Name: Fonctionnement et meilleures pratiques des fours à biochar Big Box (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 2 min 58 s
Description: Découvrez le fonctionnement des fours Big Box pour la production de biochar et la réduction des combustibles dangereux. Cette méthode innovante permet une gestion durable de la biomasse forestière.

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Je tiens à remercier Kelpie Wilson de Wilson Biochar, le Bureau de la gestion des terres de l’Utah, le Service des forêts de l’USDA, la Division des forêts, des incendies et des terres d’État de l’Utah, le programme de subventions de l’Initiative des terres publiques de l’Utah, le programme de subventions d’extension de l’Université d’État de l’Utah, Brandon Barron de Burns, OR, ANR Fabrication de Logan, Utah, et l’Initiative américaine Biochar.

1. Transport sur le site
<ol><li>Chargez le BB12 sur une remorque pour le transport à l’aide d’une mini-pelle (avec pouce) et de chaînes OU d’un chariot élévateur 4 x 4, en utilisant les passages de fourche. REMARQUE : Toutes les autres références à la mini-pelle supposent qu’elle a un pouce utilisable avec le godet.</li>
	<li>Fixez le four à la remorque avec des sangles à cliquet d’une résistance à la rupture de plus de 1 361 kilogrammes (3 000 lb) chacune. Voir la figure 4 pour un exemple.</li>
	<li>Déchargez le four à l’aide de la mini-pelle ou du chariot élévateur ou attachez-le à un arbre ou à un véhicule et partez, en le laissant tomber sur le sol. Une fois sur place, traînez le four sur le sol sur ses patins à l’aide d’une camionnette et de sangles.</li>
</ol>2. Préparation sur place
<ol><li>Placez le BB12 sur une surface relativement plane (pentes < 10%) assez près du tas de bois, en vous assurant que le panneau de drainage de la porte pour chien est du côté de la descente, s’il est en pente. REMARQUE : Gardez le panneau de vidange de la porte pour chien fermé pendant le fonctionnement.</li>
	<li>Sélectionnez des matières premières, qui peuvent être n’importe quelle espèce ligneuse. Utilisez de petits matériaux secs pour faire fonctionner le four, en particulier lorsque vous travaillez avec des matières premières humides.</li>
	<li>Rassemblez et empilez une quantité suffisante de matière première pour alimenter le four. Coupez toute la matière première à une longueur plus courte que la dimension maximale du four pour qu’elle s’insère facilement.</li>
</ol>3. Réduction des risques
<ol><li>Avant l’allumage, vérifiez auprès des autorités locales en matière d’incendie et de qualité de l’air pour vous assurer que le danger d’incendie n’est pas trop élevé pour l’inflammation et que les réglementations sur la qualité de l’air n’ont pas d’impact sur les plans de brûlage. Assurez-vous d’alerter les autorités locales des incendies avant l’allumage.</li>
	<li>Avant l’allumage, construisez une ligne de feu (piste de 1 pied de large grattée jusqu’au sol minéral) entièrement autour du four pour empêcher un feu de s’éloigner. Assurez-vous qu’il y a un tuyau chargé connecté à une alimentation en eau adéquate, en fonction du risque d’incendie actuel, pour la maîtrise du feu avant d’allumer le four.</li>
</ol>4. Four de chargement et d’éclairage
<ol><li>Chargez le four au hasard avec de la matière première à l’aide de la mini-pelle ; La taille/l’ordre d’ajout des matières premières n’a pas d’importance. Voir la figure 5 pour une image d’un four chargé.</li>
	<li>Empilez une couche de combustibles de plus petit diamètre (matière première) sur le dessus du four pour faciliter l’allumage rapide.</li>
	<li>Une fois chargé, allumez le four avec un chalumeau goutte à goutte, un chalumeau au propane ou un autre dispositif d’allumage en allumant d’abord le haut du four. Voir la figure 6 pour des images de l’éclairage du four et du fonctionnement du four.</li>
</ol>5. Entretien du four
<ol><li>Laissez le four brûler et ajoutez des combustibles lorsque le feu le permet ; Attendez-vous à une courte période de production de fumée après l’ajout des matériaux au four. Observez que le capuchon de flamme se reformera bientôt et continuera à consommer les combustibles à mesure qu’ils montent à travers la colonne de chaleur/fumée. Entretenez le four comme un feu de camp ; Ajouter trop de carburant à la fois étouffera le feu, mais trop peu provoquera l’extinction du feu. Voir la figure 7 pour une image d’un capuchon de flamme.</li>
	<li>Surveillez le four et la végétation environnante pour détecter les étincelles ou les braises qui peuvent provoquer une inflammation indésirable.</li>
	<li>Continuez à entretenir/charger le four de cette façon jusqu’à ce que le four soit plein/que la matière première soit épuisée/à la fin du quart de travail.</li>
</ol>6. Trempe
<ol><li>Lorsque le four est plein ou presque plein de charbons et que la combustion enflammée cède la place à une combustion fumante ou incandescente, éteignez pour arrêter la combustion et préserver les charbons. La figure 8 montre un four prêt à être éteint.</li>
	<li>Utilisez un tuyau de 3,8 cm (1,5 pouce) de diamètre et une pompe à eau (souvent appelée pompe de volume ou pompe à déchets dans les magasins de location) à partir d’une source d’eau ou d’un camion-citerne pour éteindre le four en utilisant environ 300 gallons d’eau. Noyez les charbons ; Continuez à ajouter de l’eau jusqu’à ce que les charbons soient dans l’eau stagnante et remuez à l’aide de la mini-pelle pour éliminer les points chauds secs et la combustion continue. La figure 9 montre la trempe avec un tuyau.</li>
	<li>Une fois le four complètement éteint, ouvrez la porte du chien pour évacuer l’eau, ce qui rendra le four plus léger pour renverser le biochar.</li>
</ol>7. Pourboire
<ol><li>Une fois le four complètement éteint et drainé, déversez le contenu sur le sol adjacent au four.</li>
	<li>Préparez d’abord la zone en utilisant la machine pour construire une ligne de feu autour de l’espace où se trouveront les charbons et grattez tous les combustibles, y compris l’herbe, les bâtons, les broussailles et les bûches de cet espace.</li>
	<li>Utilisez la machine et les chaînes/sangles pour tirer le four vers la machine. La figure 10 montre le four en train d’être basculé par la mini-pelle.</li>
	<li>Surveillez la flèche/les tuyaux hydrauliques/raccords de la mini-pelle pour l’exposition à la chaleur ; Placez parfois le dos d’une main d’abord près et éventuellement sur ces parties pour vous assurer qu’elles ne sont pas trop chaudes au toucher ; Si c’est le cas, laissez-les refroidir immédiatement.</li>
</ol>8. Traînée froide
<ol><li>Avant de quitter le site, assurez-vous que le feu est éteint en passant les mains dans toute la quantité de biochar produite. Assurez-vous qu’il est complètement froid au toucher pour éteindre le feu. REMARQUE : Le BB12 est livré avec des couvercles qui peuvent être utilisés à des fins de sécurité ; En cas d’urgence, comme un incendie ou une blessure, les couvercles peuvent être placés sur le four pour empêcher les étincelles ou les braises de sortir du four et la zone peut être évacuée en toute sécurité. La procédure peut être bloquée à tout moment. Dans les endroits très humides où le risque d’incendie est généralement faible, les couvercles peuvent ne pas être nécessaires.</li>
</ol>

Exploitation d’un grand four à biochar et mise en œuvre des meilleures pratiques

<ol><li>Hardy, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wildland+fire+hazard+and+risk%3A+Problems%2C+definitions%2C+and+context%5BTitle%5D)+AND+%22Forest+Ecology+and+Management%22%5BJournal%5D)">Wildland fire hazard and risk: Problems, definitions, and context.</a> Forest Ecology and Management. 211 (1-2), 73-82 (2005).</li>
<li>Wollstein, K., O'Connor, C., Gear, J., Hoagland, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimize+the+bad+days%3A+Wildland+fire+response+and+suppression+success%5BTitle%5D)+AND+%22Rangelands%22%5BJournal%5D)">Minimize the bad days: Wildland fire response and suppression success.</a> Rangelands. 44 (3), 187-193 (2022).</li>
<li>Hessburg, P., Reynolds, K., Keane, R., James, K., Salter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+wildland+fire+danger+and+prioritizing+vegetation+and+fuels+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Forest+Ecology+and+Management%22%5BJournal%5D)">Evaluating wildland fire danger and prioritizing vegetation and fuels treatments.</a> Forest Ecology and Management. 247 (1-3), 1-17 (2007).</li>
<li>Busse, M. D., Shestak, C. J., Hubbert, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+heating+during+burning+of+forest+slash+piles+and+wood+piles%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Wildland+Fire%22%5BJournal%5D)">Soil heating during burning of forest slash piles and wood piles.</a> International Journal of Wildland Fire. 22 (6), 786-796 (2013).</li>
<li>Galinato, S. P., Yoder, J. K., Granatstein, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+economic+value+of+biochar+in+crop+production+and+carbon+sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Policy%22%5BJournal%5D)">The economic value of biochar in crop production and carbon sequestration.</a> Energy Policy. 39 (10), 6344-6350 (2011).</li>
<li>Spokas, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+the+stability+of+biochar+in+soils%3A+predictability+of+O%3AC+molar+ratios%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon+Management%22%5BJournal%5D)">Review of the stability of biochar in soils: predictability of O:C molar ratios.</a> Carbon Management. 1 (2), 289(2010).</li>
<li>Duku, M. H., Gu, S., Hagan, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+production+potential+in+Ghana-A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Biochar production potential in Ghana-A review.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (8), 3539-3551 (2011).</li>
<li>Inoue, Y., Mogi, K., Yoshizawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Properties+of+cinders+from+red+pine%2C+black+locust%2C+and+henon+bamboo%5BTitle%5D)+AND+%22Asia+Pacific+Biochar+Conference%2C+APBC+Kyoto%22%5BJournal%5D)">Properties of cinders from red pine, black locust, and henon bamboo.</a> Asia Pacific Biochar Conference, APBC Kyoto. , (2011).</li>
<li>Cornelissen, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emissions+and+char+quality+of+flame-curtain+%26%2334%3BKon-Tiki%26%2334%3B+kilns+for+farmer-scale+charcoal%2Fbiochar+production%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Emissions and char quality of flame-curtain &#34;Kon-Tiki&#34; kilns for farmer-scale charcoal/biochar production.</a> PLoS ONE. 11 (5), e0154617(2016).</li>
<li>Puettmann, M., Kamalakanta, S., Wilson, K., Oneil, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Life+cycle+assessments+of+biochar+produced+from+forest+residues+using+portable+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cleaner+Production%22%5BJournal%5D)">Life cycle assessments of biochar produced from forest residues using portable systems.</a> Journal of Cleaner Production. 250 (2020), 119564(2020).</li>
<li>McAvoy, D. J. Utah Biomass Resources Website. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.usu.edu/ubrg/biochar/simple-kiln-technology">https://www.usu.edu/ubrg/biochar/simple-kiln-technology</a> (2017).</li>
<li>Adam, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+and+more+environmentally+friendly+charcoal+production+system+using+a+low-cost+retort-kiln+%28Eco-charcoal%29%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+Energy%22%5BJournal%5D)">Improved and more environmentally friendly charcoal production system using a low-cost retort-kiln (Eco-charcoal).</a> Renewable Energy. 34 (8), 1923-1925 (2009).</li>
<li>Amonette, J. E., et al. Biomass to biochar: Maximizing the carbon value. Pullman, WA: Washington State University, Center for Sustaining Agriculture and Natural Resources. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://csanr.wsu.edu/biomass2biochar/">https://csanr.wsu.edu/biomass2biochar/</a> (2021).</li>
</ol>

L’auteur n’a aucun conflit d’intérêts à déclarer.

En règle générale, une partie du biochar produit sur le site est collectée par les participants à l’atelier dans des seaux ou des sacs et appliquée aux jardins ou aux projets agricoles des gens. Le biochar est friable et peut être cassé en petits morceaux pour s’incorporer plus facilement dans le sol en roulant dessus avec un véhicule, en marchant dessus avec une surface dure en dessous ou en l’écrasant avec le godet de la mini-pelle. Ce matériau peut également être appelé charbon de bois et a été collecté pour la cuisson au charbon de bois en plein air, fournissant potentiellement un matériau d’origine locale à ajouter aux caractéristiques culinaires d’un repas.
Si l’on compare les fours à biochar à flamme Big Box à d’autres méthodes de production de biochar12, les carbonisateurs mobiles peuvent traiter 63 502 kg par jour (70 tonnes), contre 12 500 kg par jour avec un four Big Box. Le coût des carbonisateurs mobiles est beaucoup plus élevé que celui d’un four à grande surface, à partir de 500 000 $ à l’achat, contre moins de 10 000 $ pour la fabrication d’un four à grande surface. Bien qu’un seul four à grande surface ne puisse traiter que 20 % du matériau qu’un carboniseur mobile peut traiter, il ne coûtera que 2 % du prix d’achat d’un carboniseur mobile.
Les fours à vis chauffés peuvent traiter jusqu’à 5 443 kg de biomasse par jour, par exemple, ce qui est bien inférieur à la capacité de 12 500 kg par jour des fours à grande surface. De plus, le coût du prétraitement (déchiquetage) du matériau peut être supérieur à celui de la pyrolyse réelle. De plus, les machines raffinées telles que la vis chauffante ne tolèrent pas les matières premières souillées qui sont courantes dans les opérations forestières ; une pelletée de terre peut arrêter un four à vis sans fin, tandis qu’un four à grande surface peut tolérer plusieurs pelletées de terre sans avoir d’impact significatif sur l’exploitation. Enfin, le coût d’un four à vis peut facilement être 10 fois supérieur à celui d’un four à grande surface.
Le premier four à grande surface construit est appelé BB16 car il mesure 4,9 m (16 pi) de long sur 2,4 m (8 pi) de large et est une construction à paroi unique. À l’origine, elle mesurait 1,8 m (6 pi) de haut et pesait près de 1 360 kg (3 000 lb), ce qui nécessitait une pelle plus grande, un opérateur qualifié et une remorque surbaissée, ce qui entraînait des problèmes de calendrier. Cette approche était surdimensionnée pour faire face aux charges de combustible typiques de l’Utah, et à 1,8 m (6 pieds) de haut, il était très difficile d’éclairer ou de voir ce qui se passait à l’intérieur du four. Pour résoudre ces problèmes, pour mieux adapter cette approche aux charges de combustible de l’Utah et pour la rendre plus accessible au gestionnaire forestier moyen, la hauteur a été réduite à 1,2 m (4 pieds) de hauteur. Cela permet de voir plus facilement à l’intérieur et de s’enflammer. Il l’a également réduit à 1 043 kg (2 300 lb), ce qui le rend gérable à transporter avec une camionnette et une remorque plus disponibles, et à déplacer et à utiliser avec une mini-pelle qui ne nécessite aucune expérience préalable et peut être louée dans la plupart des magasins de location d’équipement.
Le deuxième four construit par l’UBRG est une construction à double paroi, ce qui permet une meilleure protection thermique des opérateurs et des équipements à proximité du four et permet un chauffage plus uniforme à l’intérieur du four13. Une partie de cette modification consistait à passer de l’acier de calibre 12 à l’acier de calibre 14, qui est plus fin et plus léger. L’UBRG a effectué des dizaines de brûlages dans ces fours et bien qu’ils soient un peu pliés par endroits, ils ne montrent pas encore de signes évidents de fatigue des métaux liée à la chaleur. Certes, un apprentissage supplémentaire est susceptible de se produire et il y a amplement de place pour une innovation continue.
Le BB12 à double paroi est la conception qui a attiré le plus d’attention et est peut-être la plus accessible/pratique pour les carburants dans l’ouest intermontagnard. Des fours plus grands seront plus appropriés avec des combustibles plus nombreux/plus gros, comme dans le nord-ouest des États-Unis. Cette méthode a été éprouvée jusqu’à un four de 4,9 m (16 pieds de long). À ce jour, des fours à grande surface ont été construits par d’autres parties dans l’Utah, le Colorado, le Montana, le Texas et New York.
Les fours peuvent être exploités pour maximiser la production de biochar ou maximiser la réduction des combustibles dangereux, ou quelque part entre les deux. Si la réduction des combustibles dangereux est l’objectif principal, les fours peuvent être chargés de manière aléatoire et éteints uniquement lorsque le four est plein de charbons. Si le risque d’incendie environnant est faible, par exemple lorsque le sol est recouvert de plusieurs centimètres de neige, les fours peuvent être empilés avec des combustibles le soir avant la fin du quart de travail et laissés brûler toute la nuit ; consommant ainsi des carburants dans un espace contrôlé. Si la production de biochar est l’objectif principal, la matière première peut être triée dans des tailles similaires et les fours chargés de matériaux de classe de taille similaire et trempés fréquemment pour préserver les charbons. En règle générale, il s’agit d’un mélange de ces objectifs opposés et les fours fonctionnent entre ces deux extrêmes. L’espèce de la matière première est moins importante, à moins qu’un biochar aux propriétés spécifiques ne soit l’objectif.
Une quantité limitée de fumée sort de ces fours ; L’idée est que le capuchon de flamme consume les combustibles lorsqu’ils montent à travers la colonne de chaleur. En 2019 et 2020, le coordinateur du système de gestion de la fumée de l’Utah, Paul Corrigan, a apporté son équipement de test des émissions à des démonstrations de fours à biochar Big Box près de Logan, dans le nord de l’Utah, et de Moab, dans le sud de l’Utah. Dans les deux cas, l’équipement n’a enregistré aucune augmentation des émissions des fours car le capuchon de flamme consomme les combustibles lorsqu’ils montent dans la colonne de chaleur. En avril 2023, l’équipe de test des émissions du laboratoire des incendies du service forestier de l’USDA effectue des tests d’émissions sur les fours de Tooele, dans l’Utah ; Ces résultats ne sont pas encore disponibles.
Les travailleurs qui s’occupent du four auront besoin d’outils manuels de lutte contre l’incendie tels que des pelles, des râteaux, des pulaskis et des tronçonneuses. Les meilleures pratiques consistent à faire porter à toutes les personnes présentes des équipements de sécurité tels que des gants en cuir, des lunettes de protection, des vêtements ignifuges ou au moins des vêtements en fibres naturelles ; Les vêtements synthétiques doivent être évités. Les casques de sécurité et les bottes en cuir, les manches longues et les pantalons aident à protéger les opérateurs.
Communication d’urgence ; Planification d’urgence : L’emplacement (souvent éloigné) de l’opération doit être pris en compte en plus de la possibilité d’une urgence et des besoins de communication qui l’entourent. Il est crucial de savoir où la réception locale des téléphones portables pourrait fonctionner le mieux ; un téléphone satellite ou une balise de localisation d’urgence telle qu’une Garmin InReach serait fortement recommandé. Il est important de ne pas travailler seul.
En cas d’échappement d’un feu de braise/localité, le couvercle doit être placé sur le four pour empêcher d’autres étincelles de sortir du four. Les machines doivent être utilisées pour creuser rapidement une ligne de feu autour du feu localisé, et les combustibles en feu doivent être séparés des combustibles non brûlés. La source d’eau doit être utilisée pour éteindre le feu. Si l’extinction ne peut être obtenue immédiatement, appelez le 911.
Le biochar des fours à grande surface a été caractérisé par Control Laboratories à Watsonville, en Californie, à l’aide du programme de tests de laboratoire pour la certification de l’International Biochar Initiative (IBI) et les résultats montrent 85 % de carbone organique et 8 % de cendres ; Ce sont les caractéristiques d’un biochar de qualité moyenne. Les collaborateurs expérimentent l’ajout de sous-verres roulants sur le fond, semblables à de grandes bennes à ordures, ainsi qu’une porte qui est l’un des murs d’extrémité pour aider à retirer le biochar fini. Il reste à voir si ces caractéristiques restent utilisables après une exposition à la chaleur extrême.

Les combustibles dangereux sont un problème majeur dans les zones sauvages de l’Ouest1. Comme les gestionnaires des incendies ne peuvent pas faire grand-chose pour contrôler les conditions météorologiques, le contrôle des combustibles est leur meilleure option2. L’objectif de cette méthode est de fournir un nouvel outil évolutif pour réduire les déchets de bois tout en produisant du biochar de manière économiquement et pratiquement accessible. Les forestiers empilent et brûlent traditionnellement les matériaux provenant des projets d’exploitation forestière et de réduction des combustibles, mais les restrictions de qualité de l’air et l’allongement de la saison des incendies ont rendu le brûlage à ciel ouvert beaucoup plus difficile au cours des dernières décennies3. De plus, il a été démontré que le brûlage à ciel ouvert cause des dommages potentiels à long terme aux sols en raison de la chaleur excessive4. Tous ces défis sont la raison pour laquelle l’UBRG développe cette technique pour la production de biochar. L’UBRG a entrepris de fournir une approche peu coûteuse et très accessible de la réduction des combustibles dangereux qui se traduit par un produit précieux5. Cette approche consistant à transformer les combustibles en matières premières et à tenter de valoriser le bois de faible valeur est semée d’embûches. Cette approche conserve une partie de ce carbone, qui est autrement perdu par la combustion ou la pourriture, et le transforme en une forme durable, avec une demi-vie approchant 1 000 ans dans le sol6 ; C’est 10 à 1 000 fois plus long que les temps de séjour de la plupart des matières organiques du sol7.
Le processus de conception du four Big Box a commencé par un examen d’autres dérivés d’une technologie originaire du Japon. En 2011, Inoue et al.8 ont rapporté l’efficacité carbonisatrice et la qualité du biochar produit dans le « four à charbon de bois sans fumée M50 » fabriqué par la société Moki au Japon. Le biochar a été produit dans ces petits fours en forme de cône avec des rendements de conversion allant de 13 % à 19,5 % sur une base de masse sèche. Les auteurs ont constaté que les valeurs de carbone fixe et la teneur en carbone de l’omble étaient égales à celles du charbon de bois fabriqué selon une méthode d’autoclave à une température d’environ 600 °C.
La forme Big Box a été suggérée pour la première fois par Kelpie Wilson dans une étude de faisabilité pour le Service des forêts du Dakota du Nord sur la carbonisation de l’enlèvement des arbres des brise-vent. Wilson a suggéré d’utiliser une benne à ordures en acier modifiée comme four à capuchon de flamme pour traiter des matériaux de plus grande taille. La conception du four Big Box comprend plusieurs améliorations au concept qui contribuent à la durabilité, à la convivialité et à la mobilité, comme décrit ci-dessous. Le chiffre de Wilson comprend des suggestions pour réutiliser des conteneurs tels que des bennes à ordures et des réservoirs de pétrole à cette fin ; cependant, les matériaux réutilisés ont généralement été peints ou galvanisés et peuvent exposer les participants à l’atelier à des produits chimiques nocifs dans l’air.
Les émissions du four à grande surface n’ont pas encore été déclarées, mais Cornelissen et al.9 ont effectué des essais d’émissions sur plusieurs types de fours Kon-Tiki (un four à cône profond) et ont constaté que les émissions étaient généralement inférieures à celles provenant de la combustion à ciel ouvert des matières premières de la biomasse. Ils ont également testé les biochars produits pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et ont constaté que les niveaux de HAP étaient bien inférieurs au niveau norvégien de risque maximal tolérable (MTR) pour les sols. Une analyse du cycle de vie du four de l’Oregon (un four peu profond en forme de pyramide) a montré que le fonctionnement dans les bois d’un four à flamme était négatif en carbone, ce qui entraînait une séquestration nette de carbone atmosphérique dans le sol10.
L’une des limites de l’approche Big Box est la matière première humide. Alors que deux lots par jour de matériaux de grand diamètre dans ces fours sont une attente raisonnable dans les climats arides et les matières premières sèches, un lot par jour est une attente plus raisonnable dans les endroits où l’humidité et l’humidité du combustible sont plus élevées. Les matières premières sèches sont plus productives ; La matière première humide limitera la productivité du four. La matière première humide par temps humide ne fonctionne pas bien. Les matières premières humides de moins de 10 cm de diamètre pyrolysent plus complètement que les matières premières humides de plus grand diamètre. Les matériaux secs peuvent facilement être pyrolysés par temps humide et/ou neigeux. Les fours Big Box ont pyrolysé avec succès des billes sèches de plus de 0,76 m (30 pouces) de diamètre et des branches jusqu’à moins de 1 cm de diamètre.
Le fonctionnement du four est traité comme un brûlage à ciel ouvert par la plupart des régulateurs de la qualité de l’air et, dans l’Utah, l’autorisation n’est accordée que trois jours à l’avance, ce qui rend la planification difficile, en particulier pendant les mois d’hiver lorsque les inversions atmosphériques sont courantes autour de nos communautés. Le coût de la combustion du biochar est beaucoup plus élevé que la simple combustion des tas, ce qui présente une autre limite de cette approche. Cette technique est la première méthode low-tech publiée pour la production de biochar à une échelle qui renonce au prétraitement coûteux des matières premières telles que le broyage et le déchiquetage avant la pyrolyse. Cette méthode est utile pour la plupart des débris ligneux qui n’ont pas été ébréchés ou traités au-delà de la coupe en morceaux gérables. Cette méthode n’est pas utile pour les matières premières de petite taille ou les matières premières qui formeront des tapis ou des boules de matériaux tels que les herbes, les tiges de maïs et les balles de riz.
Conception du four Le BB12 est un four à double paroi de 3,7 m (12 pieds) de long, 1,8 m (6 pieds) de large et 1,2 m (4 pieds de haut), fabriqué en acier de calibre 14. La taille et la forme peuvent varier. Les plans sont disponibles sur le site Web de l’UBRG11. Aucun air n’est autorisé dans le four, sauf par le haut ; Ceci est essentiel pour développer le capuchon de flamme qui consomme la plupart des combustibles lorsqu’ils montent dans la colonne de chaleur. Voir la figure 1 pour plus de détails sur les coins intérieurs du four. L’exception est un orifice de drainage, appelé porte pour chien, illustré à la figure 2 car il est de taille similaire à une porte pour chien ordinaire. Il a une pièce de métal coulissante avec une poignée pour pouvoir être poussé vers le bas, fermé lors du fonctionnement du four et soulevé (Attention : chaud) lorsqu’il est prêt à vider le four.
Les deux parois sont séparées pour fournir un espace d’air12 et sont ouvertes sur le dessus et pas complètement scellées sur le fond, sauf à l’intérieur du four. Voir la figure 3 pour plus de détails sur l’entrefer et le haut des murs. Évitez les espaces scellés pour éviter les problèmes de dilatation thermique et de contraction qui en résulte. Les fours à simple paroi sont toujours efficaces pour réduire les combustibles dangereux et produire du biochar, mais le four à double paroi permet aux équipements et aux opérateurs de s’approcher avec moins d’exposition à la chaleur. Si la production de biochar est l’objectif le plus important, un four à double paroi pourrait être plus efficace. Si la réduction des combustibles dangereux est l’objectif principal et le biochar est secondaire, un four à paroi unique est probablement adéquat.

<table><tbody><tr><td>Four à biochar Big Box</td><td>ANR Fabrication</td><td>BB12</td><td>Téléphone : 435-753-0310</td></tr><tr><td>Tronçonneuse</td><td>Ace Hardware</td><td>#7000565</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Torche goutte à goutte</td><td>Fournisseurs forestiers</td><td>7.58182E+11</td><td>Remplir avec : 30 % d’essence, 70 % de diesel (ou torche au propane)</td></tr><tr><td>Garmin InReach</td><td>Best Buy</td><td>6499326</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Honda pompe</td> <td>à eau auto-amorçanteOutil du Nord</td><td>#&nbsp ; 109418</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Briquet / allumettes</td><td>Amazon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chaînes à bûches</td><td>Tractor Supply Co.</td><td>UGS : 358788199</td><td>Ou similaire ; pour déplacer/soulever le four</td></tr><tr><td>Mini-pelle avec pouce</td><td>Entreprise</td><td></td> de location locale <td>Doit avoir un godet avec pouce</td></tr><tr><td>Pulaski</td><td>Grainger</td><td>485C27</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Sangles Rachet</td><td>US Cargo Control</td><td></td><td>3 000 lbs force par</td></tr><tr><td>chiffons / carton</td><td>Grainger</td><td>9JZ92</td><td>Pour protéger les sangles de l’abrasion pendant le transport </td></tr><tr><td>râteau</td> de four <td>Grainger</td><td>1WG30</td><td>ou similaire</td></tr><tr><td>Pelle</td><td>Grainger</td><td>12N166</td><td>ou similaire</td></tr><tr><td>Camion / remorque</td><td>Posséder/louer localement</td><td></td><td>Pour le transport du four</td></tr><tr><td>Tuyaux d’évacuation d’eau</td><td>Grainger</td><td>45DT92</td><td></td></tr><tr><td>Eau : 300 gallons par trempe</td><td></td><td></td><td>Plus plus pour le contrôle du feu</td></tr><tr><td>Équipement de protection individuelle</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chainsaw chaps Global</td><td></td><td>industrial T9FB2019133</td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Protection auditive</td><td></td><td>Global industrial T9F708377</td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Eye T9F708119CLAF</td><td>Pantalon de protection contre</td><td></td><td></td></tr><tr><td>les incendies</td><td>Grainger</td><td>12R487</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Chemise de pompier</td><td>Grainger</td><td>39EM96</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Casque</td><td>de sécurité Global industrial</td><td>T9FB2278977</td><td>Ou similaire</td></tr><tr><td>Gants en cuir</td><td>Global industrial</td><td>&nbsp ; T9FB1145414</td><td>ou similaire</td></tr><tr><td>Smokejumper</td> bottes de feu <td>Whites Boots</td><td></td><td>Ou similaire</td></tr></tbody></table>

fonctionnement et meilleures pratiques des fours à biochar big box

Big Box Biochar Kiln Operation and Best Practices

Les fours à biochar Big Box sont une alternative au brûlage en pile ouverte qui permet la production de biochar dans les bois dans une simple boîte métallique sans pièces mobiles. Cette approche est basée sur la technologie utilisée par les charbonniers depuis des siècles, mais avec une approche moderne et mécanisée. Une mini-pelle ou une autre machine est utilisée pour charger, entretenir et vider les fours. Cet article décrit les meilleures pratiques en matière de four à biochar Big Box, y compris la conception, le transport, le placement, le chargement, l’éclairage, la trempe et les procédures de vidage pour les débutants qui développent leurs propres programmes de four à biochar Big Box. 
La production de biochar nécessite un environnement de combustion à faible teneur en oxygène, et les fours Big Box utilisent une méthode de chapeau de flamme (parfois appelée rideau de flammes) pour brûler le matériau avec une production de fumée limitée. Ces fours ont été conçus pour être facilement transférés sur le site à l’aide d’une remorque de calibre adéquat. Une mini-pelle ou une autre machine est utilisée pour charger, entretenir et vider les fours. L’auteur n’est pas au courant d’un moyen plus accessible pour les gens de séquestrer du carbone durable à la ferme, au ranch ou dans le jardin. Cet article décrit les meilleures pratiques en matière de four à biochar Big Box, y compris la conception, le transport, le placement, le chargement, l’éclairage, la trempe et les procédures de vidange pour les débutants qui développent leurs propres programmes de four à biochar Big Box.

D’octobre à mars, les fours à grande surface ont pyrolysé divers types de matières premières en biochar (tableau 1). Plus les combustibles sont secs et propres, plus les fours sont productifs. Le diamètre des combustibles est moins important, les fours ont pyrolysé des bûches pleine longueur de plus de 76 cm de diamètre ; Cependant, si la production de biochar est l’aspect le plus important du projet, il est nécessaire de noter que le remplissage des fours avec des matières premières de taille plus constante peut produire le plus grand rendement de biochar. Les fours peuvent être exploités de manière à maximiser la production de biochar, ou ils peuvent être exploités pour maximiser la consommation de combustible dangereux, ou ils peuvent être exploités pour se concentrer sur n’importe quel point du continuum entre ces objectifs quelque peu opposés.
Les couvercles sont lourds et tranchants et ne doivent pas être manipulés seuls. La figure 11 montre le couvercle déplacé par deux personnes. Il est préférable d’avoir 2-3 personnes qui s’occupent du four ; l’un actionnait la machine et les autres surveillaient les incendies évités, coupant tout matériau avec une tronçonneuse trop longue pour entrer dans le four, ramassant de petits morceaux de matériau brûlant qui auraient pu tomber du four.
Les patins au fond du four permettent de le traîner sur de courtes distances. Les fours peuvent être traînés sur au moins un quart de mile, sur des chemins de terre et sur le sol. La figure 12 montre le four en cours de remorquage. Lorsque la dernière partie d’un tas de matières premières est placée dans le four, au lieu de terminer le lot et de tremper un four partiellement plein, il est plus efficace de traîner le four entre les tas pendant qu’il fonctionne, à l’aide d’une camionnette et de sangles. Il y a des œillets près du bas du four pour attacher des sangles ou des chaînes à traîner. Ensuite, une fois à un nouveau tas, les opérateurs peuvent continuer à charger le four selon les instructions.
Il y aura généralement des bûches qui ne pyrolysent pas complètement en biochar qui peut être ajouté au prochain brûlage du four ou peut être répandu dans la forêt sous forme de débris ligneux grossiers, ce qui offre des avantages écologiques ou peut être utilisé pour des applications Hügelkultur (le bois est monté et enterré pour créer un lit de jardin surélevé). La figure 13 montre des bûches incomplètement pyrolysées, parfois appelées os.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig01.jpg"> Figure 1 : À l’intérieur du four vide. À l’intérieur d’un four vide ; Notez l’absence d’espaces d’air. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig02.jpg"> Figure 2 : Porte ouverte pour chien. La porte du chien est partiellement ouverte et l’eau s’écoule du four une fois la trempe terminée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig03.jpg"> Figure 3 : Espace entre les murs. L’espace entre les parois du four, ne montrant aucune cavité scellée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig04.jpg"> Figure 4 : Four sécurisé pour le transport. Le cerclage et la remorque sont utilisés pour transporter le four en toute sécurité. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig05.jpg"> Figure 5 : Chargement du four. Le four est chargé de bois d’olivier russe, ce qui démontre la méthode de chargement et le manque d’organisation au sein du four. Un exemple de four chargé de matières premières légères. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig06.jpg"> Figure 6 : Four d’éclairage. L’opérateur utilise un chalumeau goutte à goutte pour éclairer un four chargé. Un exemple de four chargé de matériaux lourds. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig06large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig07.jpg"> Figure 7 : Capuchon de flamme. Un chapeau de flamme s’est formé au-dessus du four, très peu de fumée visible provenant du four ; vue nette sur le paysage en arrière-plan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig07large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig08.jpg"> Figure 8 : Prêt à tremper. Un four presque plein passant d’une combustion enflammée à une combustion incandescente ; le point où la trempe commence. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig08large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig09.jpg"> Figure 9 : Trempe. Une lance à incendie est utilisée pour mettre environ 1 100 litres d’eau sur les charbons dans le four afin d’arrêter la combustion et de préserver le charbon. Veuillez <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig09large.jpg" target="_blank">cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig10.jpg"> Figure 10 : Basculement. Une mini-pelle est utilisée pour déverser un four à biochar BB16 Big Box afin de vider le charbon et de démarrer un autre lot. Notez un deuxième four fonctionnant en arrière-plan ; Une machine peut faire fonctionner plusieurs fours simultanément. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig10large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig11.jpg"> Figure 11 : Couvercles. Deux opérateurs portant de lourds gants de cuir travaillent ensemble pour placer un couvercle sur le four. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig11large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig12.jpg"> Figure 12 : Remorquage. Des sangles sont utilisées pour attacher le four (toujours en feu) des œillets inférieurs à une camionnette et de la drogue sur un chemin de terre jusqu’au prochain tas de matières premières. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig12large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65362/65362fig13.jpg"> Figure 13 : Os. Des matériaux incomplètement pyrolysés, appelés os, du lot précédent sont ajoutés à un four avant le démarrage d’un nouveau lot. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65362/65362fig13large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Fours à grande surface</td>
			<td colspan="2">Pyrolyse de</td>
			<td>Biochar</td>
		</tr><tr><td>District Logan Ranger de la forêt nationale d’Uinta-Wasatch-Cache en novembre</td>
			<td>22 000 kg</td>
			<td>genévrier</td>
			<td>14 mètres cubes</td>
		</tr><tr><td>Moab, Utah en janvier</td>
			<td>1 200 kg</td>
			<td>Matière première d’olive russe</td>
			<td>8 mètres cubes</td>
		</tr><tr><td>Mill Hollow dans la forêt nationale d’Uinta-Wsatch-Cache en novembre</td>
			<td>25 000 kg</td>
			<td>Épicéa Engelmann de grand diamètre et sapin subalpin</td>
			<td>16 mètres cubes</td>
		</tr><tr><td>Près de Dillon, Montana, en octobre</td>
			<td>10 000 kg</td>
			<td>Matière première pour le sapin de Douglas</td>
			<td>10 mètres cubes</td>
		</tr><tr><td>Pine Valley Ranch, Utah, en mars</td>
			<td>24 000 kg</td>
			<td>peuplier faux-tremble, sapin subalpin, matière première d’épinette d’Engelmann</td>
			<td>14 mètres cubes</td>
		</tr></tbody></table>Tableau 1 : Pyrolyse de diverses matières premières par les fours à grande surface.

L’Utah Biomass Resources Group (UBRG) a mis à l’échelle des fours à biochar simples dans une approche innovante de la réduction des combustibles dangereux et de la production de biochar à l’aide de boîtes métalliques, appelées fours Big Box, qui permettent la production de biochar dans les bois. Cet article décrit le fonctionnement et les meilleures pratiques des fours à biochar Big Box.

Fonctionnement et meilleures pratiques des fours à biochar Big Box

Big Box biochar kilns are an alternative to open pile burning that allows for in-woods biochar production in a simple metal box with no moving parts. This ...

Commencez par charger le BB12 sur une remorque pour le transport, à l’aide d’une mini-pelle et de chaînes ou d’un chariot élévateur quatre par quatre à l’aide des passages de fourche. Ensuite, à l’aide de sangles à cliquet, d’une résistance à la rupture de plus de 1 361 kilogrammes chacune, fixez le four à la remorque. Procédez au déchargement du four, soit à l’aide de la mini-pelle ou du chariot élévateur, soit en l’attachant à un arbre ou à un véhicule et en partant, laissant le four tomber au sol.Sur place, utilisez une camionnette et des sangles pour traîner le four sur des patins. Ensuite, placez le BB12 sur une surface plane près du tas de bois et assurez-vous que le panneau de drainage de la porte pour chien est orienté vers le bas s’il est placé sur une pente. Choisissez des matières premières de toutes les espèces ligneuses et utilisez de petits matériaux secs pour démarrer le four, en particulier lorsque vous travaillez avec des matières premières humides.Rassemblez une quantité adéquate de matière première et coupez-la à des longueurs plus courtes que les dimensions maximales du four pour un ajustement facile. Ensuite, construisez une ligne de feu autour du four, en veillant à ce que le feu ne puisse pas s’échapper. Assurez-vous d’avoir un tuyau chargé avec une alimentation en eau suffisante à portée de main pour contrôler le feu avant de démarrer le four, compte tenu du risque d’incendie actuel.

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