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¿Carbón vegetal?

El carbón vegetal es un material combustible poroso que ha adquirido altos porcentajes de carbono gracias a la ausencia del aire al exponer materiales orgánicos a altas temperaturas. Al carbonizar un material orgánico este obtiene propiedades de adsorción.

Durante el proceso de la carbonización se eliminan elementos volátiles y agua. Los compuestos volátiles son sustancias químicas que pueden pasar de un estado líquido, sólido o gaseoso sin la aplicación de altas temperaturas. En el proceso de carbonización para generar carbón vegetal se liberan en forma de gases y vapores de la materia prima gracias al calor. Algunos de estos volátiles pueden ser agua, dióxido de carbono, metano y dependiendo de la materia prima se libera alquitrán, fenoles, aldehídos o amoníaco. La eliminación de estos compuestos da lugar a una estructura rica en carbono.

Principales usos del carbón vegetal

La principal aplicación del carbón vegetal en el mundo es como combustible, es un sólido y polvoriento que ha sido utilizado como fuente energética en diferentes ámbitos, tanto a nivel industrial como doméstico.

Entre las aplicaciones a nivel industrial del carbón vegetal, se encuentra su uso como:

Combustible

Para la generación de energía eléctrica y térmica en plantas de generación de energía. También se utiliza como combustible en la producción de acero, cemento y otros productos químicos y petroquímicos.

A nivel doméstico y comercial, el carbón vegetal es frecuentemente utilizado como combustible en estufas y asadores (barbacoas) así como calentamiento del hogar, gracias a su alta capacidad calorífica y bajo costo.

Sin embargo, el carbón sigue siendo una fuente significativa de energía y combustible a nivel mundial, aunque el uso de fuentes de energía limpia está aumentando. El carbón sigue siendo la mayor fuente de energía para la generación de electricidad a nivel global debido a su abundancia, bajo costo y alto contenido energético. Sin embargo, se están realizando esfuerzos para reducir y eliminar el uso del carbón debido a su contribución significativa a la contaminación del aire y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Carbón activado

El carbón vegetal se puede convertir en carbón activado mediante un proceso llamado activación. El carbón activado se fabrica calentando el carbón vegetal en presencia de oxígeno controlado y alta temperatura, lo que hace que el carbón desarrolle una gran cantidad de poros internos. Estos poros proporcionan al carbón activado una gran área superficial, lo que aumenta su capacidad natural de adsorción y le otorga propiedades de purificación y tratamiento de compuestos orgánicos.

¿Cómo se hace el carbón vegetal?

1. SECADO

En esta fase inicial, la materia prima se seca para eliminar la mayor parte de la humedad presente en ella. El secado previo es necesario para reducir la cantidad de energía necesaria para alcanzar las temperaturas de carbonización y para evitar la formación de vapor excesivo que podría afectar negativamente la formación de poros en el carbón.

2. EXPULSIÓN DE VOLÁTILES

A medida que la temperatura aumenta, los componentes volátiles, como agua, gases y compuestos orgánicos, comienzan a ser liberados de la materia prima. Estos componentes se evaporan y pueden ser capturados y eliminados a través de sistemas de captura de gases o procesos de destilación.

3. CARBONIZACIÓN

En esta fase, la materia orgánica restante se descompone térmicamente y se convierte en carbono sólido. La temperatura y la ausencia de oxígeno son críticas en esta etapa. Los enlaces químicos en los compuestos orgánicos se rompen y se forma una estructura carbonizada.

4. ENFRIAMIENTO Y EXTRACCIÓN

Una vez completada la carbonización, el carbón vegetal resultante se enfría gradualmente. Luego, se retira del horno o la cámara de carbonización. El producto final es carbón vegetal, que es más ligero y poroso en comparación con la materia prima original.

5. TRATAMIENTOS ADICIONALES

En algunos casos, el carbón vegetal puede someterse a tratamientos adicionales, como activación química o física. La activación aumenta aún más la porosidad y la capacidad de adsorción del carbón.

6. FORMACIÓN DE POROS

Durante la activación, la estructura interna de la materia se reorganiza, formando una estructura porosa. La eliminación de los componentes volátiles y la formación de poros son procesos interrelacionados, y la calidad de la porosidad es un factor clave en la eficacia del carbón para la adsorción y la purificación.

Diferencias entre carbón vegetal y carbón mineral

Criterio	Carbón vegetal	Carbón mineral
Origen y formación	Se forma a partir de la carbonización de materia orgánica como madera, concha de coco, cascaras duras de nueces y cacahuates o hueso de frutos como chabacano, aceituna y durazno. El proceso implica calentar la materia prima en ausencia o con cantidades limitadas de oxígeno. Las altas temperaturas descomponen la materia orgánica en carbono y otros elementos, formando el carbón vegetal.	Se forma a partir de la acumulación y descomposición de materia orgánica vegetal en áreas pantanosas y marismas a lo largo de millones de años. Con el tiempo, la acumulación de materia orgánica se somete a presiones y temperaturas crecientes, transformándose gradualmente en carbón mineral a medida que los componentes volátiles se eliminan. Algunos carbones minerales tienen compuestos propios del terreno como azufre, metales y otros compuestos no deseados.
Contenido de carbono	Tiene un contenido de carbono más bajo en comparación con el carbón mineral. También puede contener otros elementos como hidrógeno, oxígeno y nitrógeno debido a su formación a temperaturas más bajas.	Tiene un contenido de carbono más alto y es más energético debido a su formación a lo largo de períodos geológicos más largos. El proceso geológico de transformación en carbón mineral aumenta el contenido de carbono y reduce los otros elementos presentes.
Usos y aplicaciones	Se utiliza en aplicaciones energéticas en calefacción doméstica, la cocina al aire libre, generación de energía industrial y la purificación de agua cuando este se activa química o térmicamente. También se emplea en la agricultura para mejorar la calidad del suelo y retener nutrientes.	Es una fuente de energía primaria a gran escala. Se utiliza en la generación de electricidad, producción de acero, procesos industriales y calefacción en sistemas de calefacción central. Además de que se puede activar para tratamiento de agua y gases.
Impactos ambientales	Aunque tiene un impacto ambiental relativamente menor que el carbón mineral, su producción puede contribuir a la deforestación y la degradación de los ecosistemas si no se maneja de manera sostenible.	Tiene impactos ambientales significativos debido a la liberación de dióxido de carbono y otros contaminantes durante la quema. La minería de carbón también puede causar daños al paisaje, la biodiversidad y los recursos hídricos.
Forma física	Suele tener una forma más irregular y fragmentada en comparación con el carbón mineral.	Puede encontrarse en diversas formas, incluyendo antracita, hulla, lignito y turba, con diferentes grados de madurez y contenido de carbono.

Carbón vegetal activado

La activación del carbón vegetal es un proceso en el cual el carbón vegetal se trata para aumentar su área superficial y sus propiedades de adsorción. El proceso de activación implica someter el carbón a altas temperaturas y, en algunos casos, a la presencia de ciertos gases o químicos, lo que crea una estructura porosa en el material. Esta estructura porosa aumenta la capacidad del carbón para adsorber moléculas y partículas en su superficie interna.

Existen dos métodos principales de activación del carbón vegetal: activación física y activación química.

Activación física:

En la activación física, el carbón vegetal se calienta a altas temperaturas en ausencia de aire o con una cantidad limitada de oxígeno. Este proceso causa la descomposición térmica de los componentes orgánicos del carbón y provoca la formación de poros en su estructura. El aumento de la temperatura y la exposición a ciertos gases durante este proceso determinarán el tamaño y la forma de los poros en el carbón activado resultante.

Activación química:

La activación química implica el uso de agentes químicos, como ácidos y bases, junto con altas temperaturas, para crear la estructura porosa en el carbón vegetal. Estos agentes químicos descomponen ciertos componentes del carbón y contribuyen a la formación de poros.

El proceso de activación puede ser muy controlado para lograr diferentes características del carbón activado, como el tamaño de los poros, la capacidad de adsorción y la selectividad de adsorción para ciertos compuestos. El carbón activado resultante se utiliza en una variedad de aplicaciones, como la purificación de agua y aire, la eliminación de contaminantes, la adsorción de toxinas en casos de intoxicación, y más.

Es importante tener en cuenta que el proceso de activación puede variar según el tipo de material vegetal utilizado para crear el carbón activado, así como los parámetros específicos utilizados durante la activación (temperatura, tiempo, agentes químicos, etc.). Estos factores influirán en las propiedades finales del carbón activado y en su capacidad para realizar determinadas funciones.

¿Para que sirve el carbón vegetal activado?

Purificación de agua y aire:

El carbón vegetal activado se utiliza en sistemas de tratamiento de agua y sistemas de purificación para eliminar contaminantes, químicos y sabores no deseados del agua potable y del aire.

Desintoxicación:

En medicina y emergencias, el carbón activado se utiliza para tratar la intoxicación y sobredosis, ya que puede adsorber ciertos venenos y toxinas en el tracto digestivo antes de que sean absorbidos por el cuerpo.

Tratamiento de gases:

En la industria, el carbón vegetal activado se usa en sistemas de purificación de gases y aire para eliminar compuestos orgánicos volátiles y gases tóxicos.

Odorización:

Debido a su capacidad para adsorber olores, el carbón activado se utiliza en productos como filtros de purificadores de aire, filtros de aire acondicionado y productos desodorantes.

Industria alimentaria:

En la industria alimentaria, el carbón vegetal activado se utiliza como agente de blanqueo y purificación para ciertos alimentos, como azúcar y aceites vegetales.

Industria farmacéutica:

Además de su uso en casos de envenenamiento, el carbón activado se utiliza en la fabricación de medicamentos para mejorar la adsorción de ciertos compuestos.

Agricultura:

El carbón vegetal activado puede mejorar la retención de agua y nutrientes en el suelo, así como mejorar la calidad del suelo y su capacidad de retener nutrientes en la agricultura.

Eliminación de color y sabor:

En la industria de alimentos y bebidas, el carbón activado se utiliza para eliminar colores y sabores no deseados de productos como los licores.

Tratamiento de aguas residuales:

En el tratamiento de aguas residuales, el carbón vegetal activado puede utilizarse para eliminar contaminantes y productos químicos antes de que el agua se use. Pero en este caso en particular el carbón activado mineral tiene un mejor desempeño.

Carbón activado de concha de coco
Carbón activado de madera

Carbón vegetal activado de concha de coco.

En Carbotecnia contamos con carbones activados de concha de coco que primeramente es lavada y secada. Una vez realizada la carbonización se realiza el proceso de activación por medio de vapor de alta temperatura.

Una de sus aplicaciones destacadas radica en la eliminación efectiva tanto del sabor como del color de las fuentes de agua. Además, el carbón activado derivado de la cáscara de coco es altamente eficaz en el proceso de clarificación del agua utilizada en aplicaciones industriales. En el ámbito industrial, el agua a menudo se somete a tratamientos específicos para garantizar su idoneidad en diversos procesos.

El carbón activado obtenido a partir de cáscaras de coco destaca como un adsorbente de alta calidad debido a su amplia área superficial (240 – 280 m²/g), notable resistencia y dureza mecánica, así como su escaso contenido de partículas finas.

carbón vegetal activado de concha de coco

Carbón vegetal activado de madera.

El carbón activado derivado de la madera se produce a partir de fuentes naturales como aserrín, madera de pino y bambú. Este tipo de carbón activado encuentra múltiples aplicaciones en diversas industrias. Por ejemplo, se emplea ampliamente en la industria química para tratar aguas con color, en la industria petrolera para la desulfuración de hornos de refinería, en la industria azucarera para eliminar cenizas y sustancias volátiles, y en el ámbito farmacéutico para la eliminación de productos de degradación de medicamentos, entre otros campos de aplicación.