Summary
Die Utah Biomass Resources Group (UBRG) hat einfache Biokohleöfen in einem innovativen Ansatz zur Reduzierung gefährlicher Brennstoffe und zur Produktion von Biokohle unter Verwendung von Metallboxen, sogenannten Big Box-Öfen, die die Produktion von Biokohle im Wald ermöglichen, ausgebaut. Dieser Artikel beschreibt den Betrieb und die Best Practices des Big Box-Biokohleofens.
Abstract
Big Box-Biokohleöfen sind eine Alternative zum offenen Florbrennen, die die Produktion von Pflanzenkohle im Wald in einer einfachen Metallbox ohne bewegliche Teile ermöglicht. Dieser Ansatz basiert auf einer Technologie, die von Holzkohleherstellern seit Jahrhunderten verwendet wird, jedoch mit einem modernen, mechanisierten Ansatz. Ein Minibagger oder eine andere Maschine wird zum Laden, Pflegen und Entleeren der Öfen verwendet. In diesem Artikel werden Best Practices für Big-Box-Biokohleöfen beschrieben, einschließlich Design, Transport, Platzierung, Beladung, Beleuchtung, Abschrecken und Entsorgungsverfahren für Anfänger, die ihre eigenen Big-Box-Biokohleofenprogramme entwickeln.
Die Produktion von Biokohle erfordert eine sauerstoffarme Verbrennungsumgebung, und die Big-Box-Öfen verwenden eine Flammenkappenmethode (manchmal auch als Flammenvorhang bezeichnet), um Material mit begrenzter Rauchentwicklung zu verbrennen. Diese Öfen wurden so konzipiert, dass sie mit einem ausreichend ausgelegten Anhänger leicht zur Baustelle transportiert werden können. Ein Minibagger oder eine andere Maschine wird zum Laden, Pflegen und Entleeren der Öfen verwendet. Dem Autor ist kein zugänglicheres Mittel bekannt, mit dem Menschen dauerhaften Kohlenstoff auf der Farm, der Ranch oder im Hinterhof binden können. In diesem Artikel werden Best Practices für Big-Box-Biokohleöfen beschrieben, einschließlich Design, Transport, Platzierung, Beladung, Beleuchtung, Abschrecken und Entsorgungsverfahren für Anfänger, die ihre eigenen Big-Box-Biokohle-Ofenprogramme entwickeln.
Introduction
Gefährliche Brennstoffe sind ein großes Problem in der Wildnis im gesamten Westen1. Da Brandmanager wenig tun können, um das Wetter zu kontrollieren, ist die Kontrolle von Brennstoffen ihre beste Option2. Ziel dieser Methode ist es, ein neues, skalierbares Werkzeug zur Verfügung zu stellen, um Altholz zu reduzieren und gleichzeitig Pflanzenkohle wirtschaftlich und praktisch zugänglich zu produzieren. Förster stapeln und verbrennen traditionell Material aus Holzeinschlags- und Brennstoffreduzierungsprojekten, aber Einschränkungen der Luftqualität und längere Brandsaisons haben das Abbrennen offener Haufen in den letzten Jahrzehnten erheblich erschwert3. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass das Abbrennen offener Pfähle durch übermäßige Hitze potenzielle Langzeitschäden an den Böden verursachenkann 4. All diese Herausforderungen sind der Grund, warum die UBRG diese Technik für die Pflanzenkohleproduktion entwickelt. Die UBRG hat sich zum Ziel gesetzt, einen kostengünstigen, leicht zugänglichen Ansatz zur Reduzierung gefährlicher Kraftstoffe zu bieten, der zu einem wertvollen Produkt führt5. Dieser Ansatz, Brennstoffe in Rohstoffe umzuwandeln und zu versuchen, aus minderwertigem Holz einen Mehrwert zu schaffen, ist voller Herausforderungen. Dieser Ansatz konserviert einen Teil dieses Kohlenstoffs, der sonst durch Verbrennung oder Verrottung verloren geht, und verarbeitet ihn zu einer dauerhaften Form mit einer Halbwertszeit von fast 1.000 Jahren im Boden6; Dies ist 10-1.000 Mal länger als die Verweilzeiten der meisten organischen Bodensubstanzen7.
Der Designprozess des Big-Box-Ofens begann mit einer Überprüfung anderer Derivate einer Technologie, die ihren Ursprung in Japan hatte. Im Jahr 2011 berichteten Inoue et al.8 über die Karbonisierungseffizienz und -qualität von Biokohle, die im "rauchlosen Holzkohleofen M50" der Firma Moki in Japan hergestellt wird. In diesen kleinen, kegelförmigen Öfen wurde Biokohle mit Umwandlungswirkungsgraden zwischen 13 % und 19,5 % auf Basis der Trockenmasse hergestellt. Die Autoren fanden heraus, dass die Werte des fixierten Kohlenstoffs und des Kohlenstoffgehalts der Kohle denen von Holzkohle entsprachen, die in einem Retortenverfahren bei einer Temperatur von etwa 600 °C hergestellt wurde.
Die Big-Box-Form wurde erstmals von Kelpie Wilson in einer Machbarkeitsstudie für den North Dakota Forest Service zur Karbonisierung der Entfernung von Shelterbelt-Bäumen vorgeschlagen. Wilson schlug vor, einen modifizierten Müllcontainer aus Stahl als Flammenkappenofen für die Verarbeitung von größerem Material zu verwenden. Das Big-Box-Ofendesign enthält mehrere Verbesserungen des Konzepts, die zur Haltbarkeit, Benutzerfreundlichkeit und Mobilität beitragen, wie unten beschrieben. Wilsons Abbildung enthält Vorschläge für die Wiederverwendung von Containern wie Müllcontainern und Öltanks für diesen Zweck; wiederverwendetes Material wurde jedoch in der Regel lackiert oder verzinkt und kann die Workshop-Teilnehmer schädlichen Chemikalien in der Luft aussetzen.
Die Emissionen aus dem Big-Box-Ofen wurden noch nicht gemeldet, aber Cornelissen et al.9 führten Emissionstests an verschiedenen Arten von Kon-Tiki-Öfen (einem Tiefkegelofen) durch und stellten fest, dass die Emissionen im Allgemeinen niedriger waren als die aus der offenen Verbrennung von Biomasse-Rohstoffen. Sie testeten auch die hergestellten Pflanzenkohle auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und stellten fest, dass die PAK-Werte deutlich unter dem norwegischen Höchstwert für tolerierbares Risiko (MTR) für Böden lagen. Eine Lebenszyklusanalyse des Oregon-Ofens (ein flacher pyramidenförmiger Ofen) zeigte, dass der Betrieb eines Flammenkappenofens im Wald kohlenstoffnegativ war, was zu einer Nettobindung von atmosphärischem Kohlenstoff im Bodenführte 10.
Eine Einschränkung des Big-Box-Ansatzes sind nasse Rohstoffe. Während zwei Chargen pro Tag von Material mit großem Durchmesser in diesen Öfen in trockenen Klimazonen und trockenen Rohstoffen eine vernünftige Erwartung sind, ist eine Charge pro Tag an Standorten mit höherer Luftfeuchtigkeit und Brennstofffeuchtigkeit eine vernünftigere Erwartung. Trockenrohstoffe sind produktiver; Nasses Ausgangsmaterial schränkt die Produktivität des Ofens ein. Nasse Rohstoffe an einem nassen Tag funktionieren nicht gut. Nasse Rohstoffe mit einem Durchmesser von weniger als 10 cm pyrolysieren vollständiger als nasse Rohstoffe mit größerem Durchmesser. Trockenes Material kann bei nassem und/oder verschneitem Wetter leicht pyrolysiert werden. Big-Box-Öfen haben erfolgreich trockene Stämme in Ofenlänge mit einem Durchmesser von mehr als 0,76 m (30 Zoll) und Zweigen mit einem Durchmesser von weniger als 1 cm pyrolysiert.
Der Ofenbetrieb wird von den meisten Luftqualitätsbehörden wie das Abbrennen offener Haufen behandelt, und in Utah wird die Genehmigung nur drei Tage im Voraus erteilt, was die Planung erschwert, insbesondere in den Wintermonaten, wenn atmosphärische Inversionen in unseren Gemeinden üblich sind. Die Kosten für die Durchführung einer Biokohleverbrennung sind viel höher als das einfache Verbrennen der Pfähle, was eine weitere Einschränkung dieses Ansatzes darstellt. Diese Technik ist die erste veröffentlichte Low-Tech-Methode zur Herstellung von Pflanzenkohle in einem Maßstab, der auf eine teure Vorverarbeitung von Rohstoffen wie Mahlen und Zerkleinern vor dem Pyrolyse verzichtet. Diese Methode ist nützlich für die meisten Holzreste, die nicht über das Schneiden in handliche Stückgrößen hinaus gehäckselt oder verarbeitet wurden. Diese Methode ist nicht nützlich für kleine Stückgrößen oder Rohstoffe, die Matten oder Materialklumpen bilden, wie Gräser, Maisstroh und Reishülsen.
Ofen-Design
Der BB12 ist ein doppelwandiger Ofen mit einer Länge von 3,7 m, einer Breite von 1,8 m und einer Höhe von 1,2 m aus 14-Gauge-Stahl. Die Größe und Form kann variiert werden. Pläne sind auf der UBRG-Websiteverfügbar 11. Es wird keine Luft in den Ofen gelassen, außer an der Spitze; Dies ist entscheidend für die Entwicklung der Flammenkappe, die den größten Teil der brennbaren Stoffe verbraucht, wenn sie durch die Wärmesäule aufsteigen. Siehe Abbildung 1 für Details zu den Innenecken des Ofens. Die Ausnahme ist eine Entwässerungsöffnung, die als Hundetür bezeichnet wird und in Abbildung 2 dargestellt ist, da sie eine ähnliche Größe wie eine gewöhnliche Hundetür hat. Es hat ein verschiebbares Metallstück mit einem Griff, so dass es beim Betrieb des Ofens nach unten gedrückt und angehoben werden kann (Achtung: Heiß), wenn es bereit ist, den Ofen zu entleeren.
Die beiden Wände sind getrennt, um einen Luftspalt12 zu schaffen, und sind oben offen und unten nicht vollständig abgedichtet, außer im Inneren des Ofens. Siehe Abbildung 3 für Details des Luftspalts und der Oberseite der Wände. Vermeiden Sie versiegelte Räume, um Probleme bei der Wärmeausdehnung und der daraus resultierenden Kontraktion zu vermeiden. Einwandige Öfen sind immer noch wirksam bei der Reduzierung gefährlicher Brennstoffe und der Herstellung von Biokohle, aber der doppelwandige Ofen ermöglicht es Geräten und Bedienern, mit weniger Hitzeeinwirkung nahe heranzukommen. Wenn die Produktion von Pflanzenkohle das wichtigste Ziel ist, könnte ein doppelwandiger Ofen effektiver sein. Wenn die Reduzierung gefährlicher Brennstoffe das Hauptziel und die Biokohle sekundär ist, ist ein einwandiger Ofen wahrscheinlich ausreichend.
Protocol
1. Transport zur Baustelle
- Laden Sie den BB12 auf einen Anhänger, um ihn entweder mit einem Minibagger (mit Daumen) und Ketten ODER einem 4 x 4-Gabelstapler zu transportieren, indem Sie die Gabeltaschen verwenden.
HINWEIS: Alle weiteren Verweise auf den Minibagger gehen davon aus, dass er einen bedienbaren Daumen mit der Schaufel hat. - Befestigen Sie den Ofen mit Ratschengurten mit einer Bruchfestigkeit von jeweils über 1.361 Kilogramm (3.000 lbs.) am Anhänger. Ein Beispiel finden Sie in Abbildung 4 .
- Entladen Sie den Ofen mit dem Minibagger oder Gabelstapler oder binden Sie ihn an einen Baum/ein Fahrzeug und fahren Sie weg, so dass er auf den Boden fällt. Auf der Baustelle angekommen, ziehen Sie den Ofen mit einem Pickup und Gurten auf seinen Kufen auf den Boden.
2. Vorbereitung vor Ort
- Stellen Sie den BB12 auf eine relativ ebene Fläche (Neigungen < 10 %), ziemlich nahe am Holzstapel, und stellen Sie sicher, dass sich die Entwässerungsplatte der Hundetür auf der Abwärtsseite befindet, wenn sie sich an einem Hang befindet.
Anmerkungen: Halten Sie die Entleerungsplatte der Hundetür während des Betriebs geschlossen. - Wählen Sie Rohstoffe aus, bei denen es sich um alle Holzarten handeln kann. Verwenden Sie kleines, trockenes Material, um den Ofen in Gang zu bringen, insbesondere wenn Sie mit nassem Ausgangsmaterial arbeiten.
- Sammeln und stapeln Sie eine ausreichende Menge an Rohstoffen, um den Ofen zu beschicken. Schneiden Sie das gesamte Ausgangsmaterial auf eine Länge, die kürzer als die maximale Abmessung des Ofens ist, damit es leicht hineinpasst.
3. Gefahrenminderung
- Erkundigen Sie sich vor der Zündung bei den örtlichen Brand- und Luftqualitätsbehörden, ob die Brandgefahr für eine Entzündung nicht zu hoch ist und dass die Luftqualitätsvorschriften keine Auswirkungen auf die Verbrennungspläne haben. Informieren Sie die örtlichen Feuerwehrbehörden vor der Zündung über die Pläne.
- Bauen Sie vor der Zündung eine Feuerlinie (1 Fuß breite Spur, die bis zum Mineralboden abgekratzt ist) vollständig um den Ofen herum, um zu verhindern, dass ein Feuer wegkriecht. Stellen Sie sicher, dass ein geladener Schlauch an eine ausreichende Wasserversorgung angeschlossen ist, abhängig von der aktuellen Brandgefahr, um das Feuer zu kontrollieren, bevor Sie den Ofen entzünden.
4. Lade- und Anzündofen
- Beladen Sie den Ofen nach dem Zufallsprinzip mit dem Minibagger mit Rohstoffen. Die Größe/Reihenfolge der Zugabe der Rohstoffe spielt keine Rolle. Siehe Abbildung 5 für ein Bild eines beladenen Ofens.
- Stapeln Sie eine Schicht Brennstoffe mit kleinerem Durchmesser (Ausgangsmaterial) auf den Ofen, um eine schnelle Zündung zu unterstützen.
- Zünden Sie den Ofen nach dem Laden mit einer Tropffackel, einem Propanbrenner oder einer anderen Zündvorrichtung an, indem Sie zuerst die Oberseite des Ofens anzünden. Siehe Abbildung 6 für Bilder der Beleuchtung des Ofens und des Ofenbetriebs.
5. Ofenpflege
- Lassen Sie den Ofen abbrennen und fügen Sie Brennstoffe hinzu, wenn das Feuer es zulässt; Rechnen Sie mit einer kurzen Rauchentwicklung, nachdem Materialien in den Ofen gegeben wurden. Beachten Sie, dass sich die Flammenkappe bald neu bildet und die brennbaren Stoffe weiter verbraucht, wenn sie durch die Hitze-/Rauchsäule aufsteigen. Pflegen Sie den Ofen ähnlich wie ein Lagerfeuer; Wenn Sie zu viel Brennstoff auf einmal hinzufügen, erstickt das Feuer, aber zu wenig führt dazu, dass das Feuer erlischt. Siehe Abbildung 7 für ein Bild einer Flammenkappe.
- Überwachen Sie den Ofen und die umgebende Vegetation auf entwichene Funken oder Glut, die eine unerwünschte Entzündung verursachen können.
- Fahren Sie mit der Pflege / Beladung des Ofens auf diese Weise fort, bis der Ofen voll ist / das Ausgangsmaterial aufgebraucht ist / das Ende der Schicht erreicht ist.
6. Abschrecken
- Wenn der Ofen voll oder fast voll mit Kohlen ist und die brennende Verbrennung einer schwelenden oder glühenden Verbrennung weicht, löschen Sie, um die Verbrennung zu stoppen und die Kohlen zu erhalten. Abbildung 8 zeigt einen Ofen, der zum Abschrecken bereit ist.
- Verwenden Sie einen Schlauch mit einem Durchmesser von 3,8 cm (1,5 Zoll) und eine Wasserpumpe (in Verleihgeschäften oft als Volumenpumpe oder Müllpumpe bezeichnet) von einer Wasserquelle oder einem Wasserwagen, um den Ofen mit ca. 300 Gallonen Wasser abzuschrecken. Ertränken Sie die Kohlen; Fügen Sie weiter Wasser hinzu, bis sich die Kohlen in stehendem Wasser befinden, und rühren Sie mit dem Minibagger um, um trockene heiße Stellen und fortgesetzte Verbrennung zu beseitigen. Abbildung 9 zeigt das Abschrecken mit einem Schlauch.
- Sobald der Ofen vollständig abgeschreckt ist, öffnen Sie die Hundetür, um das Wasser abzulassen, wodurch der Ofen leichter wird, um die Biokohle auszukippen.
7. Trinkgeld
- Sobald der Ofen vollständig abgeschreckt und entleert ist, kippen Sie den Inhalt auf den Boden neben dem Ofen.
- Bereiten Sie zuerst den Bereich vor, indem Sie mit der Maschine eine Feuerlinie um den Raum bauen, in dem sich die Kohlen befinden werden, und kratzen Sie alle Brennstoffe, einschließlich Gras, Stöcke, Gestrüpp und Holzscheite, von diesem Raum ab.
- Verwenden Sie die Maschine und Ketten/Gurte, um den Ofen zur Maschine zu ziehen. Abbildung 10 zeigt, wie der Ofen vom Minibagger gekippt wird.
- Überwachen Sie den Ausleger/die Hydraulikschläuche/Armaturen des Minibaggers auf Wärmeeinwirkung; Legen Sie gelegentlich den Handrücken zuerst in die Nähe und schließlich auf diese Teile, um sicherzustellen, dass sie nicht zu heiß sind, um sie anzufassen. Wenn ja, lassen Sie sie sofort abkühlen.
8. Kaltes Schleppen
- Stellen Sie vor dem Verlassen des Geländes sicher, dass das Feuer gelöscht ist, indem Sie die Hände durch die gesamte Menge der produzierten Biokohle bewegen. Stellen Sie sicher, dass es sich absolut kühl anfühlt, um das Feuer zu löschen.
HINWEIS: Der BB12 wird mit Deckeln geliefert, die aus Sicherheitsgründen verwendet werden können; Wenn ein Notfall eintritt, wie z. B. ein ausgebrochenes Feuer oder eine Verletzung, können die Deckel auf den Ofen gelegt werden, um zu verhindern, dass Funken/Glut aus dem Ofen austreten, und der Bereich kann sicher evakuiert werden. Das Verfahren kann jederzeit abgebrochen werden. An Orten mit hoher Luftfeuchtigkeit, an denen die Brandgefahr im Allgemeinen gering ist, sind Deckel möglicherweise nicht erforderlich.
Representative Results
Von Oktober bis März pyrolysierten Big-Box-Öfen verschiedene Arten von Rohstoffen zu Biokohle (Tabelle 1). Je trockener und sauberer die Brennstoffe sind, desto produktiver sind die Öfen. Der Durchmesser der Brennstoffe ist weniger wichtig, die Öfen haben Stämme in voller Länge mit einem Durchmesser von mehr als 76 cm pyrolysiert; Wenn jedoch die Produktion von Pflanzenkohle der wichtigste Aspekt des Projekts ist, muss beachtet werden, dass die Befüllung der Öfen mit gleichmäßiger dimensioniertem Ausgangsmaterial die höchste Leistung an Pflanzenkohle erzielen kann. Die Öfen können so betrieben werden, dass die Biokohleproduktion maximiert wird, oder sie können betrieben werden, um den Verbrauch gefährlicher Brennstoffe zu maximieren, oder sie können so betrieben werden, dass sie sich auf einen beliebigen Punkt entlang des Kontinuums zwischen diesen etwas entgegengesetzten Zielen konzentrieren.
Die Deckel sind schwer und scharf und dürfen nicht alleine angefasst werden. Abbildung 11 zeigt, wie der Deckel von zwei Personen bewegt wird. Am besten ist es, wenn 2-3 Personen den Ofen pflegen; einer bedient die Maschine, die anderen halten Ausschau nach entwichenen Feuerstellen, schneiden mit einer Kettensäge, die zu lang ist, um in den Ofen zu gehen, und sammeln kleine Stücke brennenden Materials auf, die möglicherweise aus dem Ofen gefallen sind.
Die Kufen am Boden des Ofens ermöglichen es, ihn über kurze Strecken zu ziehen. Die Öfen können mindestens eine Viertelmeile auf unbefestigten Straßen und über den Boden gezogen werden. Abbildung 12 zeigt den Ofen, der geschleppt wird. Wenn der letzte Teil eines Rohstoffhaufens in den Ofen gelegt wird, ist es effizienter, den Ofen während des Betriebs mit einem Pickup und Gurten zwischen den Stapeln zu ziehen, anstatt die Charge abzuschließen und einen teilweise vollen Ofen abzuschrecken. In der Nähe des Ofenbodens befinden sich Ösen, um Gurte oder Ketten zum Ziehen zu befestigen. Sobald sie an einem frischen Haufen angekommen sind, können die Bediener den Ofen gemäß den Anweisungen weiter beladen.
In der Regel wird es Stämme geben, die nicht vollständig zu Pflanzenkohle pyrolysieren, die dem nächsten Ofenbrand zugesetzt werden kann oder als grober Holzabteil im Wald ausgestreut werden kann, was ökologische Vorteile bietet oder für Hügelkultur-Anwendungen verwendet werden kann (Holz wird aufgeschüttet und vergraben, um ein Hochbeet zu schaffen). Abbildung 13 zeigt unvollständig pyrolysierte Protokolle, manchmal auch Knochen genannt.
Abbildung 1: Im Inneren des leeren Ofens. In einem leeren Ofen; Beachten Sie das Fehlen von Luftspalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Öffnen Sie die Hundetür. Die Hundetür wird teilweise geöffnet und nach Abschluss des Abschreckens fließt Wasser aus dem Ofen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Spalt zwischen den Wänden. Der Spalt zwischen den Wänden des Ofens, der keine versiegelten Hohlräume aufweist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Ofen für den Transport gesichert. Umreifung und Anhänger werden verwendet, um den Ofen sicher zu transportieren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Beladung des Ofens. Der Ofen wird mit russischem Olivenholz bestückt, was die Lademethode und die mangelnde Organisation innerhalb des Ofens demonstriert. Ein Beispiel für einen Ofen, der mit leichten Rohstoffen beladen ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Anzündofen. Der Bediener verwendet eine Tropffackel, um einen beladenen Ofen zu beleuchten. Ein Beispiel für einen Ofen, der mit schweren Materialien beladen ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 7: Flammenkappe. Flammenkappe bildete sich über der Oberseite des Ofens, sehr wenig sichtbarer Rauch kam aus dem Ofen; Freie Sicht auf die Landschaft im Hintergrund. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 8: Bereit zum Abschrecken. Ein fast voller Ofen, der von flammender Verbrennung zu glühender Verbrennung wechselt; der Punkt, an dem das Quench beginnt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 9: Abschrecken. Ein Feuerwehrschlauch wird verwendet, um etwa 1.100 Liter Wasser auf die Kohlen im Ofen zu gießen, um die Verbrennung zu stoppen und die Verkohlung zu erhalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 10: Trinkgeld. Ein Minibagger wird verwendet, um einen BB16 Big Box-Biokohleofen zu kippen, um die Kohle zu entleeren und eine neue Charge zu starten. Beachten Sie einen zweiten Ofen, der im Hintergrund arbeitet; Eine Maschine kann mehrere Öfen gleichzeitig betreiben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 11: Deckel. Zwei Bediener mit schweren Lederhandschuhen arbeiten zusammen, um einen Deckel auf den Ofen zu legen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 12: Abschleppen. Gurte werden verwendet, um den (noch brennenden) Ofen von den unteren Ösen an einem Pickup-Truck zu befestigen und die Droge über eine unbefestigte Straße zum nächsten Haufen Rohmaterial zu bringen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 13: Knochen. Unvollständig pyrolysiertes Material, sogenannte Knochen, aus der vorherigen Charge wird in einen Ofen gegeben, bevor eine neue Charge gestartet wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Big-Box-Öfen in | Pyrolyse von | Pflanzenkohle | |
| Logan Ranger District des Uinta-Wasatch-Cache National Forest im November | 22.000 kg | Wacholder | 14 Kubikmeter |
| Moab, Utah im Januar | 1.200 kg | Russischer Olivenrohstoff | 8 Kubikmeter |
| Mill Hollow im Uinta-Wsatch-Cache National Forest im November | 25.000 kg | Engelmann-Fichte und subalpine Tanne mit großem Durchmesser | 16 Kubikmeter |
| In der Nähe von Dillon, Montana, im Oktober | 10.000 kg | Douglasie als Rohstoff | 10 Kubikmeter |
| Pine Valley Ranch, Utah, im März | 24.000 kg | Zitterespe, subalpine Tanne, Engelmann-Fichte | 14 Kubikmeter |
Tabelle 1: Pyrolyse verschiedener Rohstoffe durch Big-Box-Öfen.
Discussion
In der Regel wird ein Teil der auf dem Gelände produzierten Pflanzenkohle von den Workshop-Teilnehmern in Eimern oder Säcken gesammelt und in Gärten oder landwirtschaftlichen Projekten der Menschen ausgebracht. Biokohle ist bröckelig und kann in kleine Stücke gebrochen werden, um sie leichter in den Boden einzuarbeiten, indem man mit einem Fahrzeug darüber fährt, mit einer harten Oberfläche darunter tritt oder sie mit der Schaufel des Minibaggers zerdrückt. Dieses Material kann auch als Holzkohle bezeichnet werden und wurde für das Kochen von Holzkohle im Freien gesammelt, was möglicherweise ein lokal bezogenes Material darstellt, um die kulinarischen Merkmale einer Mahlzeit zu ergänzen.
Vergleicht man Big-Box-Biokohleöfen mit Flammenkappe mit anderen Produktionsmethoden für Biokohle12, so können mobile Karbonisierer 63.502 kg pro Tag (70 Tonnen) verarbeiten, verglichen mit 12.500 kg pro Tag mit einem Big-Box-Ofen. Die Kosten für mobile Karbonisierer sind viel höher als für einen Big-Box-Ofen, beginnend bei 500.000 US-Dollar in der Anschaffung, im Gegensatz zu weniger als 10.000 US-Dollar für die Herstellung eines Big-Box-Ofens. Obwohl ein einzelner Big-Box-Ofen nur 20 % des Materials verarbeiten kann, das ein mobiler Karbonisierer verarbeiten kann, kostet er nur 2 % des Kaufpreises eines mobilen Karbonisierers.
Beheizte Schneckenöfen können beispielsweise bis zu 5.443 kg Biomasse pro Tag verarbeiten, was viel weniger ist als die Kapazität von Big Box-Öfen von 12.500 kg pro Tag. Darüber hinaus können die Kosten für die Vorverarbeitung (Zerspanung) des Materials höher sein als die eigentliche Pyrolyse des Materials. Darüber hinaus tolerieren raffinierte Maschinen wie die beheizte Schnecke keine verschmutzten Rohstoffe, die in Forstbetrieben üblich sind. eine Schaufel voll Erde kann einen Schneckenofen abschalten, während ein Big-Box-Ofen mehrere Schaufeln Erde tolerieren kann, ohne den Betrieb wesentlich zu beeinträchtigen. Schließlich können die Kosten für einen Schneckenofen leicht das 10-fache eines Big-Box-Ofens betragen.
Der erste gebaute Big-Box-Ofen wird als BB16 bezeichnet, da er 4,9 m (16 ft) lang und 2,4 m (8 ft) breit ist und eine einwandige Konstruktion ist. Er war ursprünglich 1,8 m hoch und fast 1.360 kg (3.000 lbs.), was einen größeren Bagger, einen qualifizierten Bediener und einen Tieflader erforderte, was zu Terminproblemen führte. Dieser Ansatz war überdimensioniert, um die typischen Brennstofflasten in Utah zu bewältigen, und mit einer Höhe von 1,8 m war es sehr schwierig, Licht zu bekommen oder zu sehen, was unten im Ofen vor sich ging. Um diese Probleme anzugehen, diesen Ansatz besser auf die Brennstofflasten in Utah zu skalieren und ihn für den durchschnittlichen Forstwirt zugänglicher zu machen, wurde die Höhe auf 1,2 m (4 Fuß) Höhe reduziert. Das macht es einfacher, hineinzusehen und zu zünden. Es reduzierte es auch auf 1.043 kg (2.300 lbs.), was es überschaubar machte, es mit einem besser verfügbaren Pickup und Anhänger zu transportieren und mit einem Minibagger zu bewegen und zu betreiben, der keine Vorkenntnisse erfordert und in den meisten Ausrüstungsverleihgeschäften gemietet werden kann.
Der zweite von der UBRG gebaute Ofen ist eine doppelwandige Konstruktion, die einen besseren Hitzeschutz für die Bediener und Geräte in der Nähe des Ofens und eine gleichmäßigere Erwärmung im Inneren des Ofens13 ermöglicht. Ein Teil dieser Modifikation bestand darin, von 12-Gauge-Stahl auf 14-Gauge-Stahl umzusteigen, der dünner und leichter ist. Die UBRG hat Dutzende von Verbrennungen in diesen Öfen durchgeführt, und obwohl sie sich stellenweise ein wenig verbiegen, zeigen sie noch keine offensichtlichen Anzeichen einer hitzebedingten Metallermüdung. Sicherlich wird es wahrscheinlich zusätzliches Lernen geben, und es gibt viel Raum für weitere Innovationen.
Der doppelwandige BB12 ist das Design, das die meiste Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat und vielleicht das zugänglichste/praktischste für Kraftstoffe im Intermountain West ist. Größere Öfen sind für mehr/größere Brennstoffe besser geeignet, wie z. B. im Nordwesten der USA. Diese Methode hat sich bis zu einem 4,9 m (16 Fuß langen Ofen) bewährt. Bisher wurden Big Box-Öfen von anderen Parteien in Utah, Colorado, Montana, Texas und New York gebaut.
Die Öfen können betrieben werden, um die Biokohleproduktion zu maximieren oder die Reduzierung gefährlicher Brennstoffe zu maximieren, oder irgendwo dazwischen. Wenn die Reduzierung gefährlicher Brennstoffe das Hauptziel ist, können die Öfen nur dann nach dem Zufallsprinzip beladen und abgeschreckt werden, wenn der Ofen voller Kohlen ist. Wenn die Brandgefahr in der Umgebung gering ist, z. B. wenn der Boden mit mehreren Zentimetern Schnee bedeckt ist, können die Öfen am Abend vor Schichtende mit Brennstoffen überhäuft und die ganze Nacht brennen gelassen werden. So verbrauchen Sie Brennstoffe in einem kontrollierten Raum. Wenn die Produktion von Pflanzenkohle das Hauptziel ist, können die Rohstoffe in gleiche Größen sortiert und die Öfen mit Material ähnlicher Größenklasse beladen und häufig abgeschreckt werden, um die Kohlen zu erhalten. Typischerweise ist es eine Mischung aus diesen gegensätzlichen Zielen und die Öfen werden zwischen diesen beiden Extremen betrieben. Die Art des Ausgangsmaterials ist weniger wichtig, es sei denn, eine Pflanzenkohle mit bestimmten Eigenschaften ist das Ziel.
Aus diesen Öfen tritt eine begrenzte Menge Rauch aus; Die Idee ist, dass die Flammenkappe die brennbaren Stoffe verbraucht, wenn sie durch die Wärmesäule aufsteigen. In den Jahren 2019 und 2020 brachte der Koordinator des Rauchmanagementsystems von Utah, Paul Corrigan, seine Emissionsprüfgeräte zu Big Box-Biokohleofenvorführungen in der Nähe von Logan im Norden von Utah und Moab im Süden von Utah. In beiden Fällen verzeichnete die Ausrüstung keinen Anstieg der Emissionen aus den Öfen, da die Flammenkappe die Brennstoffe verbraucht, wenn sie durch die Wärmesäule aufsteigen. Im April 2023 führt das Emissionstestteam des USDA Forest Service Fire Lab Emissionstests an den Öfen in Tooele, Utah, durch; Diese Ergebnisse liegen noch nicht vor.
Die Arbeiter, die den Ofen pflegen, benötigen Handwerkzeuge zur Brandbekämpfung wie Schaufeln, Rechen, Pulaskis und Kettensägen. Zu den Best Practices gehört, dass alle anwesenden Personen Sicherheitsausrüstung wie Lederhandschuhe, Augenschutz, feuerfeste Kleidung oder zumindest Naturfaserkleidung tragen; synthetische Kleidung muss vermieden werden. Schutzhelme und Lederstiefel, lange Ärmel und Hosen tragen zum Schutz der Bediener bei.
Notfallkommunikation; Notfallplanung: Der Standort (oft entfernt) des Einsatzes muss zusätzlich zu der Möglichkeit eines Notfalls und dem damit verbundenen Kommunikationsbedarf berücksichtigt werden. Es ist wichtig zu wissen, wo der lokale Handyempfang am besten funktioniert. Ein Satellitentelefon oder eine Notrufbake wie Garmin InReach wäre sehr zu empfehlen. Es ist wichtig, nicht alleine zu arbeiten.
Im Falle eines entwichenen Glut-/Punktbrandes muss der Deckel auf den Ofen gelegt werden, um zu verhindern, dass weitere Funken aus dem Ofen austreten. Die Maschinen müssen verwendet werden, um schnell eine Feuerlinie um das Feuer zu graben, und die brennenden Brennstoffe müssen von den unverbrannten Brennstoffen getrennt werden. Zum Löschen des Feuers muss die Wasserquelle verwendet werden. Wenn die Löschung nicht sofort erfolgen kann, rufen Sie 911 an.
Biokohle aus Big Box-Öfen wurde von Control Laboratories in Watsonville, Kalifornien, unter Verwendung des Labortests für das Zertifizierungsprogramm der International Biochar Initiative (IBI) charakterisiert, und die Ergebnisse zeigen 85 % organischen Kohlenstoff und 8 % Asche; Dies sind die Eigenschaften einer mäßig hochwertigen Pflanzenkohle. Die Mitarbeiter experimentieren mit dem Hinzufügen von Abrolluntersetzern am Boden, ähnlich wie bei großen Müllcontainern, sowie mit einer Tür, die eine der Stirnwände ist, um die Entfernung der fertigen Biokohle zu erleichtern. Es bleibt abzuwarten, ob diese Funktionen auch nach extremer Hitzeeinwirkung funktionsfähig bleiben.
Disclosures
Der Autor hat keinen Interessenkonflikt zu erklären.
Acknowledgments
Ich möchte Kelpie Wilson von Wilson Biochar, dem Utah Bureau of Land Management, dem USDA Forest Service, der Utah Division of Forestry, Fire and State Lands, dem Utah Public Lands Initiative Grant Program, dem Utah State University Extension Grant Program, Brandon Barron von Burns, OR, ANR Fabrication of Logan, Utah, und der U.S. Biochar Initiative danken.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Big Box biochar kiln | ANR Fabrication | BB12 | Phone: 435-753-0310 |
| Chainsaw | Ace Hardware | #7000565 | Or similar |
| Drip torch | Forestry Suppliers | 7.58182E+11 | Fill with: 30% gasoline, 70% diesel (or propane torch) |
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| Honda self priming water pump | Northern Tool | Item# 109418 | Or similar |
| lighter / matches | Amazon | ||
| Log chains | Tractor Supply Co. | SKU: 358788199 | Or similar; for moving/lifting kiln |
| Mini-excavator with thumb | Local rental company | Must have a bucket with thumb | |
| Pulaski | Grainger | 485C27 | Or similar |
| Rachet straps | US Cargo Control | 3,000 lbs strength per | |
| Rags / cardboard | Grainger | 9JZ92 | To protect straps from abrasion while transporting kiln |
| Rake | Grainger | 1WG30 | Or similar |
| Shovel | Grainger | 12N166 | Or similar |
| Truck / trailer | Own/rent locally | For transporting kiln | |
| Water discharge hoses | Grainger | 45DT92 | |
| Water: 300 gallons per quench | Plus more for fire control | ||
| Personal Protective Equipment | |||
| Chainsaw chaps | Global industrial | T9FB2019133 | Or similar |
| Ear protection | Global industrial | T9F708377 | Or similar |
| Eye protection | Global industrial | T9F708119CLAF | Or similar |
| Fire pants | Grainger | 12R487 | Or similar |
| Fire shirt | Grainger | 39EM96 | Or similar |
| Hard hat | Global industrial | T9FB2278977 | Or similar |
| Leather gloves | Global industrial | T9FB1145414 | Or similar |
| Smokejumper fire boots | Whites Boots | Or similar |
References
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- Wollstein, K., O'Connor, C., Gear, J., Hoagland, R. Minimize the bad days: Wildland fire response and suppression success. Rangelands. 44 (3), 187-193 (2022).
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