El Biochar también conocido como biocarbón en español, es un material que se obtiene por un proceso de combustión controlada de biomasa en bajas condiciones de oxigenación. En este proceso termoquímico los materiales como la madera o residuos agrícolas se someten a temperaturas que van de los 300°C a los 700°C, lo que da como resultado en un carbón estable y con alto contenido de carbono.
La biomasa puede provenir de una variedad de fuentes, como residuos agrícolas, residuos forestales y residuos urbanos orgánicos. Algunos ejemplos pueden ser la corteza de madera de pino, bambú, residuos orgánicos y vegetales, estiércol humano, estiércol de aves de corral, entre otros. La selección de una u otra materia prima depende del uso final del biochar y de la disponibilidad local de recursos.
Los estudios desmuestran que el biochar tiene la capacidad de mejorar la fertilidad de los suelos mejorando la productividad de los cultivos y la calidad de los mismos. Estos efectos son gracias a su capacidad de intercambio catiónico (CIC), la retención de materia orgánica como lo son los nutrientes, la disminución de la lixiviación de dicha materia orgánica, el aumento del pH al entrar en contacto con agua lo que reduce los efectos de sustratos ácidos y la diversificación de las comunidades microbianas del suelo.
BioChar, ¿cómo se hace?
La International Biochar Initiative, a través de su “Standardized Product Definition and Product Testing Guidelines for Biochar that is Used in Soil”, define al biocarbón como “un material sólido obtenido de una conversión termoquímica de biomasa en un ambiente limitado de oxígeno”.
Primeramente, la biomasa para producción de biochar requiere de bajos porcentajes de humedad por lo que debe de secarse para optimizar el proceso de combustión controlada. Además, la biomasa para biochar es triturada para obtener pedazos más pequeños y de dimensiones más homogéneas. Estas dos etapas iniciales permiten que el calentamiento sea más uniforme por lo que la combustión controlada se hace más eficiente.
Hay que entender que la materia prima usada para la generación de biochar está compuesta por elementos como celulosa, hemicelulosa y lignina, los cuales experimentan etapas de transformación física y química.
Los componentes de la biomasa se descomponen térmicamente en gases, líquidos y un residuo sólido carbonoso que es el biochar en sí. Para llegar a este estado, la biomasa pasa por reacciones tales como la deshidratación, la descomposición termoquímica de los componentes y la polimerización.
A medida que la temperatura aumenta, continúa la carbonización. Los procesos químicos y físicos producen la eliminación de los componentes volátiles y producen la concentración del carbono hasta que se forman estructuras carbonosas más estables y resistentes a la descomposición química y biológica.
La composición final del biochar, así como las proporciones de los productos secundarios como lo son gases y bio-aceite, dependen fuertemente de las condiciones específicas como la materia prima, la temperatura, la presión en el incinerador y la tecnología para la carbonización, entre otros.
Biochar, ¿para qué sirve?
Gracias al proceso de combustión controlada el biochar adquiere características como lo son alta porosidad y gran superficie específica, al igual que una alta estabilidad química, lo que lo vuelve un material ideal para múltiples aplicaciones. Durante la combustión controlada se liberan gases y compuestos volátiles que generan una estructura porosa que le otorga al biochar cierta capacidad de adsorción que le permite retener nutrientes, agua y contaminantes.
La Food and Agriculture Organization (FAO) ha sugerido que el biocarbón podría servir de base para nuevos modelos de agricultura sostenible por lo que hay un gran interés que no se limita a la investigación científica y académica, pues a nivel empresarial el desarrollo y estudio del biochar se ve reflejado en la cantidad de patentes e investigaciones desarrolladas en los últimos diez años.
Biochar como enmienda de suelos
Aumento de la retención de agua y nutrientes:
El biochar incrementa la capacidad de retención hídrica y de nutrientes en el suelo, un proceso atribuible a su morfología porosa. Esta estructura actúa como un medio de almacenamiento, capturando y reteniendo moléculas de agua y nutrientes esenciales, como nitratos, fosfatos y potasio lo que aumenta su disponibilidad y el intercambio iónico de nutrientes esenciales para los cultivos. Es por esto, que la aplicación de biochar o biocarbón, puede ser de gran utilidad en suelos con textura arenosa o suelos que han experimentado procesos de degradación, donde la capacidad de retención hídrica está comprometida y la percolación de agua ocurre rápidamente, limitando la disponibilidad de agua y nutrientes para las plantas.
Estimulación de la actividad biológica:
La morfología porosa del biochar crea microhábitats idóneos para diversos microorganismos del suelo, como bacterias, hongos y actinomicetos. Estos microhábitats mejoran las condiciones de vida para estos organismos, proporcionando un ambiente protegido y favorable para su crecimiento y actividad metabólica.
La presencia del biochar modifica la dinámica microbiana del suelo, potenciando procesos biológicos clave como la mineralización de la materia orgánica. Esto implica la descomposición bioquímica de compuestos orgánicos complejos en formas más simples y asimilables, como iones de nitrógeno, fósforo y potasio, que son esenciales para el crecimiento vegetal. Además, el biochar puede influir en la tasa de nitrificación y en la fijación biológica de nitrógeno, procesos cruciales para la disponibilidad de nitrógeno en el suelo.
Mejoramiento de la estructura del suelo:
La incorporación de biochar en el suelo altera su densidad y porosidad. Su estructura contribuye a aumentar la porosidad total del suelo, lo que mejora la aireación y facilita el intercambio gaseoso lo que afecta directamente sobre la respiración radicular y la actividad microbiana.
Los agregados del suelo formados en presencia de biochar son más estables y resistentes a las fuerzas erosivas como el agua y el viento. Esto se debe a la mayor cohesión entre las partículas del suelo, lo que reduce la susceptibilidad del suelo a la erosión superficial.
Reducción de la contaminación por metales pesados en el suelo:
El biochar puede tener reacciones físicas como la fuerza de van der Waals, y químicas a través de enlaces covalentes o iónicos que puede retener los metales pesados presentes en el suelo, reduciendo su movilidad y por ende su biodisponibilidad para las plantas.
El biochar contiene varios grupos funcionales en su superficie, como grupos carboxílicos, fenólicos y otros. Estos grupos pueden interactuar con los metales pesados, formando complejos estables que se mantienen inmovilizados en el biochar y no están disponibles para las plantas o para la lixiviación en las aguas subterráneas.
Mitigación de cambio climático a partir del secuestro de carbono
El secuestro de carbono implica la captura y almacenamiento a largo plazo de dióxido de carbono atmosférico, con el objetivo de mitigar el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero.
Durante la combustión controlada, las reacciones termoquímicas descomponen la biomasa en condiciones anóxicas, transformándola en una matriz carbonosa con una alta proporción de carbono fijo y una baja proporción de carbono volátil.
Esta matriz carbonosa se caracteriza por su elevada estabilidad química y su resistencia a la biodegradación, atributos fundamentales para el secuestro efectivo de carbono. Químicamente el biochar está compuesto principalmente por anillos aromáticos condensados, lo que le confiere una alta resistencia a la oxidación y a la degradación microbiana. Esta resistencia es clave para asegurar la estabilidad del carbono en el suelo a largo plazo.
El secuestro de carbono en el biochar implica la transformación de carbono biogénico, originalmente presente en la biomasa como carbohidratos, lípidos y proteínas, en una forma recalcitrante de carbono. Este carbono recalcitrante tiene una tasa de mineralización mucho más baja que el carbono orgánico original, lo que significa que se libera a la atmósfera a un ritmo mucho más lento, contribuyendo así a una reducción neta de la concentración de CO2 atmosférico.
Biochar o biocarbón en México:
