Producción continua de biocarbón en el bosque utilizando un quemador de cortina de aire montado en un remolque

En los EE.UU., muchas masas forestales han aumentado en volumen de árboles en pie en ausencia de frecuentes incendios de baja intensidad, históricamente provocados por los pueblos indígenas y suprimidos en los tiempos modernos ^1,2. A partir de esta exclusión de incendios, el exceso de población resultante plantea desafíos para los administradores de tierras que se esfuerzan por mejorar la resiliencia de los bosques contra los incendios forestales, las plagas, las enfermedades y los efectos de la sequía³. Las prácticas de manejo estándar para reducir el volumen de los árboles incluyen el fuego prescrito, el aclareo precomercial y la cosecha de rodales maduros. Estas operaciones generan cantidades sustanciales de biomasa leñosa de bajo valor o nulo, a menudo llamada residuos. Por ejemplo, en los 15 estados del oeste de EE.UU., se estima que las operaciones de cosecha producen cerca de 8 millones de toneladas secas de residuos cada año⁴. Además, el Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés) ha implementado un plan de crisis contra incendios forestales, que tratará 20 millones de hectáreas (50 millones de acres) adicionales durante un período de 10 años. Esto resultará en la necesidad de deshacerse de material adicional no comercializable y probablemente requerirá el uso de una variedad de opciones basadas en el lugar. Aunque las copas, las ramas y los árboles no comercializables pueden utilizarse para la bioenergía o los biocombustibles, las limitadas oportunidades de mercado a menudo conducen a que estos residuos se apilen y quemen. La construcción de pilotes de tala tiene como objetivo reducir el riesgo de incendios forestales e insectos, crear espacio de crecimiento para las plantas del sotobosque y abordar otros objetivos de gestión de la tierra.

La quema a cielo abierto es un método de bajo costo y relativamente rápido para reducir el volumen de madera, pero también produce humo y contaminantes atmosféricos, incluidos los gases de efecto invernadero⁵. Además, también puede causar impactos indeseables en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, lo que provoca cicatrices de quemaduras que pueden persistir durante décadas⁶. Para mitigar los efectos secundarios perjudiciales de la quema a cielo abierto, se necesitan enfoques alternativos que reduzcan los impactos negativos sobre el cambio climático, el riesgo de incendios forestales y la salud del suelo⁷.

Aquí, nos enfocamos en el uso de un método novedoso para la producción continua de biocarbón desarrollado a través de un Acuerdo Cooperativo de Investigación y Desarrollo (CRADA) entre el Departamento de Agricultura de EE. UU., el Servicio Forestal, la Estación de Investigación de las Montañas Rocosas y Air Burners, Inc. (Palm City, FL). La tecnología resultante, en adelante denominada quemador de cortina de aire productor de biocarbón (BACB; Figura 1), produce continuamente biocarbón a partir de residuos leñosos, al tiempo que limita las emisiones de humo y partículas. En comparación con la quema a cielo abierto, la funcionalidad del BACB reduce el riesgo de incendio y la propagación del humo^8, creando vías para la extensión segura de las ventanas de combustión operativas. A diferencia de los métodos tradicionales que dejan pilas de residuos en el paisaje donde contribuyen a la acumulación de combustible⁹ o los métodos de combustión alternativos que producen principalmente humo y cenizas, el BACB reduce eficazmente las cargas de combustible al tiempo que protege el suelo y crea biocarbón, un carbón vegetal consistente y con alto contenido de carbono, que se puede utilizar para la restauración del suelo en o cerca del sitio de procesamiento. Además, el BACB es móvil y se puede ubicar fácilmente, por ejemplo, en un rellano de troncos, a lo largo de una carretera o en un campamento. También puede quemar madera húmeda o seca, tipos y tamaños de materias primas mixtas, y se puede utilizar en condiciones climáticas adversas y en momentos en que las condiciones climáticas son demasiado riesgosas para la quema de pilas abiertas.

El biocarbón producido en el BACB es generalmente 70%-90% de carbono, altamente poroso y consistente en la distribución del tamaño de las partículas, lo que lo hace adecuado para remediar suelos degradados, que a menudo se encuentran en minas abandonadas, aterrizajes de troncos, senderos de arrastre, áreas ribereñas o sitios agrícolas. El biocarbón también se puede utilizar como mezcla con compost o en los corrales de engorde del ganado para adsorber nutrientes y reducir el olor. En general, los mejores usos del biocarbón para residuos leñosos en el suelo son reducir la erosión y la lixiviación de nitratos, al tiempo que mejoran la estabilidad de los agregados del suelo y el agua disponible en suelos de textura gruesa y baja en materia orgánica^10,11.

Figura 1: Quemador de cortina de aire móvil productor de biocarbón. El sitio de prueba muestra la configuración general de la barra y el quemador de cortina de aire productor de biocarbón. Esta cifra ha sido modificada de¹². Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Visión general del diseño y el funcionamiento
Aunque hay varios tipos de quemadores de cortina de aire disponibles, el BACB produce biocarbón continuamente. La unidad mide aproximadamente 7 m de largo x 2,5 m de ancho x 2 m de alto. Tiene un colector de aire a lo largo de la parte superior de la cámara de combustión que proporciona una cortina de aire constante para contener humo, partículas y brasas en su interior y promueve la oxidación completa de las emisiones. Para un funcionamiento óptimo, la cámara de combustión se carga a un nivel justo debajo del colector, lo que garantiza un flujo de aire ininterrumpido a través de la cámara de combustión. El BACB se puede remolcar detrás de cualquier vehículo con un paquete de enganche estándar y una capacidad de remolque adecuada. Se prepara un sitio nivelado y liso cerca de la biomasa apilada (también llamada materia prima), pero con suficiente espacio alrededor del sitio para permitir que el equipo y el personal se muevan libremente y con seguridad. Una vez colocada, la unidad se asegura bajando los lados de la cámara de combustión sobre el suelo mediante el sistema hidráulico a bordo. Un motor de soplado presuriza el colector de la cortina de aire, que recorre la longitud de la cámara de combustión en un lado. La biomasa se enciende y se quema inicialmente para establecer un lecho de carbones en la cámara de combustión. Luego, se puede agregar biomasa adicional periódicamente mientras se mantiene el material entrante por debajo de la cortina de aire. A medida que el material se quema, se produce carbón y cae a través de una abertura en la parte inferior de la cámara de combustión, donde la cinta transportadora los elimina de la máquina. Un panel dentro de la cámara de combustión oscila para facilitar este proceso. Las cenizas o materiales finos caen a través de la cinta transportadora sobre el suelo que se encuentra debajo. Las brasas salen de la máquina a través de una ranura en la parte inferior de la cámara de combustión y se depositan en una bandeja llena de agua, lo que detiene la combustión y enfría el biocarbón a una temperatura en la que se puede manipular de manera segura. Cuando está listo para cesar la operación, la cámara de combustión se limpia permitiendo que cualquier material restante se queme. Por lo general, la unidad se enfría durante la noche y se puede mover de manera segura al día siguiente, según sea necesario. No intente mover el BACB mientras está quemando madera o enfriando, a menos que haya una emergencia. En caso de emergencia, se puede utilizar arena o tierra para extinguir el fuego y sofocar las brasas. El agua nunca debe rociarse directamente sobre las baldosas cerámicas de la cámara de combustión.