RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Deborah S. Page-Dumroese1, Joanne M. Tirocke1, Nathaniel M. Anderson1, James G. Archuleta2, Daniel W. McCollum1, Jeffrey Morisette1, Derek N. Pierson1, Carlos Rodriguez-Franco3
1USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 2USDA Forest Service, Pacific Northwest Regional Office, 3USDA Forest Service, Washington Office
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Sürekli olarak biyokömür oluşturmak için bir hava perdesi ile donatılmış, yer tabanlı bir mobil piroliz ünitesinin kullanımını açıklıyoruz. Teknoloji, açık eğik kazık yakma ihtiyacını azaltır, bu da daha düşük emisyon ve daha az toprak etkisi ile sonuçlanır. Protokol, yer seçimi, yükleme ve söndürme için yönergeler içerir.
Yakıt tedavileri ve diğer orman restorasyonu inceltme uygulamaları, ormanın kuraklığa, böceklere ve hastalıklara karşı direncini artırırken ve yer üstü karbon (C) tutumunu artırırken orman yangını riskini azaltmayı amaçlar. Bununla birlikte, yakıt işlemleri, genellikle açık yığınlarda yakan, önemli miktarlarda sera gazı ve partikül açığa çıkaran ve yığının altındaki toprağa potansiyel olarak zarar veren, satılamayan odunsu biyokütle kalıntıları üretir. Hava perdesi brülörleri, bu sorunları hafifletmek için bir çözüm sunar, yanma işlemlerinden kaynaklanan duman ve partikülleri azaltmaya, kazık yakmaya kıyasla biyokütle kalıntılarını daha tam olarak yakmaya ve eğik çizgi yığınının altındaki toprağa zarar verebilecek doğrudan ve yoğun yangın temasını ortadan kaldırmaya yardımcı olur. Bir hava perdesi brülöründe yanma kontrollü bir ortamda gerçekleşir. Duman, hava perdesi tarafından tutulur ve yeniden sirküle edilir ve bu nedenle yanma, çeşitli iklim koşullarında (örneğin rüzgar, yağmur, kar) gerçekleştirilebilir, bu da eğik çizgi malzemesinin atılması için yanma mevsimini uzatır. Sürekli olarak biyokömür oluşturan mobil piroliz ünitesi, artık odunsu biyokütleyi kütük inişlerinde, yeşil odunları çöplüklerde veya kurtarılmış kütüklü malzemeleri bertaraf etmek ve bu süreçte biyokömür oluşturmak için özel olarak tasarlanmıştır. Bu yüksek karbonlu biyokömür çıktısı, kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerini iyileştirerek toprak direncini artırmak için kullanılabilir ve terk edilmiş maden sahalarındakiler de dahil olmak üzere kirlenmiş toprakların iyileştirilmesinde potansiyel uygulamalara sahiptir. Burada, bu ekipmanın genel kullanımını, uygun yerleşimi, yükleme yöntemlerini, su verme gereksinimlerini ve bu yeni teknolojinin çalıştırılması hakkında öğrenilen dersleri açıklıyoruz.
ABD genelinde, tarihsel olarak yerli halk tarafından belirlenen ve modern zamanlarda bastırılan, sık sık düşük yoğunluklu yangınların yokluğunda birçok orman meşceresinin ayakta duran ağaç hacmi artmıştır 1,2. Bu yangın dışlanmasından kaynaklanan aşırı stoklanmış meşcereler, orman yangınlarına, zararlılara, hastalıklara ve kuraklık etkilerine karşı orman direncini artırmaya çalışan arazi yöneticileri için zorluklar doğurmaktadır3. Ağaç hacmini azaltmak için standart yönetim uygulamaları, öngörülen yangın, ticari öncesi seyreltme ve olgun meşcere hasadını içerir. Bu işlemler, genellikle kalıntı olarak adlandırılan önemli miktarlarda düşük ve değersiz odunsu biyokütle üretir. Örneğin, batı ABD'nin 15 eyaletinde, hasat işlemlerinin her yıl yaklaşık 8 milyon kuru ton kalıntı ürettiği tahmin edilmektedir4. Ayrıca, USDA Orman Servisi, 50 yıllık bir süre içinde 20 milyon dönümlük (10 milyon hektar) daha tedavi edecek bir orman yangını kriz planı uyguladı. Bu, satılabilir olmayan ek malzemelerin elden çıkarılması ihtiyacına yol açacak ve muhtemelen çeşitli yer tabanlı seçeneklerin kullanılmasını gerektirecektir. Üst kısımlar, uzuvlar ve satılamayan ağaçlar biyoenerji veya biyoyakıtlar için kullanılabilse de, sınırlı pazar fırsatları genellikle bu kalıntıların yığılmasına ve yakılmasına neden olur. Eğik çizgi yığınları inşa etmek, orman yangını ve böcek riskini azaltmayı, yer altı bitkileri için büyüme alanı yaratmayı ve diğer arazi yönetimi hedeflerini ele almayı amaçlar.
Açık kazık yakma, odun hacmini azaltmak için düşük maliyetli, nispeten hızlı bir yöntemdir, ancak aynı zamanda sera gazları da dahil olmak üzere duman ve hava kirleticileri üretir5. Ayrıca, toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri üzerinde istenmeyen etkilere neden olabilir ve onlarca yıl devam edebilen yanık izlerine yol açabilir6. Açık yanmanın zararlı yan etkilerini azaltmak için iklim değişikliği, orman yangını riski ve toprak sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri azaltan alternatif yaklaşımlara ihtiyaç vardır7.
Burada, ABD Tarım Bakanlığı, Orman Servisi, Rocky Mountain Araştırma İstasyonu ve Air Burners, Inc. (Palm City, FL) arasında bir İşbirliğine Dayalı Araştırma ve Geliştirme Anlaşması (CRADA) yoluyla geliştirilen sürekli biyokömür üretimi için yeni bir yöntemin kullanımına odaklanıyoruz. Ortaya çıkan teknoloji, bundan böyle biyokömür üreten hava perdesi brülörü (BACB; Şekil 1), duman ve partikül emisyonlarını sınırlarken odunsu kalıntılardan sürekli olarak biyokömür üretir. Açık yanma ile karşılaştırıldığında, BACB'nin işlevselliği yangın riskini ve dumanın yayılmasınıazaltır 8 ve operasyonel yanma pencerelerinin güvenli bir şekilde uzatılması için yollar yaratır. Yakıt birikimlerine katkıda bulundukları arazide kalıntı yığınları bırakan geleneksel yöntemlerin9 veya öncelikle duman ve kül üreten alternatif yanma yöntemlerinin aksine, BACB, toprağı korurken ve tutarlı, yüksek karbonlu bir odun kömürü olan biyokömür oluştururken yakıt yüklerini etkili bir şekilde azaltır. Ayrıca, BACB hareketlidir ve örneğin bir kütük sahanlığına, bir yol kenarına veya bir kamp alanına kolayca yerleştirilebilir. Ayrıca ıslak veya kuru odunları, karışık hammadde türlerini ve boyutlarını yakabilir ve sert hava koşullarında ve hava koşullarının açık hav yakma için çok riskli olduğu zamanlarda kullanılabilir.
BACB'de üretilen biyokömür genellikle %70-90 karbondur, oldukça gözeneklidir ve partikül boyutu dağılımında tutarlıdır, bu da onu genellikle terk edilmiş madenlerde, kütük inişlerinde, kızak yollarında, nehir kıyısı alanlarında veya tarım alanlarında bulunan bozulmuş toprakların iyileştirilmesi için uygun hale getirir. Biochar ayrıca besinleri adsorbe etmek ve kokuyu azaltmak için kompostla karışım olarak veya hayvancılık besinlerinde de kullanılabilir. Genel olarak, odunsu kalıntı biyokömürü için en iyi toprak kullanımları, iri dokulu, düşük organik maddeli topraklarda toprak agrega stabilitesini ve mevcut suyu arttırırken erozyonu ve nitrat sızıntısını azaltmaktır10,11.

Şekil 1: Mobil biyokömür üreten hava perdesi brülörü. Test bölgesi, eğik çizginin ve biyokömür üreten hava perdesi brülörünün genel konfigürasyonunu gösterir. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Tasarım ve operasyona genel bakış
Birkaç tip hava perdesi brülörü mevcut olmasına rağmen, BACB sürekli olarak biyokömür oluşturur. Ünite yaklaşık 7 m uzunluk x 2,5 m genişlik x 2 m yüksekliktedir. Yanma odasının üst kısmında, içinde duman, partikül ve köz bulundurmak için sabit bir hava perdesi sağlayan ve emisyonların tamamen oksidasyonunu destekleyen bir hava manifoldu vardır. Optimum çalışma için, yanma odası manifoldun hemen altındaki bir seviyeye kadar yüklenir ve yanma odası boyunca kesintisiz hava akışı sağlanır. BACB, standart bir çeki demiri paketi ve yeterli çekme kapasitesi ile herhangi bir aracın arkasında çekilebilir. Yığılmış biyokütleye (hammadde olarak da adlandırılır) yakın, ancak saha çevresinde ekipman ve personelin serbestçe ve güvenli bir şekilde hareket etmesine izin vermek için yeterli alana sahip düz, pürüzsüz bir saha hazırlanır. Yerleştirildikten sonra, ünite, yerleşik hidrolik sistem kullanılarak yanma odası kenarları toprağa indirilerek sabitlenir. Bir fan motoru, bir tarafta yanma odasının uzunluğu boyunca uzanan hava perdesi manifolduna basınç uygular. Biyokütle başlangıçta ateş kutusunda bir kömür yatağı oluşturmak için yakılır ve yakılır. Daha sonra, gelen materyali hava perdesinin altında tutarken periyodik olarak ek biyokütle eklenebilir. Malzeme yandıkça, kömür üretilir ve yanma odasının altındaki bir açıklıktan düşer ve burada konveyör bandı ile makineden temizlenir. Ateş kutusunun içindeki bir panel, bu işlemi kolaylaştırmak için salınır. Kül veya ince malzemeler konveyör bandından aşağıdaki toprağa düşer. Sıcak kömürler, yanma odasının altındaki bir yuvadan makineden çıkar ve suyla dolu bir tavaya bırakılır, bu da yanmayı durdurur ve biyokömürü güvenli bir şekilde işlenebileceği bir sıcaklığa soğutur. Çalışmayı durdurmaya hazır olduğunda, kalan malzemenin yanmasına izin verilerek yanma odası temizlenir. Tipik olarak, ünite gece boyunca soğur ve gerektiğinde ertesi gün güvenli bir şekilde hareket ettirilebilir. Acil bir durum olmadıkça, odun yanarken veya soğurken BACB'yi hareket ettirmeye çalışmayın. Acil durumlarda, yangını söndürmek ve kömürleri boğmak için kum veya toprak kullanılabilir. Ateş kutusundaki seramik karoların üzerine asla doğrudan su püskürtülmemelidir.
NOT: BACB'nin çalışmasıyla ilgili ek ayrıntılar, ekipmanla birlikte gelen kullanım kılavuzunda bulunabilir.
1. Siteye ulaşım
2. Yerinde hazırlık

Şekil 2: Odun artıklarını hareket ettiren bir ekskavatör örneği. Biyokömür üreten hava perdesi brülörünü yüklemek için mini ekskavatörler kullanılabilir. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Söndürme havuzu yerleşimi örneği. Söndürme havuzu su ile dolu tutulur ve konveyör bandının yaklaşık 2 inç (5 cm) önüne yerleştirilir. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
3. Tehlike azaltma

Şekil 4: Biyokömür üreten hava perdesi brülöründeki kontrol paneli. Kontrol paneli, hava perdesini, konveyörü ve sistem gücünü açmak ve yanma odasını yükseltmek ve indirmek için kullanılır. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
4. Operasyon öncesi kontroller
5. İlk yükleme ve bir taban yangını oluşturma
6. Ateş kutusuna odun eklenmesi
7. Biyokömür üretimi
8. Operasyonların durdurulması

Şekil 5: Konveyör bandının altındaki kül ve biyokömür örneği. Yanma sırasında, metal konveyör bandından bir miktar kül ve biyokömür düşecektir. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
9. BACB'nin yeniden konumlandırılması

Şekil 6: Kül birikimi örneği. Günün sonunda, konveyör bandının altındaki kül birikimi konveyör bandına ulaşabilir. Biyokömür üreten hava perdesi brülörünü yerleştirmeden önce hendek açmak, tek bir yerde yanma süresini uzatmanın bir yöntemidir. Hendek açma bir seçenek değilse, ekipman ileri çekilmeli ve kül her gün temizlenmelidir. Bu rakam12'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ocak 2022'den Ekim 2023'e kadar BACB, çeşitli hammaddeleri biyokömüre pirolize etti (Tablo 1). Saha denemelerine dayanarak, BACB saatte yaklaşık 1 ton (900 kg) hammadde yakabilir ve hammaddenin kuru kütlesinin yaklaşık %11-25'i biyokömür olarak tutulacak ve denge gaza (su buharı, CO2 vb.) ve kül. Karbon içeriği %70-%90 arasında değişmektedir. Daha büyük odun parçalarının (>30 cm), çapı 2-30 cm arasında değişen ahşaptan daha uzun süre pirolize edilir. Biyokömürün miktarı ve kalitesi, hammadde özelliklerine (örn. boyut, tür, nem içeriği) ve yükleme hızına bağlıdır. Üretilen biyokömürün boyutu 1 inç (2,5 cm) ve daha küçüktür, ancak özellikle bir koşunun başlangıcında daha büyük parçalar mümkündür. Ek olarak, bazı yanmamış malzemeler başlangıçta açıklıktan konveyöre geçebilir ve bunlar tekrar ateş kutusuna yerleştirilebilir, bir kenara konulabilir veya biyokömürle birlikte istiflenebilir. Çok çeşitli çalışma koşulları altında yapılan saha denemelerinde, BACB'nin yakıt işlemlerinden ve diğer hasat işlemlerinden üretilen odunsu biyokütleden biyokömür oluşturmak için etkili bir orman içi yöntem olduğu ve tehlikeli yakıtları azaltabildiği gösterilmiştir.
| Üretim yeri | Hammadde | 1 saat içinde yaklaşık yeşil ağırlık | Biyokömür karbonu |
| Kg | % | ||
| Bayrak Direği, Arizona | Pinus ponderosa | 1360 | 64 |
| Springfield, Oregon | Pseudotsuga menziesii ve Mazı plicata | 910 | 94 |
| Princeton, Idaho | Abies grandis, Pinus contorta ve Pseudotsuga menziesii | 900 | 89 |
| Palmiye Şehri, Florida | Quercus ve Pinus | 950 | 82 |
| Geçiş Kapısı, Oregon | Pinus ponderosa, Abies grandis | 800 | 87 |
Tablo 1: Sonuç örnekleri. Üretim yeri, kullanılan temsili hammaddeler, 1 saatte pirolize edilen miktar ve sürekli biyokömür üreten bir hava perdesi brülöründen gelen biyokömür karbon konsantrasyonu. Fırında kurutulmuş (sabit bir ağırlığa kadar 60 °C) numunelerin karbon içeriğini belirlemek için bir element analizörü kullanıldı.
En iyi çalışan konfigürasyonu, bir mini ekskavatör sürücüsü ve ateşleme noktaları arayan, hammaddenin nereye ve ne zaman yükleneceğini yönlendiren ve biyokömürü söndürme tavasından çıkaran iki kişidir. Tomrukların çapı çok uzun veya büyükse, motorlu testereyi çalıştırmak için dördüncü bir kişiye ihtiyaç duyulabilir.
BACB mobildir, bu da ona çeşitli sitelerde çalışma esnekliği sağlar. Bu, toprak etkisinin olmaması ve kazık yakmadan daha az duman çıkmasının eşlik eden faydalarıyla birleştiğinde, ek ekosistem hizmetlerine (örneğin, karbon tutma, su tutma, toprak örtüsü ve azaltılmış yakıtlar) izin verir. Orman içi mobil biyokömür üretimi, kütük inişleri, kızak yolları, orman yolları, erozyon ve madencilikle ilişkili yerel bozulmuş toprakları restore etmek için en uygun yöntemdir.
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Sürekli olarak biyokömür oluşturmak için bir hava perdesi ile donatılmış, yer tabanlı bir mobil piroliz ünitesinin kullanımını açıklıyoruz. Teknoloji, açık eğik kazık yakma ihtiyacını azaltır, bu da daha düşük emisyon ve daha az toprak etkisi ile sonuçlanır. Protokol, yer seçimi, yükleme ve söndürme için yönergeler içerir.
Gösterilerin yapılmasına ve veri toplanmasına yardımcı olan çok sayıda Üniversite personeline, Ulusal Orman ve Arazi Yönetimi Bürosu personeline teşekkür ederiz. Bu yöntem için saha çalışması, ABD Orman Servisi, Rocky Mountain Araştırma İstasyonu, Washington D.C. ve Pasifik Kuzeybatı Bölgesi ofisleri tarafından desteklenmiştir. Bu yayındaki bulgular ve sonuçlar yazarlara aittir ve herhangi bir resmi U.S.D.A. veya A.B.D. Hükümeti kararını veya politikasını temsil edecek şekilde yorumlanmamalıdır.
| CharBoss hava perdesi brülörü | Hava Brülörleri, Inc. | T26 | 36" peyzaj tırmığı, eleme küreği, 1 1/8" soketli 1/2" sürücü standart mandalı, gres tabancası ve söndürme tavası ile birlikte gelir |
| Dizel yakıt (Ultra düşük kükürt) | Yerel olarak satın alınır | ||
| Dizel yakıt tankları | Uline | H-1849Y | veya benzeri |
| Motor yağı (dizel sınıfı) | Herhangi bir dizel sınıfı yağ 15W40 veya 10W40. | ||
| Ekskavatör | Yerel kiralama şirketi. Daha küçük boyutlar daha az yakıt gerektirir. | ||
| Yüksek sıcaklıkta tutukluk önleyici yağlayıcı (16 oz kartuş) | McMaster-Carr | 1288K97 | yağlama hidrolik bağlantı parçaları |
| Hidrolik Yağ | Amsoil | HVH05-EA (ISO32) /HVG05-EA (ISO22) | Herhangi bir ISO32 sentetik hidrolik yağı, soğuk hava için ISO22 seçeneği. Amsoil ISO32 fabrikada monte edilmiştir. |
| Büyük kovalar | Uline | 5495 | veya benzeri |
| Aydınlatma meşalesi (propan) | Grainger | 9RCF3 | veya benzeri |
| 1 tonluk pikap (veya daha büyük) | CharBoss'u siteye taşımak için | yerel olarak | kiralayın |
| Görüntüleme adımı | Gorilla | GLP=WP | Ateş kutusuna veya diğer tezgah tarzı adıma görüntülemeye izin vermek için kararlı adım |
| Su kamyonu | En az 300 galon kapasiteli herhangi bir su kamyonu; Söndürme tavasına yerçekimi su beslemesi kullanılabilir. | ||
| Tekerlek takozları | Otostop çekerken / çözerken 4 "x 4" kereste blokları veya ticari olarak temin edilebilen takozlar ünite | ||
| < güçlü > kişisel koruyucu ekipman < / güçlü > | |||
| Kulak koruması | Uline | S-22141 | veya benzeri |
| Göz koruması | Amazon | veya benzeri | |
| Yangın gömleği | Grainger | 12R487 | veya benzeri |
| İtfaiye | pantolonu Grainger | 39EM96 | veya benzeri |
| Baret | İndirim Güvenlik Donanımı | SFTSCHH1000038126 | veya benzeri |
| Deri eldivenler | Uline | S-6777M | veya benzeri |
| Sağlam botlar | herhangi bir kalın tabanlı, deri bot. | ||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | veya benzeri |
| Pulaski balta | Ormancılık tedarikçileri | 85274 | veya benzeri |
| Yangın tırmığı | Ormancılık tedarikçileri | 85210 | veya benzeri |