トレーラー搭載型エアカーテンバーナーによるバイオ炭の林内連続生産

米国全土で、歴史的に先住民族が起こし、現代では抑制された低強度の火災が頻繁に発生しないため、多くの林分が立っている樹木の量が増加しています^1,2。この火災の除外により、結果として生じる過剰在庫の林分は、山火事、害虫、病気、干ばつの影響に対する森林の回復力を高めようと努力する土地管理者にとって課題となります³。樹木の量を減らすための標準的な管理方法には、規定の火、商業化前の間伐、成熟した林分収穫が含まれます。これらの操作により、低価値および価値のない木質バイオマス(しばしば残留物と呼ばれる)が大量に生成されます。例えば、米国西部の15州では、収穫作業により毎年約800万乾燥トンの残留物が生成されていると推定されています⁴。さらに、USDA森林局は、10年間でさらに5,000万エーカー(2,000万ヘクタール)を処理する山火事危機計画を実施しました。これにより、追加の商品化できない材料を処分する必要があり、さまざまな場所ベースのオプションの使用が必要になる可能性があります。頂上、枝、商品化できない樹木はバイオエネルギーやバイオ燃料に使用できますが、市場機会が限られているため、これらの残留物が積み重なって燃やされることがよくあります。Building Slash Pilesは、山火事や昆虫のリスクを減らし、下層植物のための成長スペースを創出し、その他の土地管理目標に対処することを目的としています。

オープンパイルバーニングは、木材の体積を減らすための低コストで比較的迅速な方法ですが、温室効果ガス5を含む煙や大気汚染物質も生成^します。さらに、土壌の物理的、化学的、生物学的特性に望ましくない影響を与える可能性があり、何十年にもわたって持続する可能性のある火傷跡につながる可能性があります⁶。野焼きの有害な副作用を軽減するためには、気候変動、山火事のリスク、土壌の健康への悪影響を軽減する代替アプローチが必要である⁷。

ここでは、米国農務省、森林局、ロッキーマウンテン研究所、Air Burners, Inc.(フロリダ州パームシティ)の共同研究開発契約(CRADA)を通じて開発された、バイオ炭の連続生産のための新しい方法の使用に焦点を当てます。その結果得られた技術は、以下、バイオ炭製造エアカーテンバーナー(BACB; 図1)は、煙や粒子状の排出を制限しながら、木質残渣からバイオ炭を連続的に生成します。野焼きと比較して、BACBの機能は火災のリスクと煙^の広がり8を減らし、運用可能な燃焼窓を安全に延長する道を作り出します。残渣の山を景観に残して燃料の蓄積に寄与する従来の方法⁹ や、主に煙と灰を生成する代替燃焼方法とは異なり、BACBは、土壌を保護し、処理現場またはその近くの土壌修復に使用できる一貫した高炭素木炭であるバイオ炭を作成しながら、燃料負荷を効果的に削減します。さらに、BACBは可動式で、丸太の踊り場、道端、キャンプ場などに簡単に設置できます。また、湿った木材や乾燥した木材、混合原料の種類、サイズを燃やすことができ、悪天候や、オープンパイルの燃焼には気象条件が危険すぎる場合にも使用できます。

BACBで生産されるバイオ炭は、一般的に70%〜90%の炭素で、多孔質で、粒度分布が一貫しているため、廃坑、丸太の着陸、スキッドトレイル、河岸地域、または農業現場でよく見られる劣化した土壌の修復に適しています。バイオ炭は、堆肥との混合物として、または家畜の肥育場で栄養素を吸着し、臭いを減らすためにも使用できます。一般に、木質残渣バイオ炭の最良の土壌使用は、粗いテクスチャーの低有機物土壌^10,11で土壌凝集体の安定性と利用可能な水を強化しながら、侵食と硝酸塩浸出を減らすことです。

図1:移動式バイオ炭生産エアカーテンバーナー。 試験現場では、スラッシュとバイオ炭製造用エアカーテンバーナーの一般的な構成を示しています。この数値は¹²から変更されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

設計・運用の概要
エアカーテンバーナーにはいくつかの種類がありますが、BACBはバイオ炭を継続的に生成します。ユニットのサイズは、長さ約7m×幅2.5m×高さ約2mです。火室の上部に沿ってエアマニホールドがあり、煙、微粒子、残り火を封じ込めるための安定した空気のカーテンを提供し、排出物の完全な酸化を促進します。最適な操作のために、火室はマニホールドのすぐ下のレベルまで負荷をかけ、火室を横切る空気の流れを途切れさせないようにします。BACBは、標準的なヒッチパッケージと適切な牽引能力を備えた任意の車両の後ろに牽引することができます。積み上げられたバイオマス(原料とも呼ばれる)の近くには、水平で滑らかな敷地が用意されていますが、敷地の周囲には十分なスペースがあり、機器やスタッフが自由かつ安全に移動できるようになっています。配置されると、ユニットは、オンボードの油圧システムを使用して火室の側面を土の上に下げることによって固定されます。ブロワーモーターは、火室の片側の長さを走るエアカーテンマニホールドを加圧します。バイオマスは最初に点灯し、燃焼して火室に石炭のベッドを確立します。その後、入ってくる材料をエアカーテンの下に保持しながら、追加のバイオマスを定期的に追加できます。材料が燃焼すると、石炭が生成され、火室の底部の開口部から落下し、そこでコンベヤーベルトによって機械から排出されます。Firebox 内の 1 つのパネルが振動して、このプロセスを容易にします。灰や細かい材料は、コンベヤーベルトを通って下の土壌に落ちます。高温の石炭は、火室の底にあるスロットから機械から出て、水で満たされた鍋に堆積され、燃焼が停止し、バイオ炭が安全に処理できる温度に冷却されます。運用を停止する準備ができたら、残りの材料を燃やすことで火室がクリアされます。通常、ユニットは一晩で冷却され、必要に応じて翌日安全に移動できます。緊急時を除いて、薪を燃やしたり冷却したりしているときにBACBを動かそうとしないでください。緊急時には、砂や土を使って火を消し、石炭を窒息させることができます。火室のセラミックタイルに直接水を噴霧しないでください。