Produção contínua de biochar em madeira usando um queimador de cortina de ar montado em reboque

Nos EUA, muitos povoamentos florestais aumentaram em volume de árvores em pé na ausência de incêndios frequentes de baixa intensidade, historicamente provocados por povos indígenas e suprimidos nos tempos modernos ^1,2. A partir dessa exclusão de incêndio, os povoamentos superlotados resultantes representam desafios para os gestores de terras que se esforçam para aumentar a resiliência da floresta contra incêndios florestais, pragas, doenças e efeitos da seca³. As práticas de manejo padrão para reduzir o volume de árvores incluem fogo prescrito, desbaste pré-comercial e colheita de estandes maduros. Essas operações geram quantidades substanciais de biomassa lenhosa de baixo ou nenhum valor, muitas vezes chamadas de resíduos. Por exemplo, nos 15 estados do oeste dos EUA, estima-se que as operações de colheita produzam cerca de 8 milhões de toneladas secas de resíduos a cada ano⁴. Além disso, o Serviço Florestal do USDA implementou um plano de crise de incêndios florestais, que tratará mais 50 milhões de acres (20 milhões de hectares) em um período de 10 anos. Isso resultará na necessidade de descartar material adicional não comercializável e provavelmente exigirá o uso de uma variedade de opções locais. Embora copas, galhos e árvores não comercializáveis possam ser usados para bioenergia ou biocombustíveis, oportunidades limitadas de mercado geralmente levam a que esses resíduos sejam empilhados e queimados. A construção de estacas de corte visa reduzir o risco de incêndios florestais e insetos, criar espaço de cultivo para plantas de sub-bosque e abordar outros objetivos de manejo da terra.

A queima a céu aberto é um método de baixo custo e relativamente rápido para reduzir o volume de madeira, mas também produz fumaça e poluentes atmosféricos, incluindo gases de efeito estufa⁵. Além disso, também pode causar impactos indesejáveis nas propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, levando a cicatrizes de queimaduras que podem persistir por décadas⁶. Para mitigar os efeitos colaterais prejudiciais da queima a céu aberto, são necessárias abordagens alternativas que reduzam os impactos negativos nas mudanças climáticas, no risco de incêndios florestais e na saúde do solo⁷.

Aqui, nos concentramos no uso de um novo método para produção contínua de biochar desenvolvido por meio de um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADA) entre o Departamento de Agricultura dos EUA, Serviço Florestal, Estação de Pesquisa das Montanhas Rochosas e Air Burners, Inc. (Palm City, FL). A tecnologia resultante, doravante denominada queimador de cortina de ar produtor de biochar (BACB; Figura 1), produz continuamente biochar a partir de resíduos lenhosos, limitando as emissões de fumaça e partículas. Em comparação com a queima a céu aberto, a funcionalidade do BACB reduz o risco de incêndio e a propagação de fumaça⁸, criando caminhos para a extensão segura das janelas de queima operacionais. Ao contrário dos métodos tradicionais que deixam pilhas de resíduos na paisagem, onde contribuem para o acúmulo de combustível⁹ ou métodos alternativos de combustão que produzem principalmente fumaça e cinzas, o BACB reduz efetivamente as cargas de combustível enquanto protege o solo e cria biochar, um carvão consistente e de alto carbono, que pode ser usado para restaurações de solo no local de processamento ou próximo a ele. Além disso, o BACB é móvel e pode ser facilmente localizado, por exemplo, em um patamar de toras, ao longo de uma estrada ou em um acampamento. Também pode queimar madeira úmida ou seca, tipos e tamanhos de matéria-prima mista e pode ser usado em condições climáticas adversas e em momentos em que as condições climáticas são muito arriscadas para a queima de pilha aberta.

O biochar produzido no BACB é geralmente 70% -90% de carbono, altamente poroso e consistente na distribuição do tamanho das partículas, tornando-o adequado para remediar solos degradados, frequentemente encontrados em minas abandonadas, desembarques de toras, trilhas de derrapagem, áreas ribeirinhas ou locais agrícolas. O biochar também pode ser usado como uma mistura com composto ou em confinamentos de gado para adsorver nutrientes e reduzir o odor. Em geral, os melhores usos do solo para o biochar de resíduos lenhosos são reduzir a erosão e a lixiviação de nitrato, ao mesmo tempo em que aumentam a estabilidade dos agregados do solo e a água disponível em solos de textura grossa e baixa matéria orgânica^10,11.

Figura 1: Queimador de cortina de ar móvel produtor de biochar. O local de teste mostra a configuração geral do corte e do queimador de cortina de ar produtor de biochar. Este número foi modificado de¹². Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Visão geral do projeto e operação
Embora existam vários tipos de queimadores de cortina de ar disponíveis, o BACB cria continuamente biochar. A unidade tem aproximadamente 7 m de comprimento x 2,5 m de largura x 2 m de altura. Ele tem um coletor de ar ao longo da parte superior da fornalha que fornece uma cortina constante de ar para conter fumaça, partículas e brasas dentro dela e promove a oxidação completa das emissões. Para uma operação ideal, a fornalha é carregada a um nível logo abaixo do coletor, garantindo um fluxo de ar ininterrupto através da fornalha. O BACB pode ser rebocado atrás de qualquer veículo com um pacote de engate padrão e capacidade de reboque adequada. Um local plano e liso é preparado próximo à biomassa empilhada (também chamada de matéria-prima), mas com espaço suficiente ao redor do local para permitir que o equipamento e a equipe se movam livremente e com segurança. Uma vez posicionada, a unidade é fixada abaixando as laterais da fornalha sobre o solo usando o sistema hidráulico a bordo. Um motor de ventilador pressuriza o coletor da cortina de ar, que percorre o comprimento da fornalha de um lado. A biomassa é inicialmente acesa e queimada para estabelecer um leito de carvão na fornalha. Em seguida, biomassa adicional pode ser adicionada periodicamente, mantendo o material de entrada abaixo da cortina de ar. À medida que o material queima, o carvão é produzido e cai por uma abertura na parte inferior da fornalha, onde é retirado da máquina pela correia transportadora. Um painel dentro da fornalha oscila para facilitar esse processo. Cinzas ou materiais finos caem através da correia transportadora no solo abaixo. As brasas saem da máquina por uma fenda no fundo da fornalha e são depositadas em uma panela cheia de água, que interrompe a combustão e resfria o biochar a uma temperatura em que pode ser manuseado com segurança. Quando estiver pronto para interromper a operação, a fornalha é limpa, permitindo que qualquer material restante queime. Normalmente, a unidade esfria durante a noite e pode ser movida com segurança no dia seguinte, conforme necessário. Não tente mover o BACB enquanto estiver queimando lenha ou esfriando, a menos que haja uma emergência. Em caso de emergência, areia ou solo podem ser usados para extinguir o fogo e abafar as brasas. A água nunca deve ser pulverizada diretamente sobre os ladrilhos cerâmicos da fornalha.