Römorka Monte Hava Perdesi Brülörü Kullanarak Sürekli Orman İçi Biochar Üretimi
概要
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yöntemdeki ilk kritik adım, ekipmanın her iki eksende de neredeyse aynı hizada yerleştirilmesini sağlamaktır, böylece yanma odası yan panelleri dumanın çıkmasını ve havanın yanma odasına girmesini engeller. Diğer kritik adımlar, gerektiğinde besleme stoğunu yanma odasına yerleştirmek için ekskavatör operatörü ile sık sık görüşmeler yapmak ve tüm çalışanları hava brülörünü ve ekskavatörü çalıştırmanın güvenlik yönleri hakkında bilgilendirmektir. Bu ekipmanla yapılabile…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| CharBoss air curtain burner | Air Burners, Inc. | T26 | Comes with 36" landscape rake, sifting shovel, 1/2" drive standard ratchet with 1 1/8" socket, grease gun, and quench pan |
| Diesel fuel (Ultra-low sulfur) | Purchased locally | ||
| Diesel fuel tanks | Uline | H-1849Y | or similar |
| Engine oil (diesel grade) | Any diesel grade oil 15W40 or 10W40. | ||
| Excavator | Local rental company. Smaller sizes require less fuel. | ||
| High temperature anti-seize lubricant (16 oz cartridge) | McMaster-Carr | 1288K97 | lubricating hydraulic fittings |
| Hydraulic Oil | Amsoil | HVH05-EA (ISO32) /HVG05-EA (ISO22) | Any ISO32 synthetic hydraulic oil, ISO22 option for cold weather. Amsoil ISO32 is factory installed. |
| Large buckets | Uline | 5495 | or similar |
| Lighting torch (propane) | Grainger | 9RCF3 | or similar |
| 1-ton pickup (or larger) | Rent locally | for transporting CharBoss to site | |
| Viewing step | Gorilla | GLP=WP | Stable step to allow viewing into firebox or other bench-style step |
| Water truck | Any available water truck with minimum 300 gallon capacity; gravity feed of water to the quench pan can be used. | ||
| Wheel chocks | Blocks of 4"x 4" lumber or commercially available chocks while hitching/unhitching unit | ||
| Personal protective equipment | |||
| Ear protection | Uline | S-22141 | or similar |
| Eye protection | Amazon | or similar | |
| Fire shirt | Grainger | 12R487 | or similar |
| Fire pants | Grainger | 39EM96 | or similar |
| Hard hat | Discount Safety Gear | SFTSCHH1000038126 | or similar |
| Leather gloves | Uline | S-6777M | or similar |
| Sturdy boots | any thick soled, leather boot. | ||
| Emergency gear | |||
| Garmin InReach | Cabelas | 100195666 | or similar |
| Pulaski axe | Forestry suppliers | 85274 | or similar |
| Fire rake | Forestry suppliers | 85210 | or similar |
参考文献
- Barrett, S. W., Arno, S. F. Indian fires as an ecological influence in the northern Rockies. J Forestry. 80, 647-651 (1982).
- Savage, M., Swetnam, T. W. Early 19th century fire decline following sheep pasturing in the Navajo ponderosa pine forest. 生態学. 71, 2374-2378 (1990).
- Sohn, J. A., Hartig, F., Kohler, M., Huss, J., Bauhus, J. Heavy and frequent thinning promotes drought adaptation in Pinus sylvestris forests. Eco Appl. 26, 2190-2205 (2016).
- . Air Burners, Inc Available from: https://airburners.com/technology/principle (2024)
- U.S. Department of Energy. 2016 Billion-ton report: Advancing domestic resources for a thriving bioeconomy. U.S. Department of Energy. , (2016).
- Jang, W., Page-Dumroese, D. S., Han, H. S. Comparison of heat transfer and soil impacts of air curtain burner burning and slash pile burning. Forests. 8, 297 (2017).
- Rhoades, C. C., Fegel, T. S., Zaman, T., Fornwalt, P. J., Miller, S. P. Are soil changes responsible for persistent slash pile burn scars in lodgepole pine forests. Forest Eco Management. 490, 119090 (2021).
- Rodriguez Franco, C., Page-Dumroese, D. S., Archuleta, J. Forest management and biochar for continued ecosystem services. J Soil Water Cons. 77, 60-64 (2020).
- Lee, E., Han, H. S. Air Curtain Burners: A tool for disposal of forest residues. Forests. 8, 296 (2017).
- Fornwalt, P. J., Rhoades, C. C. Rehabilitating slash pile burn scars in upper montane forests of the Colorado Front Range. Natural Area J. 31 (2), 177-182 (2011).
- Blanco-Canqui, H. Does biochar improve all soil ecosystem services. GCB-Bioenergy. 13, 291-304 (2020).
- . USDA Forest Service Available from: https://www.fs.usda.gov/ (2024)
- Razzaghi, F., Obour, P. B., Arthur, E. Does biochar improve soil water retention? A systematic review and meta-analysis. Geoderma. 361, 1 (2020).
- U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Technology and Development Program. The use of air curtain destructors for fuel reduction. Fire Management Tech Tips #0251 1317-SDTDC. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Technology and Development Program. , 5 (2002).
- Puettmann, M., Sahoo, K., Wilson, K., Oneil, E. Life cycle assessment of biochar produced from forest residues using portable systems. J Cleaner Prod. 250, 119564 (2020).
- Miller, C. A., Lemieux, P. M. Emissions from the burning of vegetative debris in air curtain destructors. Air Waste Management Assoc. 57, 959-967 (2007).
- Rodriguez Franco, C., Page-Dumroese, D. S., Pierson, D., Nicosia, T. Biochar utilization as a forestry climate-smart tool. Sustainability. 16, 1714 (2024).
- Busse, M. D., Shestak, C. J., Hubbert, K. R. Soil heating during burning of forest slash piles and wood piles. Int J Wildland Fire. 22 (6), 786-796 (2013).
