Summary
UBRG(Utah Biomass Resources Group)는 목재 내 바이오 숯 생산을 허용하는 Big Box 가마라고 하는 금속 상자를 사용하여 유해 연료 감소 및 바이오 숯 생산에 대한 혁신적인 접근 방식으로 간단한 바이오 숯 가마를 확장했습니다. 이 기사에서는 Big Box 바이오 숯 가마 작동 및 모범 사례.
Abstract
빅 박스 바이오 숯 가마는 움직이는 부품이 없는 간단한 금속 상자에서 숲 내 바이오 숯을 생산할 수 있는 개방형 더미 연소의 대안입니다. 이 접근 방식은 수세기 동안 숯 제조업체가 사용했지만 현대적이고 기계화된 접근 방식을 사용하는 기술을 기반으로 합니다. 미니 굴삭기 또는 기타 기계는 가마를 싣고, 손질하고, 비우는 데 사용됩니다. 이 기사에서는 Big Box 바이오 숯 가마 자신의 Big Box 바이오 숯 가마 프로그램을 개발하는 초보자를 위한 설계, 운송, 배치, 적재, 조명, 담금질 및 덤핑 절차를 포함한 모범 사례.
바이오 숯 생산에는 저산소 연소 환경이 필요하며 Big Box 가마는 화염 캡(화염 커튼이라고도 함) 방법을 사용하여 제한된 연기 생성으로 재료를 연소합니다. 이 가마는 적절한 등급의 트레일러를 사용하여 현장으로 쉽게 옮길 수 있도록 설계되었습니다. 미니 굴삭기 또는 기타 기계는 가마를 싣고, 손질하고, 비우는 데 사용됩니다. 저자는 사람들이 농장, 목장 또는 뒤뜰에서 내구성 있는 탄소를 격리할 수 있는 더 접근하기 쉬운 방법을 알지 못합니다. 이 기사에서는 Big Box 바이오 숯 가마 자신의 Big Box 바이오 숯 가마 프로그램을 개발하는 초보자를 위한 설계, 운송, 배치, 적재, 조명, 담금질 및 덤핑 절차를 포함한 모범 사례.
Introduction
유해 연료는 서부 전역의 황무지에서 큰 문제입니다1. 소방 관리자가 날씨를 통제하기 위해 할 수 있는 일이 거의 없기 때문에 연료를 통제하는 것이 최선의 선택입니다2. 이 방법의 목표는 경제적이고 실질적으로 접근 가능한 방식으로 바이오 숯을 생산하면서 폐목재를 줄이기 위한 새롭고 확장 가능한 도구를 제공하는 것입니다. 산림 관리원들은 전통적으로 벌목 및 연료 절감 프로젝트에서 나온 자재를 쌓고 태우지만, 지난 수십 년 동안 대기 질 제한과 더 길어진 화재 시즌으로 인해 노천 더미 연소가 훨씬 더 어려워졌습니다3. 더욱이, 노천 더미 연소는 과도한 열로 인해 토양에 잠재적인 장기적 손상을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다4. 이러한 모든 문제는 UBRG가 바이오 숯 생산을 위해 이 기술을 개발하는 이유를 제공합니다. UBRG는 유해 연료 감소에 대한 저비용, 높은 접근성 접근 방식을 제공하여 가치 있는 제품을 만들기 시작했습니다5. 연료를 공급 원료로 전환하고 저부가가치 목재에서 가치를 창출하려는 이러한 접근 방식은 도전 과제로 가득 차 있습니다. 이 접근법은 연소 또는 부패로 인해 손실되는 탄소의 일부를 보존하고 토양에서 반감기가 1,000년에 육박하는 내구성 있는 형태로 가공한다6; 이것은 대부분의 토양유기물의 체류 시간보다 10-1,000배 더 길다7.
Big Box 가마 설계 프로세스는 일본에서 시작된 기술의 다른 파생 제품을 검토하는 것으로 시작되었습니다. 2011년 이노우에 외8은 일본 Moki사에서 제조한 "무연 숯 가마 M50"에서 생산된 바이오 숯의 탄화 효율과 품질에 대해 보고했습니다. Biochar는 건조 질량 기준으로 13%에서 19.5% 사이의 변환 효율로 이 작은 원뿔 모양의 가마에서 생산되었습니다. 저자들은 숯의 고정 탄소 및 탄소 함량 값이 약 600°C의 온도에서 레토르트 방법으로 만든 숯의 값과 동일하다는 것을 발견했습니다.
빅 박스 모양은 켈피 윌슨(Kelpie Wilson)이 노스다코타 산림청(North Dakota Forest Service)의 탄화 대피소 나무 제거에 대한 타당성 조사에서 처음 제안했습니다. Wilson은 더 큰 크기의 재료를 처리하기 위한 화염 캡 가마로 수정된 강철 쓰레기 수거통을 사용할 것을 제안했습니다. Big Box 가마 설계에는 아래에 설명된 대로 내구성, 유용성 및 이동성에 도움이 되는 개념에 대한 몇 가지 개선 사항이 포함되어 있습니다. Wilson의 그림에는 이러한 목적을 위해 쓰레기통 및 오일 탱크와 같은 컨테이너의 용도를 변경하는 제안이 포함되어 있습니다. 그러나 용도가 변경된 재료는 일반적으로 페인트 칠하거나 아연 도금되어 작업장 참가자를 공기 중의 유해한 화학 물질에 노출시킬 수 있습니다.
빅 박스 킬른의 배출량은 아직 보고되지 않았지만 Cornelissen et al.9 은 여러 유형의 Kon-Tiki 가마(깊은 원뿔 가마)에서 배출 테스트를 수행했으며 일반적으로 바이오매스 공급 원료의 개방 연소로 인한 배출량보다 배출량이 낮다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 다환 방향족 탄화수소(PAH)에 대해 생산된 바이오 숯을 테스트한 결과 PAH 수준이 토양에 대한 노르웨이의 최대 허용 위험(MTR) 수준보다 훨씬 낮다는 것을 발견했습니다. 오레곤 가마(얕은 피라미드 모양의 가마)의 수명 주기 분석은 화염 캡 가마의 숲 속 작동이 탄소 네거티브임을 보여주었고, 그 결과 토양10에서 대기 탄소의 순 격리가 발생했습니다.
Big Box 접근 방식의 한 가지 한계는 습식 공급 원료입니다. 이러한 가마에서 하루에 두 배치의 대구경 재료를 생산하는 것은 건조한 기후와 건조한 공급 원료에서 합리적인 기대치이지만, 습도와 연료 수분이 높은 장소에서는 하루에 한 배치가 더 합리적인 기대치입니다. 건조 공급 원료가 더 생산적입니다. 습식 공급 원료는 가마의 생산성을 제한합니다. 습한 날의 젖은 공급 원료는 잘 작동하지 않습니다. 직경이 10cm 미만인 습식 공급 원료는 직경이 큰 습식 공급 원료보다 더 완벽하게 열분해됩니다. 건조한 물질은 습하거나 눈이 오는 날씨에 쉽게 열분해될 수 있습니다. Big Box 가마는 직경이 0.76m(30인치) 이상이고 직경이 1cm 미만인 가마 길이의 마른 통나무를 성공적으로 열분해했습니다.
가마 작업은 대부분의 대기 질 규제 기관에서 노천 더미 연소와 같이 취급되며 유타에서는 3일 전에만 허가가 부여되기 때문에 특히 지역 사회 주변에서 대기 반전이 흔한 겨울철에 계획을 세우기가 어렵습니다. 바이오 숯 연소를 수행하는 비용은 단순히 더미를 태우는 것보다 훨씬 높기 때문에 이 접근 방식의 또 다른 한계가 있습니다. 이 기술은 열분해 전에 분쇄 및 치핑과 같은 공급 원료의 값비싼 전처리를 생략하는 규모로 바이오 숯 생산을 위한 최초의 발표된 저기술 방법입니다. 이 방법은 관리 가능한 조각 크기로 절단하는 것 이상으로 부서지거나 처리되지 않은 대부분의 목질 파편에 유용합니다. 이 방법은 풀, 옥수수 스토버 및 쌀 껍질과 같은 재료의 매트 또는 덩어리를 형성하는 작은 조각 크기의 공급 원료 또는 공급 원료에는 유용하지 않습니다.
가마 설계
BB12는 길이 3.7m(12피트), 너비 1.8m(6피트), 높이 1.2m(4피트)의 이중벽 가마로 14게이지 강철로 만들어졌습니다. 크기와 모양은 다양할 수 있습니다. 계획은 UBRG 웹 사이트11에서 사용할 수 있습니다. 상단을 제외하고는 가마에 공기가 허용되지 않습니다. 이는 열 컬럼을 통해 상승할 때 대부분의 가연성 물질을 소비하는 화염 캡을 개발하는 데 중요합니다. 가마의 내부 모서리에 대한 자세한 내용은 그림 1 을 참조하십시오. 예외는 그림 2 에 표시된 개 문이라고 하는 배수 포트인데, 이는 크기가 일반 개 문과 비슷하기 때문입니다. 손잡이가 있는 슬라이딩 금속 조각이 있어 가마를 작동할 때 아래로 밀어 닫을 수 있고 가마를 버릴 준비가 되면 들어 올릴 수 있습니다(주의: 뜨거움).
두 개의 벽은 에어 갭(12 )을 제공하기 위해 분리되어 있으며, 가마의 내부를 제외하고는 상단이 개방되어 있고 하단이 완전히 밀봉되어 있지 않습니다. 에어 갭과 벽 상단에 대한 자세한 내용은 그림 3 을 참조하십시오. 열 팽창 및 그로 인한 수축 중 문제를 방지하기 위해 밀폐된 공간을 피하십시오. 단벽 가마는 여전히 유해 연료를 줄이고 바이오 숯을 생산하는 데 효과적이지만 이중벽 가마를 사용하면 장비와 작업자가 열 노출을 줄이면서 가까이 다가갈 수 있습니다. 바이오 숯 생산이 가장 중요한 목표라면 이중벽 가마가 더 효과적일 수 있습니다. 유해 연료 감소가 주요 목표이고 바이오 숯이 부차적인 목표라면 단일 벽 가마가 적절할 수 있습니다.
Protocol
1. 현장까지의 교통편
- 포크 포켓을 사용하여 미니 굴삭기(엄지손가락 포함)와 체인 또는 4 x 4 지게차를 사용하여 운송을 위해 BB12를 트레일러에 싣습니다.
알림: 미니 굴삭기에 대한 모든 추가 참조는 버킷과 함께 작동 가능한 엄지손가락이 있다고 가정합니다. - 각각 1,361kg(3,000lbs.) 이상의 파괴 강도를 가진 래칫 스트랩으로 가마를 트레일러에 고정합니다. 예를 보려면 그림 4 를 참조하십시오.
- 미니 굴삭기 또는 지게차를 사용하여 가마를 내리거나 나무/차량에 묶고 운전하여 땅에 떨어뜨릴 수 있습니다. 현장에 도착하면 픽업 트럭과 스트랩을 사용하여 스키드에 있는 가마를 바닥에 드래그합니다.
2. 현장 준비
- BB12를 나무 더미에 상당히 가까운 비교적 평평한 표면(경사 < 10%)에 놓고 경사면에 있는 경우 개 도어 배수 패널이 내리막 쪽에 있는지 확인합니다.
알림: 작동 중에는 도그 도어 배수 패널을 닫아 두십시오. - 모든 목본 종이 될 수있는 공급 원료를 선택하십시오. 특히 습식 공급 원료로 작업할 때 가마를 가동하기 위해 작고 건조한 재료를 사용하십시오.
- 가마에 공급할 적절한 양의 공급 원료를 모으고 쌓습니다. 모든 공급 원료를 가마의 최대 치수보다 짧은 길이로 절단하여 쉽게 들어갈 수 있도록 합니다.
3. 위험 감소
- 점화하기 전에 지역 화재 및 대기질 당국에 문의하여 화재 위험이 발화하기에 너무 높지 않은지, 공기질 규정이 연소 계획에 영향을 미치지 않는지 확인하십시오. 점화 전에 지역 소방 당국에 계획을 알리십시오.
- 점화하기 전에 불이 서서히 꺼지는 것을 방지하기 위해 가마 주변에 방화선(광물 토양으로 긁어낸 1피트 너비의 흔적)을 완전히 구축하십시오. 가마에 불을 붙이기 전에 화재 통제를 위해 현재 화재 위험에 따라 적절한 물 공급 장치에 충전된 호스가 연결되어 있는지 확인하십시오.
4. 적재 및 조명 가마
- 미니 굴삭기를 사용하여 가마에 공급 원료를 무작위로 적재하십시오. 공급 원료를 추가하는 크기/순서는 중요하지 않습니다. 장전된 가마의 이미지는 그림 5 를 참조하십시오.
- 빠른 점화를 돕기 위해 가마 위에 직경이 작은 연료(공급 원료) 층을 쌓습니다.
- 장전이 완료되면 먼저 가마 상단에 불을 붙여 드립 토치, 프로판 토치 또는 기타 점화 장치로 가마에 불을 붙입니다. 그림 6 에서 가마 및 가마 작업 조명 이미지를 참조하십시오.
5. 가마 가마 가마
- 가마를 태우고 불이 허용하는 대로 연료를 추가하십시오. 재료가 가마에 추가된 후 짧은 기간 동안 연기가 발생할 것으로 예상됩니다. 화염 캡이 곧 재형성되어 열/연기 기둥을 통해 상승할 때 가연성 물질을 계속 소비하는 것을 관찰하십시오. 모닥불처럼 가마를 가꾸십시오. 한 번에 너무 많은 연료를 추가하면 불이 꺼지지만 너무 적으면 불이 꺼집니다. 플레임 캡의 이미지는 그림 7 을 참조하십시오.
- 원치 않는 발화를 유발할 수 있는 탈출한 스파크나 불씨가 있는지 가마와 주변 초목을 모니터링하십시오.
- 가마가 가득 찰 때까지/공급 원료가 고갈될 때까지/교대 근무가 끝날 때까지 이 방법으로 가마를 계속 텐딩/적재합니다.
6. 담금질
- 가마에 석탄이 가득 차거나 거의 가득 차고 불타는 연소가 연기가 나거나 빛나는 연소로 바뀌면 연소를 중지하고 석탄을 보존하기 위해 담금질하십시오. 그림 8 은 담금질 준비가 된 가마를 보여줍니다.
- 수원 또는 물 트럭에서 직경 3.8cm(1.5인치)의 호스와 워터 펌프(렌탈 상점에서는 종종 볼륨 펌프 또는 쓰레기 펌프라고 함)를 사용하여 약 300갤런의 물을 사용하여 가마를 담금질합니다. 석탄을 익사시키십시오. 석탄이 고인 물에 들어갈 때까지 물을 계속 추가하고 미니 굴삭기를 사용하여 저어 건조한 핫스팟과 계속 연소를 제거합니다. 그림 9 는 호스를 사용한 담금질을 보여줍니다.
- 가마가 완전히 담금질되면 개 문을 열어 물을 빼내면 가마가 더 가벼워져 바이오 숯을 꺼낼 수 있습니다.
7. 팁 주기
- 가마가 완전히 담금질되고 배수되면 내용물을 가마에 인접한 땅에 버리십시오.
- 먼저 기계를 사용하여 석탄이 있을 공간 주위에 방화선을 구축하여 해당 지역을 준비하고 이 공간에서 풀, 나뭇가지, 덤불 및 통나무를 포함한 모든 연료를 긁어냅니다.
- 기계와 체인/스트랩을 사용하여 가마를 기계 쪽으로 당깁니다. 그림 10 은 미니 굴삭기에 의해 가마가 기울어지는 것을 보여줍니다.
- 미니 굴삭기의 붐/유압 호스/피팅에 열 노출이 있는지 모니터링합니다. 때때로 손등을 먼저 이 부분에 가까이 놓고 결국 이 부분에 올려 만질 수 없을 정도로 뜨겁지 않도록 합니다. 그렇다면 즉시 식히십시오.
8. 콜드 트레일링
- 현장을 떠나기 전에 생산된 전체 양의 바이오 숯을 손으로 움직여 화재가 진압되었는지 확인하십시오. 불을 끄기 위해 만졌을 때 완전히 식었는지 확인하십시오.
알림: BB12에는 안전을 위해 사용할 수 있는 뚜껑이 함께 제공됩니다. 화재나 부상 등 비상 사태가 발생하면 가마에 뚜껑을 놓아 스파크/불씨가 가마에서 빠져나가는 것을 방지하고 해당 지역을 안전하게 대피시킬 수 있습니다. 절차는 언제든지 중단될 수 있습니다. 일반적으로 화재 위험이 낮은 습도가 높은 장소에서는 뚜껑이 필요하지 않을 수 있습니다.
Representative Results
10월부터 3월까지 Big Box 가마는 다양한 유형의 공급 원료를 바이오 숯으로 열분해했습니다(표 1). 연료가 건조하고 깨끗할수록 가마의 생산성이 높아집니다. 연료의 직경은 덜 중요하며 가마에는 직경 76cm 이상의 전체 길이 통나무가 열분해되었습니다. 그러나 바이오 숯 생산이 프로젝트의 가장 중요한 측면이라면 보다 일관된 크기의 공급 원료로 가마를 채우면 바이오 숯의 가장 높은 생산량을 얻을 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 가마는 바이오 숯 생산을 극대화하는 방식으로 작동하거나 위험한 연료 소비를 극대화하도록 작동하거나 이러한 다소 상반된 목표 사이의 연속체를 따라 모든 지점에 초점을 맞추도록 작동할 수 있습니다.
뚜껑은 무겁고 날카로우므로 단독으로 다루어서는 안 됩니다. 그림 11 은 두 사람이 뚜껑을 움직이는 것을 보여줍니다. 가마를 돌보는 사람은 2-3 명이 가장 좋습니다. 한 명은 기계를 작동시키고, 다른 한 명은 화재가 발생하지 않도록 감시하며, 가마에 들어가기에는 너무 긴 전기톱으로 재료를 자르고, 가마에서 떨어졌을 수 있는 작은 연소 재료 조각을 줍습니다.
가마 바닥의 스키드를 통해 짧은 거리를 끌 수 있습니다. 가마는 비포장 도로와 땅 위로 최소 1/4 마일을 끌 수 있습니다. 그림 12 는 견인되는 가마를 보여줍니다. 공급 원료 말뚝의 마지막 부분을 가마에 넣을 때 배치를 완료하고 부분적으로 가득 찬 가마를 담금질하는 대신 픽업 트럭과 스트랩을 사용하여 작동하는 동안 말뚝 사이로 가마를 끄는 것이 더 효율적입니다. 가마 바닥 근처에는 끌기 위한 끈이나 체인을 부착할 수 있는 구멍이 있습니다. 그런 다음 새 더미에 도달하면 작업자는 지시에 따라 가마를 계속 적재할 수 있습니다.
일반적으로 다음 가마 화상에 추가할 수 있는 바이오 숯으로 완전히 열분해되지 않거나 생태학적 이점을 제공하거나 Hügelkultur 응용 분야에 사용할 수 있는 거친 우디 파편으로 숲에 퍼질 수 있는 통나무가 있습니다(목재는 높이 솟은 정원 침대를 만들기 위해 마운드되고 묻힙니다). 그림 13 은 뼈라고도 하는 불완전하게 열분해된 통나무를 보여줍니다.
그림 1: 빈 가마 내부. 텅 빈 가마 안에; 에어 갭이 없음에 유의하십시오. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 개 문을 엽니다. 개 문이 부분적으로 열리고 담금질이 완료된 후 가마에서 물이 흘러 나옵니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 벽 사이의 간격. 가마 벽 사이의 틈은 밀봉된 구멍이 없음을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 운송을 위해 고정된 가마. 달아서 및 트레일러는 가마를 안전하게 운반하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 가마 적재. 가마에는 러시아산 올리브 나무가 적재되어 있어 적재 방법과 가마 내부의 조직 부족을 보여줍니다. 가벼운 공급 원료가 적재된 가마의 예. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 조명 가마. 작업자는 드립 토치를 사용하여 적재된 가마를 상부에 조명을 비추고 있습니다. 무거운 자재를 적재한 가마의 예. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 플레임 캡. 가마 꼭대기에 화염 뚜껑이 형성되어 가마에서 나오는 연기가 거의 보이지 않습니다. 배경의 풍경을 깨끗하게보기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 담금질 준비 완료. 불타는 연소에서 빛나는 연소로 전환되는 거의 완전한 가마; 담금질이 시작되는 지점입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9: 담금질. 연소를 막고 숯을 보존하기 위해 소방 호스를 사용하여 가마의 석탄에 약 1,100리터의 물을 붓고 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 10: 팁 미니 굴삭기는 BB16 Big Box 바이오 숯 가마를 기울여 숯을 비우고 다른 배치를 시작하는 데 사용됩니다. 배경에서 작동하는 두 번째 가마에 주목하십시오. 하나의 기계로 여러 가마를 동시에 작동할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 11: 뚜껑. 두꺼운 가죽 장갑을 낀 두 명의 작업자가 함께 가마에 뚜껑을 씌웁니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 12: 견인. 스트랩은 아래쪽 구멍에서 픽업 트럭에 (여전히 불타고 있는) 가마를 부착하고 비포장 도로를 통해 다음 공급 원료 더미로 약물을 부착하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 13: 뼈. 이전 배치에서 뼈라고 하는 불완전하게 열분해된 재료는 새 배치가 시작되기 전에 가마에 추가됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 큰 상자 가마 | 열분해 | 바이오 숯 | |
| 11월의 유인타-와사치-캐시 국유림(Uinta-Wasatch-Cache National Forest)의 로건 레인저 지구(Logan Ranger District) | 22,000 킬로그램 | 노간주나무 | 14 입방 미터 |
| 모압, 유타 주 1월 | 1,200 킬로그램 | 러시아 올리브 공급 원료 | 8 입방 미터 |
| 11월의 유인타-와치-캐시 국유림(Uinta-Wsatch-Cache National Forest)의 밀 할로우(Mill Hollow) | 25,000 킬로그램 | 대구경 엥겔만 가문비나무와 아고산 전나무 | 16 입방 미터 |
| 10월 몬태나주 딜런 근처에서 | 10,000 킬로그램 | 더글러스 전나무 공급 원료 | 10 입방 미터 |
| 파인밸리 랜치, 유타주, 3월 | 24,000 킬로그램 | 흔들리는 사시나무, 아고산 전나무, 엥겔만 가문비나무 공급 원료 | 14 입방 미터 |
표 1: Big Box 가마에 의한 다양한 공급 원료의 열분해.
Discussion
일반적으로 현장에서 생산되는 바이오 숯의 일부는 작업장 참가자가 양동이나 가방에 수집하여 사람들의 정원이나 농업 프로젝트에 적용합니다. Biochar는 부서지기 쉽고 차량으로 운전하거나 아래의 단단한 표면으로 밟거나 미니 굴삭기의 양동이로 으깨서 토양에 더 쉽게 통합되도록 작은 조각으로 나눌 수 있습니다. 이 재료는 숯이라고도 하며 야외 숯 요리를 위해 수집되어 식사의 요리 기능에 추가할 수 있는 현지 조달 재료를 제공할 수 있습니다.
Big Box 화염 캡 바이오 숯 가마를 다른 바이오 숯 생산 방법12와 비교하면 이동식 탄화기는 하루 63,502kg(70톤)을 처리할 수 있는 반면 Big Box 가마는 하루 12,500kg을 처리할 수 있습니다. 이동식 탄화기의 비용은 Big Box 가마를 제조하는 데 $10,000 미만인 것과 달리 구입하는 데 $500,000부터 시작하여 Big Box 가마보다 훨씬 높습니다. 단일 Big Box 가마는 이동식 탄화기가 처리할 수 있는 재료의 20%만 처리할 수 있지만 비용은 이동식 탄화기 구매 가격의 2%에 불과합니다.
가열된 오거 가마는 또 다른 예로 하루에 최대 5,443kg의 바이오매스를 처리할 수 있으며, 이는 Big Box 가마의 하루 용량 12,500kg보다 훨씬 적습니다. 또한 재료를 전처리(치핑)하는 비용은 실제로 재료를 열분해하는 것보다 더 클 수 있습니다. 또한 가열된 오거와 같은 정제된 기계는 임업 작업에서 흔히 볼 수 있는 오염된 공급 원료를 용납하지 않습니다. 한 삽의 흙은 오거 가마를 멈출 수 있는 반면 Big Box 가마는 작업에 큰 영향을 미치지 않고 여러 삽의 흙을 견딜 수 있습니다. 마지막으로, 오거 가마의 비용은 Big Box 가마의 10배가 될 수 있습니다.
건설된 최초의 빅 박스 가마는 길이 4.9m(16피트), 너비 2.4m(8피트)의 단일 벽 구조로 BB16이라고 합니다. 원래 높이는 1.8m(6피트)이고 무게는 1,360kg(3,000파운드)에 가까웠기 때문에 더 큰 굴삭기, 자격을 갖춘 운전자 및 낮은 트레일러가 필요했기 때문에 일정이 까다로웠습니다. 이 접근 방식은 일반적인 유타 연료 부하를 처리하기에는 너무 컸으며 높이가 1.8m(6피트)로 가마 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 조명을 켜거나 확인하기가 매우 어려웠습니다. 이러한 문제를 해결하고, 유타 연료 부하에 대한 이 접근 방식을 더 잘 확장하고, 일반 산림 관리자가 더 쉽게 접근할 수 있도록 높이를 1.2m(4피트) 높이로 줄였습니다. 이렇게 하면 내부를 더 쉽게 들여다보고 점화할 수 있습니다. 또한 무게를 1,043kg(2,300lbs)으로 줄여 더 많은 픽업 트럭과 트레일러로 운송하고 사전 경험이 필요하지 않고 대부분의 장비 대여점에서 대여할 수 있는 미니 굴삭기로 이동 및 작동할 수 있습니다.
UBRG에 의해 건설된 제2 킬른은 이중벽 구조로서, 가마 근처의 작업자 및 장비에 대한 더 나은 열 보호를 허용하고 킬른(13) 내부의 보다 균일한 가열을 허용한다. 이 수정의 일부는 12게이지 강철에서 더 얇고 가벼운 14게이지 강철로 이동하는 것이었습니다. UBRG는 이 가마에서 수십 번의 화상을 입혔고 군데군데 약간 구부러지기는 했지만 아직 열과 관련된 금속 피로의 뚜렷한 징후는 보이지 않습니다. 물론 추가 학습이 이루어질 가능성이 높으며 지속적인 혁신을 위한 충분한 여지가 있습니다.
이중벽 BB12는 가장 주목을 받은 디자인이며 아마도 Intermountain West에서 연료에 가장 접근하기 쉽고 실용적일 것입니다. 더 큰 가마는 미국 북서부와 같이 더 많은/더 큰 연료에 더 적합합니다. 이 방법은 최대 4.9m(16피트 길이의 가마)에서 입증되었습니다. 현재까지 빅 박스 가마는 유타, 콜로라도, 몬태나, 텍사스 및 뉴욕의 다른 당사자에 의해 건설되었습니다.
가마는 바이오 숯 생산을 극대화하거나 유해 연료 감소를 극대화하거나 그 사이 어딘가에 작동하도록 작동할 수 있습니다. 유해 연료 감소가 주요 목표인 경우 가마에 석탄이 가득 차 있을 때만 가마를 무작위로 적재하고 담금질할 수 있습니다. 땅이 몇 센티미터의 눈으로 덮여 있는 경우와 같이 주변 화재 위험이 낮은 경우 교대 근무가 끝나기 전날 저녁에 가마에 연료를 높이 쌓아 놓고 밤새 태우도록 둘 수 있습니다. 따라서 통제된 공간에서 연료를 소비합니다. 바이오 숯 생산이 주요 목표인 경우 공급 원료를 유사한 크기로 분류하고 가마에 유사한 크기의 재료를 적재하고 석탄을 보존하기 위해 자주 담금질할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 상반된 목표가 혼합되어 있으며 가마는 이 두 극단 사이에서 운영됩니다. 공급 원료의 종은 특정 특성을 가진 바이오 숯이 목표가 아닌 한 덜 중요합니다.
이 가마에서 제한된 양의 연기가 나옵니다. 아이디어는 화염 캡이 열기둥을 통해 상승할 때 가연성 물질을 소비한다는 것입니다. 2019년과 2020년에 유타 연기 관리 시스템 코디네이터 Paul Corrigan은 유타 북부의 로건과 유타 남부의 모압 근처에서 빅 박스 바이오 숯 가마 시연에 배기 가스 테스트 장비를 가져왔습니다. 두 경우 모두 플레임 캡이 열기둥을 통해 상승할 때 가연성 물질을 소비하기 때문에 장비는 가마에서 배출되는 배출량이 증가하지 않았습니다. 2023년 4월, USDA 산림청 소방 연구소의 배출 테스트 팀은 유타주 투엘레에 있는 가마에서 배출 테스트를 수행했습니다. 이러한 결과는 아직 사용할 수 없습니다.
가마를 돌보는 작업자는 삽, 갈퀴, 풀라스키, 전기톱과 같은 소방 수공구가 필요합니다. 모범 사례에는 참석한 모든 사람이 가죽 장갑, 보안경, 내화성 의류 또는 최소한 천연 섬유 의류와 같은 안전 장비를 착용하는 것이 포함됩니다. 합성 소재의 의류는 피해야 합니다. 안전모와 가죽 장화, 긴팔 및 바지는 작업자를 보호하는 데 도움이 됩니다.
비상 통신; 비상 계획: 비상 상황의 가능성과 이에 대한 통신 요구 사항 외에도 작업의 위치(종종 원격)를 고려해야 합니다. 지역 휴대 전화 수신이 가장 잘 작동할 수 있는 곳을 아는 것이 중요합니다. 위성 전화 또는 Garmin InReach와 같은 비상 로케이터 비콘을 적극 권장합니다. 혼자 일하지 않는 것이 중요합니다.
탈출한 불씨/현장 화재의 경우 더 이상의 불꽃이 가마에서 빠져나가는 것을 방지하기 위해 뚜껑을 가마에 놓아야 합니다. 기계를 사용하여 현장 화재 주변에 방화선을 신속하게 파야 하며 연소 연료는 연소되지 않은 연료와 분리되어야 합니다. 화재를 진압하려면 수원을 사용해야 합니다. 즉시 소화할 수 없는 경우 911에 전화하십시오.
Big Box 가마의 Biochar는 인증 프로그램을 위한 IBI(International Biochar Initiative) 실험실 테스트를 사용하여 캘리포니아 왓슨빌의 제어 실험실에서 특성화되었으며 결과는 85% 유기탄소와 8% 회분을 보여줍니다. 이것이 적당히 고품질의 바이오 숯의 특성입니다. 공동 연구자들은 대형 쓰레기 수거통과 유사한 바닥에 롤오프 컵 받침과 완성 된 바이오 숯을 제거하는 데 도움이되는 끝 벽 중 하나 인 문을 추가하는 실험을 하고 있습니다. 이러한 기능이 극한의 열에 노출된 후에도 계속 작동할 수 있는지 여부는 아직 확인되지 않았습니다.
Disclosures
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
Acknowledgments
Wilson Biochar의 Kelpie Wilson, Utah Bureau of Land Management, USDA Forest Service, Utah Division of Forestry, Fire and State Lands, Utah Public Lands Initiative Grant Program, Utah State University Extension Grant Program, Brandon Barron of Burns, OR, ANR Fabrication of Logan, Utah 및 U.S. Biochar Initiative.
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) |
| Garmin InReach | Best Buy | 6499326 | Or similar |
| 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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