Método más eficiente para producir carbón activado que descontamina aire y agua

 A partir de los millones de toneladas de residuos que genera la agroindustria (recortes de pasto, bagazos, cuescos, etc.) es posible obtener un tipo de carbón activado útil para descontaminar el aire y el agua, pues este puede retener en su superficie compuestos, como por ejemplo el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, dos productos generados por los automotores y los procesos industriales. La torrefacción, un pretratamiento térmico que consiste en someter la biomasa a temperaturas entre 200 y 300 °C, aumenta significativamente el rendimiento del biocarbón y mejora su capacidad de adsorción.

En Colombia se destinan alrededor de 3 millones de hectáreas para cultivos permanentes y estacionarios como café, caña de azúcar, maíz, arroz y palma africana, los cuales generan cerca de 72 millones de toneladas de residuos orgánicos anuales. “A estos residuos, que incluyen recortes de pastos, bagazos, cuescos, etc., también los llamamos biomasa; esta se puede transformar –mediante procesos termoquímicos y biológicos– en productos con alto valor agregado con los que se pueden mitigar problemas medioambientales y producir energías más respetuosas con la naturaleza, de manera que disminuye el uso de combustibles fósiles”, explica el ingeniero mecánico Marlon Fabián Córdoba Ramírez, doctor en Ingeniería - Sistemas Energéticos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Entre los muchos productos que se pueden obtener a partir del tratamiento de la biomasa se destacan los son sólidos. “Al someter la biomasa a altas temperaturas –alrededor de 350 °C– en ausencia de oxígeno, se obtiene, entre otras cosas, un sólido carbonoso (muy similar al carbón, con una composición promedio del 85 % de carbono) cuyas características especiales le permiten capturar y retener, por ejemplo, metales que contaminan las aguas –como el sulfuro de hidrógeno– o tóxicos gaseosos como el dióxido de carbono (CO₂) en el aire”.

Considerando estos atributos, y con el objetivo de definir una ruta óptima para obtener ese biocarbón y un carbón activado derivado de este, el investigador desarrolló su tesis de doctorado. En ella evaluó fundamentalmente el tratamiento del cuesco de palma mediante el proceso de torrefacción a distintas temperaturas con el fin de encontrar cuál era la más eficiente para tener un resultado de calidad.

“La intención principal fue hallar un camino que implicara utilizar menos compuestos para los pretratamientos químicos o físicos que pueden generar contaminantes o costos adicionales. Otro propósito fue obtener un biocarbón mucho más poroso y con mayores rendimientos, capaz de atrapar con mayor eficiencia los contaminantes a los que se expone, y que a su vez permita obtener más carbón activado en un proceso posterior”, señala.

Así, el investigador Córdoba realizó, por un lado, la ruta típica para obtener el carbón activado, que consiste en someter la biomasa a un proceso de pirólisis lenta, es decir, calentar la biomasa entre 350 y 700 °C para después someterla a un proceso de activación, del que resulta el carbón activado.

“Por otro lado, aplicamos una ruta alternativa, que incluye el proceso ‘previo’ –llamado torrefacción o pirólisis intermedia–, con el que, primero, se somete la biomasa a temperaturas  entre 200 y 300 °C, para después someterla a un proceso de pirólisis lenta a 700 °C, y finalmente el proceso de activación”.

“Con la ruta alternativa se obtuvieron mejores resultados en cuanto a rendimiento y porosidad: de obtener biochar de 80 a 110 m²/gramo de área superficial, pasamos a uno de 700 m²/gramo. Además, en el carbón activado logramos tener áreas de 2.300 m²/gramo, un hecho que por lo general se logra mediante activación química, pero nosotros lo hicimos simplemente incorporando temperaturas y tiempos más largos de acción (torrefacción más pirólisis lenta)”, explica el ingeniero.

Con respecto a la capacidad de capturar sustancias contaminantes, también se alcanzaron resultados favorables, pues se comprobó que por cada gramo de carbón activado obtenido se podían capturar en promedio 95 miligramos de CO₂. Esto, además de ser útil para limpiar espacios contaminados, puede ser benéfico para otros usos que se le están dando el carbón activado, como por ejemplo en la remediación de los suelos.

“Tener una buena cantidad de carbono en el sólido puede ayudar a retener más nutrientes y hacerlo más productivo. Ese es un trabajo futuro que se puede desarrollar a partir de esta tesis. Así mismo, puede tener implicaciones positivas en la adsorción de sulfuro de hidrógeno, que es un gas contaminante y muy ácido, producto de procesos industriales”.