트레일러 장착형 에어 커튼 버너를 사용한 Biochar의 지속적인 목재 생산
Summary
에어 커튼이 장착된 장소 기반 모바일 열분해 장치를 사용하여 지속적으로 바이오 숯을 생성하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 오픈 슬래시 말뚝 연소의 필요성을 줄여 배출량을 줄이고 토양에 미치는 영향을 줄입니다. 이 프로토콜에는 사이트 선택, 로딩 및 담금질에 대한 지침이 포함되어 있습니다.
Abstract
연료 처리 및 기타 산림 복원 간벌 관행은 가뭄, 곤충 및 질병에 대한 산림 복원력을 구축하고 지상 탄소(C) 격리를 늘리는 동시에 산불 위험을 줄이는 것을 목표로 합니다. 그러나 연료 처리는 종종 열린 더미에서 연소되는 상품화할 수 없는 목질 바이오매스 잔류물을 대량으로 생성하여 상당한 양의 온실 가스와 미립자를 방출하고 더미 아래의 토양을 손상시킬 수 있습니다. 에어 커튼 버너는 이러한 문제를 완화할 수 있는 솔루션을 제공하여 연소 작업으로 인한 연기와 미립자를 줄이고, 더미 연소에 비해 바이오매스 잔류물을 더 완전히 연소시키며, 슬래시 더미 아래의 토양에 해를 끼칠 수 있는 직접적이고 강렬한 화재 접촉을 제거하는 데 도움이 됩니다. 에어 커튼 버너에서 연소는 통제된 환경에서 이루어집니다. 연기는 에어 커튼에 의해 억제되고 재순환되므로 다양한 기후 조건(예: 바람, 비, 눈)에서 연소가 수행될 수 있으므로 슬래시 재료 처리를 위한 연소 시즌이 길어질 수 있습니다. 지속적으로 바이오 숯을 생성하는 이동식 열분해 장치는 통나무 착륙장에서 잔류 목질 바이오매스, 매립지에서 녹색 목재를 처리하거나 회수된 통나무 재료를 처리하고 그 과정에서 바이오 숯을 생성하도록 특별히 설계되었습니다. 이 고탄소 바이오 숯 출력은 화학적, 물리적, 생물학적 특성을 개선하여 토양 복원력을 향상시키는 데 사용할 수 있으며 버려진 광산 현장을 포함하여 오염된 토양을 정화하는 데 잠재적으로 적용할 수 있습니다. 여기에서는 이 장비의 일반적인 사용, 적절한 배치, 적재 방법, 담금질 요구 사항 및 이 새로운 기술 작동에 대해 배운 교훈에 대해 설명합니다.
Introduction
미국 전역에 걸쳐 많은 산림지대는 역사적으로 토착민에 의해 발생하고 현대에 진압된 빈번한 저강도 화재가 없는 상태에서 서 있는 나무의 양이 증가했습니다 1,2. 이러한 화재 배제로 인해 과잉 공급된 스탠드는 산불, 해충, 질병 및 가뭄 영향에 대한 산림 복원력을 향상시키기 위해 노력하는 토지 관리자에게 도전을 제기합니다3. 나무의 양을 줄이기 위한 표준 관리 관행에는 규정된 화재, 상용 전 간벌 및 성숙한 스탠드 수확이 포함됩니다. 이러한 작업은 종종 잔류물이라고 하는 가치가 낮고 가치가 없는 상당한 양의 목질 바이오매스를 생성합니다. 예를 들어, 미국 서부의 15개 주에서는 수확 작업으로 매년 약 800만 건조 톤의 잔류물이 발생하는 것으로 추정됩니다4. 또한 USDA 산림청은 10년 동안 5천만 에이커(2천만 헥타르)를 추가로 처리할 산불 위기 계획을 시행했습니다. 이로 인해 상품성이 없는 추가 자료를 폐기해야 하며 다양한 장소 기반 옵션을 사용해야 할 수 있습니다. 꼭대기, 가지 및 판매할 수 없는 나무는 바이오 에너지 또는 바이오 연료로 사용할 수 있지만 제한된 시장 기회로 인해 이러한 잔류물이 쌓이고 태워지는 경우가 많습니다. 슬래시 말뚝을 짓는 것은 산불과 곤충 위험을 줄이고, 지하층 식물을 위한 성장 공간을 만들고, 기타 토지 관리 목표를 해결하는 것을 목표로 합니다.
개방형 말뚝 연소는 목재 부피를 줄이는 저렴하고 비교적 빠른 방법이지만 온실 가스를 포함한 연기와 대기 오염 물질도 생성한다5. 또한 토양의 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 바람직하지 않은 영향을 미쳐 수십 년 동안 지속될 수 있는 화상 흉터를 유발할 수 있습니다6. 노천 소각의 해로운 부작용을 완화하기 위해서는 기후 변화, 산불 위험 및 토양 건강에 대한 부정적인 영향을 줄이는 대안적 접근 방식이 필요하다7.
여기에서는 미국 농무부, 산림청, Rocky Mountain Research Station 및 Air Burners, Inc.(Palm City, FL) 간의 협력 연구 개발 계약(CRADA)을 통해 개발된 연속 바이오 숯 생산을 위한 새로운 방법의 사용에 중점을 둡니다. 그 결과로 탄생한 기술로, 이하 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너(BACB; 그림 1)은 연기와 미립자 배출을 제한하면서 목질 잔류물에서 바이오 숯을 지속적으로 생산합니다. 개방형 연소와 비교하여 BACB의 기능은 화재 위험과 연기8의 확산을 줄여 작동 연소 창을 안전하게 확장할 수 있는 길을 만듭니다. 연료 축적에 기여하는 풍경에 잔류물 더미를 남기는 기존 방법9 또는 주로 연기와 재를 생성하는 대체 연소 방법과 달리, BACB는 토양을 보호하고 처리 현장 또는 그 근처에서 토양 복원에 사용할 수 있는 일관된 고탄소 숯인 바이오 숯을 생성하면서 연료 부하를 효과적으로 줄입니다. 또한 BACB는 이동식이며 예를 들어 통나무 착륙장, 도로변 또는 캠프장에서 쉽게 배치할 수 있습니다. 또한 젖거나 건조한 목재, 혼합 공급 원료 유형 및 크기를 태울 수 있으며 악천후와 기상 조건이 개방형 말뚝 연소에 너무 위험한 시간에 사용할 수 있습니다.
BACB에서 생산되는 바이오 숯은 일반적으로 탄소가 70%-90%이고 다공성이 높으며 입자 크기 분포가 일정하여 버려진 광산, 통나무 선착장, 스키드 트레일, 강기슭 지역 또는 농업 현장에서 자주 발견되는 황폐화된 토양을 정화하는 데 적합합니다. Biochar 또한 퇴비와 혼합하거나 가축 사육장에서 영양분을 흡착하고 냄새를 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 목질 잔류물 바이오 숯의 최상의 토양 용도는 침식 및 질산염 침출을 줄이는 동시에 거친 질감의 저유기물 토양에서 토양 응집체 안정성과 사용 가능한 물을 향상시키는 것입니다10,11.
그림 1: 모바일 바이오 숯 생산 에어 커튼 버너. 테스트 사이트는 슬래시와 바이오 숯을 생성하는 에어 커튼 버너의 일반적인 구성을 보여줍니다. 이 수치는12에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
설계 및 운영 개요
여러 유형의 에어 커튼 버너를 사용할 수 있지만 BACB는 지속적으로 바이오 숯을 생성합니다. 유닛은 약 길이 7m x 너비 2.5m x 높이 2m입니다. 화실 상단을 따라 공기 매니폴드가 있어 내부의 연기, 미립자 및 불씨를 포함할 수 있는 안정적인 공기 커튼을 제공하고 배기 가스의 완전한 산화를 촉진합니다. 최적의 작동을 위해 화실은 매니폴드 바로 아래 수준까지 적재되어 화실 전체에 중단 없는 공기 흐름을 보장합니다. BACB는 표준 히치 패키지와 적절한 견인 용량을 갖춘 모든 차량 뒤에서 견인할 수 있습니다. 평평하고 매끄러운 현장은 쌓인 바이오매스(공급 원료라고도 함) 가까이에 준비되지만 장비와 직원이 자유롭고 안전하게 이동할 수 있도록 현장 주변에 충분한 공간이 있습니다. 일단 배치되면 온보드 유압 시스템을 사용하여 화실 측면을 토양 위로 내려 장치를 고정합니다. 송풍기 모터는 한쪽에서 화실의 길이를 달리는 에어 커튼 매니폴드에 압력을 가합니다. 바이오매스는 처음에 불을 붙이고 태워 화실에 석탄 침대를 만듭니다. 그런 다음 에어 커튼 아래로 유입되는 물질을 유지하면서 추가 바이오매스를 주기적으로 추가할 수 있습니다. 재료가 연소됨에 따라 석탄이 생성되어 화실 바닥의 개구부를 통해 떨어지고 컨베이어 벨트에 의해 기계에서 제거됩니다. 화실 내부의 한 패널은 이 과정을 용이하게 하기 위해 진동합니다. 재나 미세한 물질이 컨베이어 벨트를 통해 아래의 토양으로 떨어집니다. 뜨거운 석탄은 화실 바닥의 슬롯을 통해 기계에서 나와 물이 채워진 팬에 쌓여 연소를 멈추고 바이오 숯을 안전하게 취급할 수 있는 온도로 냉각시킵니다. 작동을 멈출 준비가 되면 남은 물질이 타도록 하여 화실을 청소합니다. 일반적으로 장치는 하룻밤 동안 냉각되고 필요에 따라 다음 날 안전하게 이동할 수 있습니다. 비상 상황이 아닌 한 나무를 타거나 냉각하는 동안 BACB를 이동하지 마십시오. 비상시에는 모래나 흙을 사용하여 불을 끄고 석탄을 질식시킬 수 있습니다. 화실의 세라믹 타일에 물을 직접 뿌리면 안 됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 방법의 첫 번째 중요한 단계는 화실 측면 패널이 연기가 나가고 공기가 화실로 들어가는 것을 차단하도록 장비를 두 축에서 거의 수평으로 배치하는 것입니다. 다른 중요한 단계는 굴삭기 운전자와 자주 대화를 나누어 필요한 경우 공급 원료를 화실에 배치하고 모든 작업자에게 에어 버너 및 굴삭기 작동의 안전 측면에 대해 브리핑하는 것입니다. 이 장비로 몇 가지 수정할 수 있는 사항이 있?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 시연을 실시하고 데이터를 수집하는 데 도움을 준 수많은 대학 직원, 국유림 및 국토 관리국 직원에게 감사드립니다. 이 방법에 대한 현장 연구는 미국 산림청 로키 마운틴 연구소, 워싱턴 D.C. 및 태평양 북서부 지역 사무소의 지원을 받았습니다. 이 간행물의 연구 결과 및 결론은 저자의 것이며 공식적인 U.S.D.A. 또는 미국 정부의 결정이나 정책을 나타내는 것으로 해석되어서는 안 됩니다.
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 |
References
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