyasında listelenmiştir.

Atık biyokütleden sahada biyokömür yapmak, çok düşük maliyet avantajına sahip olan açık yakma veya yakma alternatifi ile rekabet etmelidir. Açık yakmaya karşı biyokömür yapmanın marjinal maliyeti, basit alev kapaklı fırınların sermaye maliyeti düşük²⁷ olduğundan, çoğunlukla artan işçilik gereksinimleriyle ilgilidir. Bugüne kadar, yakma üzerindeki biyokömür üretiminin gerçek marjinal maliyetini belirlemek için sağlam veri toplamaya sahip yeterli büyük ölçekli proje yoktur. Bununla birlikte, bir örnek, karbon finansmanının boşluğu doldurma potansiyelini gösterebilir.

Missoula, MT'deki Watershed Consulting, 2021'de Batı Montana'daki 21 dönümlük karışık kozalaklı ormandan inceltilmiş eğik çizgiyi Ring of Fire biyokömür fırınları²⁸ kullanarak tedavi etti. Toplam proje maliyeti 42.302,00 $ ve toplam biyokömür verimi 112.5 metreküp idi. Alev kapaklı fırınlarda yapılan biyokömür özellikleriyle ilgili kendi standart varsayımlarımızı kullanarak, projenin ton başına 31.75 $ 'dan 2 metrik ton CO 1,332.35 tuttuğunu tahmin ediyoruz. Malzemeyi yığma ve yakma maliyeti 15,750.00 $ olacaktı ve yakma yerine biyokömür yapmak için 26,552.00 $ veya üretilen biyokömür tonu başına 836.28 $ marjinal maliyet bırakacaktı. Bu marjinal maliyet, D-MRV sürecinin önemini doğrulayan ton_CO2 başına 100 ila 200 ABD Doları tutarındaki karbon giderme ödemeleriyle en azından kısmen telafi edilebilir. Projenin ekonomik resmini tamamlamak için, finansman yetkililerinin yanık yığını izlerinden, azaltılmış sera gazı emisyonlarından ve partikül hava kirliliğinden kaynaklanan toprak hasarından kaçınmanın yanı sıra nem tutma, besin döngüsü ve toprak sağlığı için kömürü orman topraklarına geri döndürmenin ekosistem faydalarını kabul etmeleri önemlidir.

Bu yazıda açıklanan ayrıntılı yöntemler, yabancı istilacı türlerden, kuraklıktan ve orman yangınından etkilenen ekosistemlerde çalışan bireylerin ve grupların, sera gazı emisyonlarından kaçınırken ve iklim değişikliğini azaltmak için karbonu tutarken toprakları ve yerel ekosistemleri iyileştirip eski haline getirebilecek ekonomik olarak uygulanabilir biyokütleden biyokömüre projeleri uygulamalarına yardımcı olacaktır. Bu pratik saha metodolojisindeki ölçümler ve doğrulama noktalarındaki değişkenliğe ve hassasiyet eksikliğine rağmen, biyokütlenin endüstriyel bir piroliz tesisine taşınması gibi diğer yaklaşımların pratik olmadığı saha durumlarında karbonu ayırmanın hala değerli bir yaklaşım olduğu sonucuna varıyoruz.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Digital hanging scale	AvaWeigh	HSD40	44 pound scale for weighing produce
Ikhala smart phone app	AD Tech	N/A	download from Android or Apple app store
Metal ruler	Azbvek	ZG0044-New	Stainless Steel 100 cm Ruler
Ring of Fire Kiln	Wilson Biochar	ROF 1.2	Panel style flame cap kiln with heatshield
Smart phone	any	N/A	must use either I-OS or Android operating system
Steel utility pail - 7 liter	Behrens	120GS	galvanized steel utility bucket
Wood moisture meter	General Tools	MMD4E	Digital moisture meter, pin type with LCD display