Fabricar su horno a biochar y utilizarlo

Horno biochar functionando

Autor : Yann Gressier @permagicien – Residente Low-Tech

22/06/2022

Porque fabricar su horno a biochar y como usarlo

La búsqueda de la autonomía en el sitio es una búsqueda perpetua, pero es imposible hablar de autonomía sin hablar del agua: su recuperación, su almacenamiento, su distribución, su gestión, su agua potable.

El día que escribo este artículo: el agua del pozo es bombeada por una bomba eléctrica, pasa por un sistema de 2 filtros de partículas cada vez más finas y finalmente es tratada con rayos UV para eliminar los patógenos restantes. Este sistema requiere electricidad que a la fecha proviene de la red, los filtros son de plástico, la lámpara UV se pidió por internet, etc. Es un montaje relativamente sencillo que funciona bien pero que nos hace depender de los proveedores y dificulta o incluso imposibilita el mantenimiento (si se rompe la muy frágil lámpara UV hay que recomendar una).

Los modelos en los que nos inspiramos provienen del sitio de referencia sobre la purificación de agua de baja tecnología Aqueous Solutions. Se puede descarguar los planos de la instalacion de potabilisacion de agua (en espanol o ingles) aqui :

Apuestas & objectivos de construir el horno a biochar

Fabricar, experimentar y usar un sistema de purificación de agua de baja tecnología es un verdadero desafío para nosotros en busca de autonomía, luego para cientos de millones de personas sin acceso a alta tecnología y electricidad.

Además, el interés por la autonomía alimentaria para poder fabricar su biocarbón es real. Fertilizamos el suelo proporcionando carbono vegetal local, proporcionamos la superficie de intercambio en la que pueden proliferar los microorganismos del suelo, materia carbonosa esencial para la vida del suelo y la nutrición de las plantas. Y además de eso, filtramos ciertos metales y otros productos químicos que pueden estar en el campo porque fueron modificados por el propietario anterior.

Biochar también tiene cualidades de secuestro de carbono atmosférico. A diferencia del carbón, que se quema y libera CO2 a la atmósfera, una vez en el suelo mejorará la adsorción por el suelo del CO2 del aire. Y por tanto participar a pequeña escala en la reducción de gases de efecto invernadero.

Por lo tanto, es un problema de doble alimentación que depende de esta baja tecnología relativamente simple de lograr con unas pocas herramientas de trabajo de hierro.

El objetivo para este año 2022 es fabricar nuestro horno de biocarbón y probar la eficiencia de un sistema de filtración de agua a pequeña escala, y enviar muestras al laboratorio para analizar el agua.

Si el sistema funciona, duplicarlo a mayor escala y escalarlo a las necesidades del centro para el año 2023. De lo contrario, seguiremos mejorando nuestro horno y nuestra receta hasta lograr la filtración del agua para que sea potable.

Aq solutions

Observacion del agua potable en el mundo

Algunas Cifras de la OMS sobre el agua potable en todo el mundo :

  • Al menos 2 mil millones de personas en todo el mundo utilizan una fuente de agua potable contaminada con heces. La presencia de microbios en agua potable contaminada con heces representa el mayor riesgo en términos de seguridad y transmisión de enfermedades como diarrea, cólera, disentería, fiebre tifoidea y poliomielitis.
  • La contaminación microbiológica del agua potable puede conducir a la transmisión de enfermedades como diarrea, cólera, disentería, fiebre tifoidea y poliomielitis, y se estima que causa 485.000 muertes consecutivas cada año por enfermedades diarreicas. La presencia de arsénico, fluoruro o nitrato en el agua potable es el riesgo químico más importante.
  • Más de 2 mil millones de personas viven en países bajo estrés hídrico, un fenómeno que se espera que el cambio climático y el crecimiento de la población exacerban en algunas regiones.
  • En 2019, en los países menos desarrollados, sólo el 50% de los establecimientos de salud contaban con servicios básicos de abastecimiento de agua, el 37% con servicios básicos de saneamiento y el 30% con servicios básicos de gestión de residuos.

Los egipcios ya usaban biocarbón para filtrar el agua (1550 a. C.). Hipócrates lo usó con fines medicinales en el 400 a. JC.

Los sistemas de filtración de agua existentes son numerosos y no necesariamente de baja tecnología: 

  • UV, requiere lámparas de vacío frágiles y electricidad
  • Cerámica, difícil de fabricar y que requiere aditivos y temperaturas de cocción difíciles de +1200°C para alcanzar de forma tradicional
  • Membrana, que requiere una bomba para funcionar
  • Por filamentos y gravedad, que sigue siendo quizás el sistema más low tech aunque la fabricación es industrial (filtros Sawyers por ejemplo)
  • Carbón activado, también de producción industrial, estoy pensando en concreto en los sistemas Berkeley…

Estudios han demostrado que la carbonización de maderas densas (tropicales, robles, etc.) produce carbones microporosos, mientras que las maderas blandas (pinos, abedules, etc.) producen carbones meso o macroporosos.

Observacion del uso de carbon el la huerta

Biocarbón en el jardín – CARO residente plantas anuales :

Aqeousolutions.org se explican en detalle todos los diferentes modelos de horno y filtración. Ventajas del biochar en el suelo

  • Reestructuración del suelo
  • Regeneración aportando fertilidad
  • Desacidificación: Indirectamente, el biocarbón también promueve la fijación del ion carbonato que amortigua el pH del suelo, facilitando así el desarrollo bacteriano y limitando la biodisponibilidad de las sustancias tóxicas naturales en el suelo
  • Aumento de la fijación de carbono atmosférico
  • Disminución de la lixiviación y lixiviación de nutrientes (en particular, nitrógeno soluble en agua)
  • Fijación de metales pesados ​​en el suelo y las plantas
  • Suministro de biomasa carbonácea esencial para el crecimiento de las plantas
  • Estabilización del carbono en el suelo durante la producción agrícola
  • Terra Preta
  • Aumenta la retención de agua en el suelo
  • Proporciona una superficie de intercambio para el suelo microorganismos
  • Disminuye la erosión
  • Aumenta el humus

Carbono también se ha encontrado en la Terra Preta de la Amazonía, en suelos tropicales altamente erosionados o erosionables, poniendo biochar mejora significativamente sus propiedades físicas, químicas y biológicas, especialmente en estos suelos ácidos.

Antiguamente, la fabricación del carbón se hacía a la antigua, colocando los troncos directamente sobre el suelo y cubriéndose con arcilla y conductos que permitían el avance progresivo de la pirólisis durante varios días (incluso varias semanas para troncos grandes). Uso : principalmente para cocinar con carbon que tiene mas energia que madera.

Atención, es obvio que la madera utilizada para la fabricación de biocarbón debe ser madera local y traída para ser desechada, aquí hay restos de tablones de castaño del aserradero local. Talar árboles centenarios ya hace maravillas para el ecosistema, solo para crear biocarbón.

Horno Biochar AqSolutions

Necesidades, suenos para el uso del biochar

Nuestra necesidad a corto plazo es demostrar que el sistema funciona y que podemos ser autosuficientes en agua potable en una instalación más grande. Es por tanto tener un filtro relativamente fácil de mover para demostraciones, tener un laboratorio listo para analizar nuestros resultados de agua antes y después de la filtración.

A largo plazo, la necesidad es ser autosuficiente en la producción de agua potable y el proceso de fabricación de biocarbón y carbón activado.

Algunos detalles sobre las definiciones que a veces se confunden o no están claras en Internet…

Biocarbón: carbón vegetal de materia orgánica quemada (madera de residuos vegetales, restos de construcción, poda de árboles, etc.) utilizado en el suelo para la agricultura. Para dar una idea de la superficie de intercambio Aqsolutions habla de una cucharada de biocarbón que tiene una superficie de intercambio de 500m² (una sola cancha de tenis).

Carbón activado: se dice de un carbón que ha sido “activado”, es decir que se ha alcanzado cierta temperatura durante la pirólisis, para romper ciertos enlaces en el carbón, y así liberar estas moléculas en forma gaseosa y luego quemarlas. ellos en la chimenea. Esto hace que el carbón sea aún más poroso y puro (>90 % de pureza según las fuentes). La activación física se realiza mediante una nueva combustión con choque térmico (900 a 1000°C), realizada en una corriente de aire y vapor de agua, inyectados a presión (proceso de oxidación controlada), crearán millones de células microscópicas en la superficie del carbón. , aumentando considerablemente su superficie y su poder de adsorción. Este proceso da un carbón con poros estrechos.

Reactivación y purificación: volver a 700-900°C con vapor. Cada vez, un pequeño porcentaje de carbón se pierde en cenizas al encenderse. Si hay madera de sobra de un taller mejor hacer un nuevo lote de biochar.

Metodos y materiales para fabricar su horno a biochar

Explicacion para fabricar su horno a biochar

Equipo utilizado, métodos de medición, en qué ambiente, qué materiales, métodos de fabricación, etc.

Equipo para la fabricación del horno :

  • 2 bidones de 200 L (aquí viejas latas de aceite recuperadas)
  • Placa de chapa o chimenea
  • Tornillos o pernos autotaladrantes
  • Mangos de metal o barras de metal curvas
  • soldadura por arco

Herramientas :

  • taladro/atornillador, o pico, o martillo cincelador, o martillo de techador
  • Amoladora, sierra caladora de metal, o cinceles viejos para madera
  • Martillo
  • Máquina de soldar (aquí en arco)

Fabricación del horno :

Taladrar el fondo del recipiente 1 que va a servir de camara de combustion (parte inferior del horno) para hacer la entrada de aire bajo, hacer agujeros con un taladro de Ø5 luego de Ø10, son como 400 , entre más agujeros haya más temperatura será capaz de subir, pero también más frágil será el contenedor por el peso de la madera que se pondrá en él, en nuestro caso hay alrededor de 1-2 cm entre cada agujero.

En este mismo recipiente, corta el disco superior, dejando unos 3-5 cm del borde, aquí hecho con un molinillo. Suelde las manijas en los costados, aproximadamente a ⅔ de la altura de la bombona para mayor estabilidad, servirán para deslizar hasta allí las barras de metal para mover la bombona en llamas una vez terminada la combustión.

Recortar el fondo del bote 2 a aproximadamente 1 cm del borde, utilizar el disco obtenido para hacer una tapa para el bote 1, tendrá que tapar el bote 1 sin que queden agujeros para el paso del aire. En la parte superior del bote 2 corte un disco del diámetro de su chimenea, si no tiene chimenea, simplemente corte un disco de Ø20 cm y deje el agujero como está, es conveniente soldarle también asas al costado del depósito aunque no sea obligatorio (para retirarlo al final de la combustión basta con empujarlo contra el suelo con un palo.

Para vocabulario:

  • Recipiente inferior: cámara de pirólisis
  • Recipiente superior: chimenea
  • Fondo de la cámara de combustión: toma de aire primario
  • Espacio entre las dos latas: entrada de aire secundario (alimentación de combustible de la llama)

Durante la combustión, tenga un lugar despejado, sin árboles alrededor, sin pasto seco, nada inflamable, prepare agua en caso de que uno de los recipientes se caiga y se inicie un incendio. Preparar también previamente una cubeta de barro arcilloso para extinguir la combustión. Podemos ver que no sale humo por la chimenea, prueba de que la combustión es completa, solo la pintura de los botes echando humo al derretirse, lo cual es práctico para monitorear el progreso de la combustión.

Hitos para saber si la combustión está terminada y que es necesario apagar: una vez que la llama ha cambiado su color rojo por un hermoso color azul como un quemador de gas, entonces toda la pintura quemada (solo el primer uso de las latas). Otro indicador es ver la parte inferior del horno ardiendo, y ver unas pequeñas brasas pasando por los agujeros, esto indica que la combustión está al nivel de la parte inferior del horno y que es hora de apagar antes de sobreoxigenado. el fuego y convertir el carbón en cenizas. Fotos de la extinción en un charco de lodo arcilloso. Los agujeros por donde sale el humo están todos tapados con lodo arcilloso, especialmente a nivel de las soldaduras, la tapa y el fondo de las latas cuando aparecen burbujas:

Resultados de la producion de biochar

Biochar

Analisis de los resultados del horno a biochar

Difícil de analizar con rigor estos resultados otros que enviando muestras de agua a través de un filtro de biocarbón. Continuará.

Proceso:

  • Hasta los 160°C la leña prácticamente sólo pierde agua, hablamos de combustión primaria: la leña arde produciendo humo, bajo rendimiento térmico (<50%), es básicamente una fogata.
  • Hasta los 200°C, la madera se vuelve marrón, aún pierde su humedad e higroscopicidad, ácido acético y algunos compuestos volátiles impulsados ​​por el vapor de agua.
  • 200°C a 270-280°C, se liberan gases de oxígeno: CO, CO2, vapor de agua, ácido acético, metanol. El residuo aún no es carbón vegetal, sino madera rojiza (también llamada madera tostada).
  • A partir de 270-280°C, la madera comienza a descomponerse espontáneamente en una reacción exotérmica incontrolable que eleva la temperatura, sin aporte externo de calorías, hasta alrededor de 350°-380°C para dar carbón (carbonización), gases aún más oxigenados, pero en menor cantidad, en hidrocarburos de bajo peso molecular (metano, etano, etileno).
  • Entre 270 y 380°C, la formación de metanol, ácido acético, etc. se acompaña de otros compuestos químicos más complejos, principalmente en forma de alquitranes ligeros.
  • El proceso continúa hasta que toda la madera se convierte en carbón y el proceso se detiene. El carbón vegetal así producido tiene un contenido de 65-70(-80)% de carbono puro 3 a 5% de ceniza. Los residuos alquitranados pueden llegar al 30%.
  • Si la temperatura se eleva por encima de los 400°C, el contenido de carbono puro aumenta con la descomposición de una mayor proporción de los alquitranes. Los gases formados están constituidos mayoritariamente por hidrocarburos y al mismo tiempo el piroleñoso está enriquecido en alquitránes pesados.
  • Una temperatura de 500 °C da un contenido de carbono puro de alrededor del 85 % y
  • un contenido de elementos volátiles del 10 %. El rendimiento del carbón vegetal a esta temperatura es del orden del 33% del peso de la madera anhidra , sin tener en cuenta la madera quemada para iniciar la carbonización y aumentar la temperatura por encima de los 400°C.
  • Si seguimos calentando por encima de 500°C hasta 700°C, se produce una fase de disociación: los gases producidos son menos importantes, pero contienen cada vez más hidrógeno si volvemos a subir la temperatura de 700°C a 900°C. Esta salida de hidrógeno conduce a un enriquecimiento relativo en carbono (hasta un 90-95%).

Conclusión, continuación y recomendaciones para Fabricar su horno a biochar

  • También suelde manijas en el contenedor superior para evitar dañarlo al hacerlo, así caerá al final del contenedor.
  • Coloque una lámina corrugada entre el recipiente inferior y la madera.Va a aislar contra la pérdida de calor y aumentar la temperatura de combustión creando una entrada de aire adicional fuera de la combustión (alrededor). Esto no lo hicimos por falta de equipo
  • Instalar una sonda de temperatura resistente hasta +1000°C. Monitoreara el estado de la pirólisis y el tipo de carbón transformado que tenemos, para poder medir la efectividad de las mejoras traídas.
  • Deshacerse después del biocarbón habiendo adsorbido los productos químicos. Desorción después de la saturación del biocarbón en el producto (muy poco). Componga este biocarbón, si es posible lejos de fuentes de agua. 

Fuentes para construir y usar su horno a biochar

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