作者: by Boonsong Thansrithong and Patrick Trail, ECHO Asia Impact Center Chiang Mai, Thailand


[编者注: 为了不同规模和不同用途,目前有许多生物炭燃烧器的设计。有一个特殊的设计已经成为ECHO亚洲农场员工的最爱,因为它能够在制造生物炭的同时生产大量的裂解材料和木醋。这个设计是由泰国当地的合作伙伴创新出来的,应该得到赞扬。感谢Arun Waikham先生允许我们向ECHO网络分享您的设计。]

关键词

燃烧(Combustion:

火烧(burning)的另一种说法。燃料受热与氧气发生反应。

热解(Pyrolysis:

在氧气缺乏的情况下热分解(燃烧)的过程。

有机物质(Organic Material:

任何含碳物质,如木棍、竹子、稻壳、干粪肥等。

木醋(Wood Vinegar:

这是热解的副产品也被称为液体烟,可以作为天然农药或植物生长调节剂。

 

什么是生物炭?

生物炭是由经历了热解过程(即高热、低氧环境)的各种有机材料制成的木炭。这个简单而独特的过程可以保留和保存通常在燃烧过程中丢失的碳。在燃烧过程中(一场正常的燃烧),碳与氧气接触通过烟雾中的二氧化碳(CO2)流失到大气中。而这种生物炭工艺是至关重要的,可以在小规模农场中利用它来提供宝贵的碳基材料,用于改良土壤、过滤水,甚至运行内燃机。

根据定义,生物炭只有木炭与生物材料(如堆肥、肥料、粪肥或尿液)混合或结合后才能被称为生物炭。这种组合构成了“生物炭”一词的基础。就其本身而言,木炭的用途和价值相对有限。然而,当与上述任何一种材料结合时,[生物]炭可以成为一种有价值的土壤改良剂和肥料。

高质量的木炭保留了其原始的碳结构,使其具有高渗透性、带电性和表面积大。这样木炭可以充当海绵,可以用来保存营养物质、水分,特别是微生物等生物生命(阅读:《生物炭是土壤微生物的有机房子》)。碳还可以用来保持和保留重要元素,使其成为花园床、植物盆栽混合物和其他类型土壤改良的有益基质。生物炭在土壤酸性控制方面也很有用。由于生物炭的pH值很高,当应用于酸性土壤(热带地区有很多酸性土壤)时,它有能力随着时间的推移提高pH值。

AN47 Biochar Fig1

1用全生物炭燃烧器一次性燃烧后生产出高质量的木炭和原木醋。照片摄于泰国清迈ECHO亚洲小型农场资源中心。

什么是木醋?

木醋,又称液体烟或木酸,是碳基材料热解的副产物。化学上称为软火酸,它含有丙酮、乙酸和甲醇,但主要由水组成(90%)。在它的许多潜在用途中,木醋主要用作天然杀虫剂和植物生长调节剂。要注意,木醋在应用到植物之前必须用水稀释(Burnette, 2010)

AN47 Biochar Fig2

2. 木醋生产。木醋是热解的副产品,也被称为液体烟,是由生产木炭时产生的烟凝结成的。

为了提炼出可供使用的木醋,在木炭生产过程中收集的棕色浓缩液体要被密封在桶中24个月,在此期间,成分将沉淀成4个不同的层次。容器底部的第一和第二层是黑色的,包含木沥青和沥青。第三层(位于液体的最上层之下)是木醋的可用部分。该层将是淡黄色到红褐色。第四层(顶部)被归类为轻质油,顶部会有一层木焦油(Burnette, 2010)

木炭的其他农场用途

  • 水过滤:当制造出优质木炭(活性炭)时,适合用于水过滤系统,是常用生物砂水过滤器的关键部件之一。这种高度多孔的木炭有能力吸收和吸附水中的各种有害化学物质和化合物。.
  • 牲畜饲料添加剂:与水的过滤用途类似,活性炭也可以作为牲畜饲料的药用添加剂,因为它能够浸泡有害化合物,并以其低pH值的特性中和酸性。
  • 苗圃植物生长介质:参见ECHO技术说明#97小型苗圃管理,了解融入生物炭的方法。

生物炭生产的广泛意义

这种规模化的生物炭生产为应对全球面临的广泛气候挑战提供了一个小型但关键的机会。这一过程为碳封存提供了办法,即捕捉和储存原本会通过烟雾流失到大气中的碳。生物炭除了改善土壤的好处外,它也是一种替代方法,替代燃烧农作物残余物和废物以及防止随后碳损失到大气中的方法。这在世界上一些地区尤为重要,因为焚烧秸秆很常见,从而导致空气质量很差。

设计规范

以下设计是一种多功能铝窑,能够有效地生产高质量的木炭和木醋。这种设计是非常独特的,因为它限制了有机材料与氧气和火焰的直接接触,同时设有一个附属冷凝室,可以从烟雾中收集木醋。当然还有许多其他的窑设计,也有更常见的,但最基本的200升筒窑(Burnette, 2013)

**注意,主热源与这个设计是分开的。这种特殊的窑被设计在火或热源的顶部,避免火焰和内部碳材料之间的任何直接接触(参见图1)

AN47 Biochar Fig3

 

3. 全能生物炭燃烧器的总体草图。在这个设计中,烟雾通过冷凝器(连接在软管上循环冷却的自来水)转移到生产木醋的主室,在那里它被重新燃烧。

AN47 Biochar Fig4

4. 该设计高90厘米,直径59厘米,包括一个内部烟囱,通过烟囱,烟雾被排出来,通过冷凝器,然后重新回到腔室的顶部进行二次燃烧。

AN47 Biochar Fig5

5. 全能生物炭燃烧器的内部图。燃料(任何碳基材料)被放置在烟囱内和周围,并完全密封,以避免与火焰和氧气接触。

AN47 Biochar Fig6

6. 内烟囱的设计规格。

AN47 Biochar Fig7

7. 侧装冷凝室(直径17cm)的设计规格。设计用于连接水管,使冷水循环通过腔室。在腔室的底部,浓缩的木醋将被收集,随后通过溢流阀流出。

生物炭产量

这个窑的容积约为250升。当装上小木材(从当地市场买的用过的筷子)时,我们发现这个窑能容纳大约35公斤的干材料。经过约4小时的热解,产出约10公斤成品生物炭和10升原木醋。

总结

生物炭与木炭的主要区别在于其最终用途,生物炭通常作为土壤改良剂和“碳-神经”材料。因此,有必要重申,这种形式的生物炭是农场废物最有效的利用。如果只是为了制作生物炭而生产的原料(碳材料)在碳封存方面将达不到目标,建议将农场废物和其他副产品用于生物炭的生产。

参考文献

Burnette, R. 2010. An Introduction to Wood Vinegar. ECHO Asia Notes. 7: 4-10. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/01ccd8a8-aa01-44c0-bd61-d62d8206eb26

Burnette, R. 2013. Charcoal Production in 200-Liter Horizontal Drum Kilns . ECHO Technical Notes. 76: 1-8. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/069529b4-0ce4-475c-99b8-326957e3afa7

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