Produzione continua di biochar nel bosco utilizzando un bruciatore a lama d'aria montato su rimorchio

In tutti gli Stati Uniti, molti popolamenti forestali sono aumentati in volume di alberi in piedi in assenza di frequenti incendi a bassa intensità, storicamente appiccati dalle popolazioni indigene e soppressi in tempi moderni ^1,2. A causa di questa esclusione dagli incendi, i popolamenti sovraffollati che ne derivano rappresentano una sfida per i gestori del territorio che si sforzano di migliorare la resilienza delle foreste contro incendi, parassiti, malattie ed effetti della siccità³. Le pratiche di gestione standard per ridurre il volume degli alberi includono il fuoco prescritto, il diradamento pre-commerciale e la raccolta di popolamenti maturi. Queste operazioni generano notevoli quantità di biomassa legnosa a basso o nullo valore, spesso chiamata residui. Ad esempio, nei 15 stati degli Stati Uniti occidentali, si stima che le operazioni di raccolta producano quasi 8 milioni di tonnellate secche di residui ogni anno⁴. Inoltre, il Servizio Forestale dell’USDA ha attuato un piano di crisi per gli incendi boschivi, che tratterà altri 50 milioni di acri (20 milioni di ettari) in un periodo di 10 anni. Ciò comporterà la necessità di smaltire ulteriore materiale non commerciabile e probabilmente richiederà l’uso di una varietà di opzioni basate sul luogo. Sebbene le cime, i rami e gli alberi non commerciabili possano essere utilizzati per la bioenergia o i biocombustibili, le limitate opportunità di mercato spesso portano all’accumulo e alla combustione di questi residui. La costruzione di pali a taglio mira a ridurre il rischio di incendi e insetti, creare spazio di crescita per le piante del sottobosco e affrontare altri obiettivi di gestione del territorio.

La combustione a cielo aperto è un metodo a basso costo e relativamente veloce per ridurre il volume del legno, ma produce anche fumo e inquinanti atmosferici, compresi i gas serra⁵. Inoltre, può anche causare impatti indesiderati sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo, portando a cicatrici da ustione che possono persistere per decenni⁶. Per mitigare gli effetti collaterali dannosi della combustione all’aperto, sono necessari approcci alternativi che riducano gli impatti negativi sui cambiamenti climatici, sul rischio di incendi boschivi e sulla salute del suolo⁷.

Qui, ci concentriamo sull’uso di un nuovo metodo per la produzione continua di biochar sviluppato attraverso un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo (CRADA) tra il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti, il Servizio Forestale, la Rocky Mountain Research Station e Air Burners, Inc. (Palm City, FL). La tecnologia risultante, d’ora in poi denominata bruciatore a lama d’aria per la produzione di biochar (BACB; Figura 1), produce continuamente biochar da residui legnosi limitando le emissioni di fumo e particolato. Rispetto alla combustione all’aperto, la funzionalità del BACB riduce il rischio di incendio e la diffusione del fumo⁸, creando strade per l’estensione sicura delle finestre di combustione operative. A differenza dei metodi tradizionali che lasciano cumuli di residui sul paesaggio dove contribuiscono all’accumulo di carburante⁹ o dei metodi di combustione alternativi che producono principalmente fumo e cenere, il BACB riduce efficacemente i carichi di carburante proteggendo il suolo e creando biochar, un carbone di legna costante e ad alto tenore di carbonio, che può essere utilizzato per il ripristino del suolo all’interno o vicino al sito di lavorazione. Inoltre, il BACB è mobile e può essere facilmente posizionato, ad esempio, su un pianerottolo di tronchi, lungo una strada o in un campeggio. Può anche bruciare legno umido o secco, tipi e dimensioni di materie prime miste e può essere utilizzato in condizioni meteorologiche avverse e nei momenti in cui le condizioni meteorologiche sono troppo rischiose per la combustione di pali aperti.

Il biochar prodotto nel BACB è generalmente composto per il 70%-90% da carbonio, altamente poroso e coerente nella distribuzione granulometrica, il che lo rende adatto per la bonifica di terreni degradati, spesso presenti in miniere abbandonate, atterraggi di tronchi, piste da slittamento, aree ripariali o siti agricoli. Il biochar può anche essere utilizzato come miscela con il compost o negli allevamenti del bestiame per assorbire i nutrienti e ridurre l’odore. In generale, i migliori usi del suolo per il biochar dei residui legnosi sono quelli di ridurre l’erosione e la lisciviazione dei nitrati, migliorando al contempo la stabilità degli aggregati del suolo e l’acqua disponibile in terreni a tessitura grossolana e a bassa sostanza organica^10,11.

Figura 1: Bruciatore mobile a lama d’aria per la produzione di biochar. Il sito di prova mostra la configurazione generale del bruciatore a lama d’aria a lama d’aria che produce biochar. Questa cifra è stata modificata da¹². Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Panoramica del design e del funzionamento
Sebbene siano disponibili diversi tipi di bruciatori a lama d’aria, il BACB crea continuamente biochar. L’unità è lunga circa 7 m x 2,5 m di larghezza x 2 m di altezza. Ha un collettore d’aria lungo la parte superiore del focolare che fornisce una cortina d’aria costante per contenere fumo, particolato e braci al suo interno e favorisce la completa ossidazione delle emissioni. Per un funzionamento ottimale, il focolare è caricato a un livello appena sotto il collettore, garantendo un flusso d’aria ininterrotto attraverso il focolare. Il BACB può essere trainato dietro qualsiasi veicolo con un pacchetto di gancio di traino standard e un’adeguata capacità di traino. Un sito piano e liscio viene preparato vicino alla biomassa accatastata (chiamata anche materia prima), ma con spazio sufficiente intorno al sito per consentire alle attrezzature e al personale di muoversi liberamente e in sicurezza. Una volta posizionata, l’unità viene messa in sicurezza abbassando le sponde del focolare sul terreno tramite l’impianto idraulico di bordo. Un motore del ventilatore pressurizza il collettore a lama d’aria, che percorre la lunghezza del focolare su un lato. La biomassa viene inizialmente accesa e bruciata per creare un letto di carboni nel focolare. Quindi, è possibile aggiungere periodicamente ulteriore biomassa mantenendo il materiale in entrata al di sotto della cortina d’aria. Quando il materiale brucia, il carbone viene prodotto e cade attraverso un’apertura sul fondo del focolare, dove viene eliminato dalla macchina dal nastro trasportatore. Un pannello all’interno del focolare oscilla per facilitare questo processo. La cenere o i materiali fini cadono attraverso il nastro trasportatore sul terreno sottostante. I carboni ardenti escono dalla macchina attraverso una fessura sul fondo del focolare e vengono depositati in una bacinella piena d’acqua, che interrompe la combustione e raffredda il biochar a una temperatura tale da poter essere maneggiato in sicurezza. Quando è pronto per cessare il funzionamento, il focolare viene sgomberato lasciando bruciare il materiale rimanente. In genere, l’unità si raffredda durante la notte e può essere spostata in sicurezza il giorno successivo, se necessario. Non tentare di spostare il BACB mentre sta bruciando legna o raffreddandosi a meno che non ci sia un’emergenza. In caso di emergenza, la sabbia o la terra possono essere utilizzate per estinguere l’incendio e soffocare i carboni. L’acqua non deve mai essere spruzzata direttamente sulle piastrelle di ceramica del focolare.