Agrologia

LA IMPORTANCIA DEL SUELO

Biochar (biocarbón)

 

¿Qué es el biochar?

El término biochar, o biocarbón, se refiere a un producto de grano fino y poroso, muy similar en apariencia al carbón vegetal. Se produce a partir de la transformación de diversos tipos de biomasa mediante la técnica denominada pirolisis, que consiste en la descomposición térmica de los materiales orgánicos con escaso o limitado suministro de oxígeno (pirolisis), a temperaturas relativamente bajas (inferiores a los 700 ºC), y que es destinado a uso agrícola, lo que hace que sea diferente al carbón usado como combustible y al carbón activado. Si el proceso de pirolisis se realiza correctamente (combustión incompleta o parcialmente anaeróbica), no se producen dioxinas ni furanos.

Aunque el término biochar ha sido acuñado recientemente (se acuña en 2004, al no poderse utilizar un término más descriptivo como es agrichar, puesto que estaba registrado por una casa comercial), su uso se remonta a algunos siglos atrás, y se estudia su composición y uso des de finales del siglo XIX, aunque los estudios de sus efectos son todavía muy recientes y muy susceptibles al tipo de suelo estudiado. Así pues, su importancia actual se debe a dos hechos primordiales:

1. El descubrimiento de partículas similares al carbón en suelos sorprendentemente fértiles y de elevado contenido en carbono, denominado Terra Preta do Indio, situados en la Amazonia del Brasil.

La denominada Terra Preta (“Tierra negra”) es consecuencia de prácticas de manejo de suelos ancestrales y parecidas al carboneo de leña y otros restos de biomasa, llevadas a cabo por culturas indígenas precolombinas. Este tipo de suelos ha sido estudiado a lo largo del siglo XX por su elevada fertilidad en comparación con los oxisoles (ferralsoles o suelos lateríticos) adyacentes (típicos de las zonas tropicales), y por su popularidad entre las poblaciones cercanas debido a la productividad y calidad de cultivos. El crecimiento de dichos cultivos es muy rápido, incluso tres veces mayor comparado con cultivos de campos adyacentes fuera de la Terra preta. Estos suelos se identifican por el color negro de su perfil edáfico y contienen altos niveles de materia orgánica y nutrientes como N, P, K y Ca. Estas características se atribuyen en parte a su elevado contenido en carbón (Lehmann et al., 2003; Petersen et al., 2001). Este tipo de suelos también se ha encontrado en otras partes del mundo, y en distintos continentes.

Comparacion oxisol vs terra preta

Típico suelo tropical de la zona (Oxisol) (izq.) y Terra Preta (suelo enriquecido con carbón vegetal). Fuente: http://www.mindthesciencegap.org/2012/02/17/biochar-what-it-is-what-it-does-and-why-we-need-it/

 

2. La demostración científica de la recalcitrancia del biochar frente a otras enmiendas, que indica materia orgánica muy persistente por su estabilidad o resistencia a los procesos de degradación microbianos (actividad biológica) i físico-químicos del suelo, y su contribución al incremento de la disponibilidad de nutrientes en el suelo. Así pues, actúa como reservorio de larga duración de carbono, retardando su retorno a la atmosfera como CO2, situación que contribuye a mitigar el cambio climático a pequeña escala.

Cabe destacar que en la Península Ibérica se ha utilizado de manera tradicional este tipo de combustión parcial (artigueo, carboneras) para la obtención de cenizas, biomasa carbonizada y carbón vegetal que se han empleado como abono de cultivos y fuente de energía durante siglos. Nuestros abuelos ya sabían que en el bosque, la tierra de los lugares donde se había hecho una carbonera era muy fértil, e iban a buscarlo para sus planteles. 

Comentar finalmente, que a nivel ambiental el uso de biochar, a pequeña escala y en uso sostenible, parece tener un impacto favorable, y existe cuantiosa información en la red, siempre y cuando se use de manera correcta. Pero cabe destacar por su importancia, el acuerdo de rechazo a la promoción y comercialización del biochar a gran escala y con fines económicos, firmado por asociaciones ecologistas de varios países: Biochar: una nueva amenaza para los pueblos, la tierra y los ecosistemas. Sin embargo, es a nivel agrario, y a nivel edáfico específicamente, el interés de este artículo.

 

Características del biochar

Las características del biochar son muy variables y dependen de la materia prima y de su elaboración (temperatura alcanzada y mantenida, cantidad de oxígeno en la combustión, etc.), Aun así, comunes a todos los biochars son:

  • Alto contenido en carbono (posee un 75-90% de C)
  • Bajo contenido en nitrógeno
  • pH alcalino
  • Baja densidad
  • Alta retención hídrica
  • Material muy poroso y con gran superficie específica con propiedades adsorbentes.
  • Alta aromaticidad (relación H:C)
  • Degradación muy lenta. Debido a su recalcitrancia, el tiempo de residencia del biochar en el suelo es de cientos a miles de años, al menos de 10 a 10.000 veces mayor que los tiempos de residencia de la mayoría de la materia orgánica del suelo. Sin embargo, no todo el biocarbón permanece inalterado en el suelo, sino que una parte de éste puede ser oxidada, lo que modifica algunas cualidades del suelo.

 

Propiedades y beneficios del biochar como enmienda

La lista que sigue es un compendio de distintas propiedades del biochar, estudiadas por diversos autores. Aun así, comentar que no todos los autores comparten las mismas conclusiones acerca de las propiedades del biochar ni han obtenido los mismos resultados, ya que existen cuantiosas variables entre estudios (edafología y biología del suelo, clima, orografía, etc.).

Comentar antes de todo, también hay algunos expertos que dicen que no se puede añadir al suelo un material tan estable y alcalino (vigilar con el pH) del cual todavía no se conoce totalmente su comportamiento.

  • El carbono puede ser almacenado durante cientos de años, dada la estabilidad del biochar, por lo que resulta ser una fuente de carbono estable almacenado en el suelo, que lo enriquece. Aun así, el biochar también tiene componentes degradables.
  • Ayuda a recuperar fertilidad al suelo y mejora el crecimiento de las plantas. Aumenta su fertilidad a través de su influencia en sus propiedades físicas, químicas y biológicas.
  • Aumento del contenido de la materia orgánica en el suelo.
  • Al aplicar biocarbón al suelo se incrementa la capacidad de retención de agua, y aumenta el contenido de humedad, por lo que se reducen los costes de riego. En este sentido, Glaser (2002) encontró en suelos de Terra preta una capacidad de retención de agua superior en un 18% en comparación a los suelos adyacentes.
  • Se reduce la escorrentía.
  • Eleva la disponibilidad de nutrientes.
  • Aumento de la disponibilidad de nutrientes para las plantas en parte por la mejora de la capacidad de intercambio catiónico en el suelo (CIC), así como la estimulación de los procesos biológicos que permiten mejorar la estructura del suelo y la capacidad de almacenamiento de agua.
  • El biocarbón por lo general incrementa la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo y, por lo tanto, la retención de NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, lo que probablemente se atribuye a su elevada superficie específica, alta carga superficial negativa y elevada densidad de carga.
  • Por lo general, el biochar aumenta la productividad y calidad del suelo, sobre todo en suelos ácidos y pobres en nutrientes, como por ejemplo los oxisoles.
  • La aplicación de biocarbón aumenta la capacidad de retención de nutrientes en el suelo con la consecuente reducción de la necesidad de aplicar altas dosis de fertilizantes.
  • El biochar es una fuente de nutrientes de liberación lenta.
  • Contribuye a una mayor eficiencia en la nutrición de las plantas de cebada.
  • Mejora las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.
  • Mejorador de las propiedades físicas (porosidad, infiltración de agua, estructura, densidad aparente).
  • La incorporación de biocarbón al suelo puede alterar sus propiedades físicas tales como la textura, la estructura, la distribución del tamaño de poro, el área superficial total, y la densidad aparente, con repercusión en la aireación, capacidad de retención de humedad, crecimiento de las plantas y facilidad de laboreo del suelo.
  • La aplicación de biocarbón mejora la aireación del suelo y hace más fácil el laboreo.
  • Incremento de la actividad microbiológica en suelos enriquecidos con biochar, hacen referencia a la capacidad del biochar debido a su estructura en microporos, para permitir el establecimiento de colonias microbianas. Sin embargo, falta conocimiento en cuanto a que tipo de comunidad microbiana puede verse favorecida, y lo que es más importante, el tipo de actividad que puedan realizar en el ecosistema edáfico.
  • El biochar funciona como portador de microorganismos, por lo que su adición al suelo puede incrementar la población de hongos micorrízicos.
  • Mejora las propiedades biogeoquímicas de los ciclos del carbono y nitrógeno. Debido a su recalcitrancia, el uso del biocarbón como mejorador de suelos no conlleva un aumento de carbono lábil, por lo tanto, la relación C:N efectiva no aumenta, por lo que no se tiene un efecto adverso en la asimilación de nitrógeno por parte de las plantas.
  • Aumenta el pH del suelo.
  • Usado con fines de encalado, el biocarbón ha mejorado el balance del pH.
  • Reduce la lixiviación y la escorrentía superficial.
  • Absorbe pesticidas y metales pesados. Se ha demostrado que el biocarbón puede retener elementos metálicos o contaminantes.
  • El bicarbón puede favorecer la sorción de compuestos orgánicos como herbicidas, pesticidas, enzimas; así como compuestos hidrofóbicos como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), bifenilos policlorinados en suelos y sedimentos, contribuyendo así a evitar efectos nocivos a corto y largo plazo.
  • Distintos autores obtienen incrementos de productividad en diferentes cultivos. Según Sohi et al., (2009), el biochar aumenta la producción de las cosechas:

1. por la modificación directa de la química del suelo debido a la composición del biochar,

2. el biochar está formado por superficies químicamente activas que permiten modificar la dinámica de los nutrientes en el suelo o bien catalizan reacciones útiles para la obtención de un suelo fértil,

3. modifica físicamente el suelo de manera que beneficia el crecimiento de las raíces y aumenta la retención de agua y nutrientes.

  • El biochar permite obtener igual rendimiento de cosecha con una dosis más baja de fertilización que aquellos cultivos en los cuales se aplica la dosis óptima de fertilización. Se sugiere que la aplicación de biochar en suelos de cultivo no sería tanto para aumentar la producción, sino más bien para asegurar un equilibrio de las cosechas. El biochar resulta ser más un estructurador de suelos que un fertilizante.
  • Mejora el proceso de compostaje.
  • Ingrediente del bokashi.
  • El biochar incrementa el secuestro de carbono en el suelo, reteniendo el C y reduciendo el que se emite a la atmosfera (CO2), considerándose como un factor inhibidor del cambio climático.
  • El biochar disminuye las emisiones de óxido nitroso y metano, que son también gases de efecto invernadero.

 

Proceso de pirolisis, a grandes rasgos

El proceso de pirolisis [piro = fuego, lisis = ruptura] involucra una red compleja de reacciones asociadas a la descomposición de los principales constituyentes de la biomasa, como son la celulosa, la hemicelulosa y la lignina, que se caracterizan por su reactividad diferente, modificando las propiedades físicas y químicas de la materia prima.

En la producción de biochar, nos interesa obtener la mayor superficie específica sin alcanzar un pH demasiado elevado.

Temperatura:

La celulosa es uno de los componentes más importantes de los residuos agrícolas, por ello resulta interesante observar cuál es su cambio durante la pirolisis. Su degradación térmica entre 250 y 350 °C da lugar a muchos compuestos volátiles (vapores de agua y alquitrán, hidrocarburos, ácidos, H2, CH4, CO y CO2) quedando una matriz de carbono amorfa y rígida. Al aumentar la temperatura, se incrementa la proporción relativa de carbono aromático por la pérdida de compuestos volátiles y se lleva a cabo la conversión de carbonos, de oxialquilos a arilos y oxiarilos, cuyas estructures son semejantes a la del furano.

A 330 °C las láminas de grafeno poliaromático empiezan a crecer lateralmente, a expensas de la fase de carbono amorfo y eventualmente coalescente.

A una temperatura de 300-450 ºC se produce carbón, pero no biochar, puesto que no se consigue la superficie específica adecuada (“surface area” en el gráfico), entre otras características.

A 600 °C, el proceso dominante es la carbonización, lo que provoca la remoción de la mayoría de átomos no carbonosos como Ca, Mg, K, que se mantienen en la materia original por lo que aumenta aún más la proporción relativa de carbono, que puede ser mayor del 90% en peso en los biocarbones de materias primas de madera.

Así pues, la diferencia entre el biochar y otros carbones viene dada por la temperatura empleada. Por debajo de los 400ºC el carbón no dispone de las propiedades del biochar, y por encima de los 600ºC la estructura del carbón queda alterada y pierde parte de su capacidad de absorción.

Lehmann (2007) considera que entre 450 y 550 ºC podría ser la temperatura óptima para la elaboración del biocarbón. Otros elaboradores de biochar consideran el óptimo entre 500 y 550 ºC.

A estas temperaturas las moléculas se reordenan, creando microtubos (laminas tubulares), aportando una elevada porosidad, a diferencia del carbón normal que es amorfo. Así pues, el biochar es 100 veces más potente que el carbón normal.

Grafica biochar

A mayor temperatura, incrementa el pH, la CEC (mmolc/Kg) y la superficie específica, y disminuye la recuperación de carbono. Fuente: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1890/1540-9295(2007)5%5B381:BITB%5D2.0.CO;2/full

pH:

Debe prestarse atención que al incrementar la temperatura se incrementa el pH del carbón (habitualmente obteniéndose pH de entre 8 y 9), y puede ser un inconveniente en suelos básicos. Si bien el material orgánico de origen para elaborar el biochar hace variar el pH final, como es el caso de usar cáscara de almendra que fue de 9, y con corteza de roble fue de 7, según Teresa Soler.

Según el gráfico, a una temperatura de 800ºC alcanzamos un pH de alrededor de 12.

 

Capacidad de intercambio catiónico (CIC o CEC):

Se ha demostrado que la CIC puede ser muy baja cuando se usan bajas temperaturas en la pirolisis, pero se incrementa significativamente a temperaturas más altas. También se ha reportado que el biocarbón presenta una mayor capacidad de intercambio de cationes (CIC) por unidad de carbono que la materia orgánica del suelo (debido a su mayor área y carga negativa superficial, y a una mayor densidad de carga). Las cargas superficiales del biocarbón pueden ser positivas, principalmente en los biocarbones recién preparados. A medida que avanza el envejecimiento del biocarbón se generan más cargas negativas que positivas. Los biocarbones maduros presentan mayor CIC que los jóvenes.

 

Porosidad:

El biochar posee una alta porosidad con micro, meso y macroporos, cuyos tamaños van de <2 nm, 2-50 nm y >50 nm, respectivamente. Los macroporos provienen de los espacios propios de la materia prima original, mientras que los microporos son generados en el proceso de pirolisis, por lo que al aumentar la temperatura aumenta la microporosidad. Esta porosidad resulta ser un hábitat para microorganismos.

 

La combustión y pirolisis, a mayor detalle

El proceso para obtener biochar es un desarrollo tecnológico de la industria bioenergética, que incluye, además de la combustión, la pirolisis y la gasificación de la biomasa. Es posible obtener tres productos resultantes de estos procesos: gas de síntesis (syngas), bioaceite (“biooil”) y un residuo solido rico en carbono, el biochar.

La pirolisis, es el proceso termoquímico usado para transformar biomasa y otros materiales orgánicos de baja densidad energética (~1.5 GJ m-3) a: líquidos de alta densidad energética, conocidos como bio-aceites (~22 GJ m-3 o ~17 MJ kg-1), a sólidos de alta densidad energética conocidos como biocarbón (~18 GJ kg-1) y a un gas de relativamente baja densidad energética, conocido como syngas (CO y H2) (~6 MJ kg-1).

Fundamentalmente la pirolisis involucra el calentamiento de materiales orgánicos a temperaturas superiores a 400 °C en ausencia de oxígeno. A estas temperaturas, los materiales se descomponen térmicamente, liberando una fase de vapor y generando una fase sólida residual (biocarbón). Si los vapores de la pirolisis son enfriados ocurre una condensación en compuestos líquidos polares y de alto peso molecular (bio-aceite), mientras que los compuestos volátiles de bajo peso molecular permanecen en la fase gaseosa (gas de síntesis o syngas).

Existen 4 tipologías de pirolisis: lenta, rápida, ultrarrápida y de gasificación, dependiendo del material final que se desee obtener. Existe también otra forma de pirolisis para materiales con elevado contenido de agua, carbonización hidrotérmica. A continuación, se define brevemente la pirolisis lenta, por ser el proceso con mayor rendimiento en biocarbón.

Pirolisis lenta: La pirolisis lenta o convencional, comparable a la que se ha utilizado durante siglos en las carboneras de nuestros bosques, se basa en la combustión parcial de la biomasa por calentamiento uniforme y lento (aproximadamente 0,1-2ºC/seg), de largos tiempos de residencia de los sólidos y el gas a temperaturas bajas de alrededor de los 500 °C (entre 450 y 650ºC), y prácticamente sin oxígeno, con la captura simultánea de los gases producidos para la obtención de syngas, transformando aproximadamente un 40% de la biomasa original en biochar. Para la producción de este tipo de biochar se precisa de tiempos de residencia de minutos a días.

Cuadro productos pirolisis

Procesos de pirolisis y distribución de los productos generados. Fuente: http://oa.upm.es/39453/1/MARIA_JESUS_CUETO_GARCIA.pdf

 

Materiales para elaborar el biochar

Materia prima (biomasa)

Si se realiza a pequeña escala, de forma particular o local como deseable, se recomienda usar la biomasa que se disponga en la finca, como materia prima de fácil y barata obtención, puesto que se puede biocarbonizar cualquier tipo de materia orgánica.

Sin embargo, la biomasa utilizada para el proceso de pirolisis puede tener diferentes orígenes, siendo la agricultura, ganadería, sector forestal y residuos municipales los más habituales. De esta manera, restos de poda, biomasa procedente de diferentes cultivos, residuos diversos de actividades ganaderas y lodos de depuradora pueden ser materiales a pirolizar. El material de partida condiciona alguna de sus características como el contenido de macro y micronutrientes, la estructura física, la capacidad de retención de agua, etc.

Es recomendable usar materia orgánica lignificada de pequeño tamaño (ramas pequeñas de árboles (aconsejable de 4 a 12 cm de diámetro), astillas de madera, varas de avellano, restos de poda, cascaras de frutos secos, etc. También se pueden añadir ramas verdes, aunque es preferible materia seca para agilizar la combustión, además que la leña verde esta húmeda y se requiere mayor energía para evaporar la humedad, pudiendo hacer que la temperatura no alcance el grado óptimo). A su vez, se recomienda utilizar restos orgánicos de difícil compostaje, como restos de cosecha, de encañado, de poda, etc. que de manera habitual simplemente se queman, con emisión de CO2 a la atmosfera. Los restos orgánicos fácilmente compostables, se recomienda guardarlos para elaborar un buen compost.

Las plantas y árboles que contienen aceites o resinas, como el olivo o el pino, queman bien en verde.

Cabe destacar que los componentes orgánicos que conforman la biomasa original influyen directamente en las propiedades químicas y físicas del biocarbón formado, lo que define a su vez los efectos benéficos del biocarbón y su tiempo de residencia en el suelo.

Al ser más bajo el intervalo de temperatura (cuanto más dura el incremento de T) se aumenta la producción de biocarbón, y al ser mayor, disminuye. La velocidad de difusión térmica dentro de una partícula disminuye con el incremento de su tamaño, lo que resulta en un intervalo de calentamiento más bajo (por eso se recomienda que la medida de la materia prima no sea demasiado pequeña, como virutas, serrín, etc.). El carbón es maximizado por la pirolisis de partículas grandes con bajas tasas de calentamiento y baja temperatura.

A baja temperatura, el carbón es el producto dominante. Las maderas duras producen menos carbón, pero más ácidos que las maderas blandas.

Entre los materiales más citados en la literatura se mencionan los residuos de cosecha, plantas secas, biomasa de árboles, desechos de papel, de arroz, los residuos de aceituna, desperdicios orgánicos de la vida urbana, madera, estiércol, paja, hojas, camas de aves, algas, cáscaras de naranja, de nueces, lodos residuales, serrín, bagazo, …

Pirolisis nueces

Imágenes de cáscaras de nueces de macadamia crudas (A), que se sometieron a pirolisis (B). Imágenes al microscopio electrónico de barrido (SEM) de las cáscaras originales (C) y las cáscaras pirolizadas (D) muestran su estructura porosa a nivel microscópico. De estas imágenes podemos ver que la estructura básica de las cáscaras de la nuez permanece después de la pirólisis con la adición de macroporos grandes. Fuente: https://www.istc.illinois.edu/research/resource_recovery/biochar

 

El siguiente estudio, gráficos muy interesantes a continuación, analizó los efectos del biocarbón de dos materias primas típicas de zona mediterránea como son restos orgánicos de olivo y de pino, a diferentes dosis de aplicación de biocarbón (0, 0,5, 1, 2,5, 5 y 7,5%) respecto a peso seco de suelo, comparándolo sobre la capacidad de campo, densidad aparente, pH y conductividad eléctrica del suelo.

Cabe destacar, por lo que nos ocupa, la diferencia de pH que pueden proporcionar materias primas distintas. Sin menosprecio del resto de propiedades que también se ven alteradas. Lo que nos lleva a concluir que no todos los biochars (producidos con materias primas distintas) influyen de la misma manera ni aportan las mismas propiedades al suelo, por lo que parece imperativo conocer el biochar a utilizar.

 Efectos biochar

Efecto de la adición de dos tipos de biocarbón a distintas dosis con respecto al control (0%) sobre la capacidad de campo, densidad aparente, pH y conductividad eléctrica del suelo. Fuente: 6º Congreso Forestal Español.

 

Recipiente de pirolisis (horno)

 Existen cuantiosas maneras de crear hornos para elaborar el biochar, y muchas propuestas se encuentran en internet. El recipiente que se recomienda aquí es un bidón metálico (de los que se usan en la industria), por la facilidad de obtenerlo y su reducido coste. Algunos elaboradores de biochar han ensayado distintos tipos de hornos y han concluido que con el bidón metálico resulta un biochar de buena calidad. De manera más rudimentaria, se podría hacer un agujero en el suelo a modo de horno, aunque posiblemente sea más complicado alcanzar y mantener la temperatura deseada, y limitar la técnica pirolítica.

Dependiendo de la cantidad de biochar que se desee obtener, se puede hacer con un solo bidón (de un bidón se obtiene un volumen aproximado de unos 80-90 litros de biochar), o unir dos o tres bidones entre ellos.

Si se realiza en un solo bidón (ver imagen en el apartado Elaboración), éste debe posicionarse horizontalmente, con una obertura por donde queda la parte superior, asimismo, la obertura que se realiza puede mantener las “orejas” que quedan al cortar el metal para hacer el efecto embudo. Es más eficaz el bidón en posición horizontal que en vertical, puesto que necesita que entre un poco de aire en superficie para alimentar la llama, proceso que resulta complicado en el bidón vertical porqué la distancia que tiene que recorrer es mayor, y en proporción la obertura resulta ser pequeña para que entre oxígeno y salga humo a la vez.

Si se desea realizar mayor cantidad de biocarbón, se pueden juntar 2 bidones o más, manteniendo las proporciones. Se quitan las tapas de los bidones, deshaciendo la soldadura, o mediante corte, para abrirlos y posteriormente juntarlos. Se recomienda juntarlos mediante tornillos. Un bidón grande (procedente de dos bidones) tendrá una capacidad aproximada de 1 m3 de carbón (ver el dibujo siguiente). En este caso, la posición del bidón será vertical, vigilando que no entre oxígeno por abajo (se puede añadir un poco de tierra en la base).

2 bidones biochar

Esquema de la unión de 2 bidones para crear un horno mayor. Fuente: Culturaedafica.

 

Elaboración del biochar

Para la elaboración del biochar se requiere básicamente de la materia prima a pirolizar, un recipiente donde realizar la quema, y agua (opcional).

Al hacer uso del elemento fuego, hay que ser cuidadosos y realizar el biochar en un día que no haga mucho viento y que no sea en período de riesgo de incendio, por seguridad personal y del medio.

Se enciende fuego en el horno, y se va colmatando de biomasa, vigilando que siempre haya llama viva y ésta no se ahogue, creando un “muro” de fuego que limite el acceso de oxígeno a las brasas, que se convertirán en biochar. La llama debe estar repartida en toda la superficie de la obertura, y debe ser constante para no permitir el acceso del oxígeno. Para producir la pirolisis (combustión sin presencia de oxígeno) el aire ambiente aviva el fuego, pero sin acceder el oxígeno al interior del horno. No deber haber, pues, entradas de aire sin control, el horno no debe tener agujeros o grietas por donde pueda acceder aire y en su interior debe haber ausencia de oxígeno.

Esquema elaboración biochar

Esquema de la elaboración de biochar. Fuente: Culturaedafica.

La biomasa a quemar debe ser de similar medida para homogeneizar el proceso. Si hay variedad de tamaños se recomienda dividir por tamaño y hacer varias pirolisis. En el caso de utilizar ramas de poda como biomasa, preferiblemente utilizar ramas de tamaño medio, no muy gruesas pero suficiente para que hagan carbón, y mejor no usar troncos.

No añadir toda la biomasa de golpe, sino de manera progresiva, para no producir demasiado humo. Al principio saldrá más humo, pero cuando empieza la pirolisis, si la combustión es correcta el humo debe ser incoloro (no se debe ver a simple vista).

Si se observa mucho humo es que la combustión no se realiza correctamente. Si este es el caso, oxigenar la leña para mejorar su combustión.

Al ir añadiendo más biomasa en el interior del horno, se puede remover un poco las brasas, con el objetivo de dar espacio a las futuras brasas y reducir el espacio donde podría infiltrarse oxígeno. Cuando haya poca llama, hay que añadir nueva biomasa, sino el oxígeno puede alcanzar la brasa y se perdería la combustión pirolítica.

Una vez agotada la biomasa a pirolizar, se termina la combustión (el fuego) de manera brusca, añadiendo agua fría abundante (no hay límite de agua), pero sin inundar. Al añadir el agua, se puede dejar enfriar, o se puede tapar el bidón dejando que se enfríe al vapor hasta el día siguiente. Este cambio brusco de temperatura ayuda en el hinchamiento de los poros del carbón. Esta adición de agua no es imprescindible, aunque si recomendable, puesto que a la vez se baja la temperatura del biochar. Si se quiere el biochar seco, recordar que una vez humedecido necesita de largo tiempo para secarse.

Elaboración practica biochar

Elaboración del biochar. Imagen 1) debe disponerse del material orgánico preparado y cerca del lugar de la pirolisis. 2) Ejemplo de un bidón metálico para la combustión. 3) Aspecto del biochar apagado con agua. 4) Tamaño del biochar. 5) Porosidad del biochar observado mediante microscópio (x400). Fuente: Culturaedafica.

El material que se obtiene deben ser trozos negros de carbón vegetal, de una medida más o menos uniforme. No es deseable la ceniza blanco-grisácea, ya que dispone de otras características, entre ellas es bactericida.

Es recomendable triturar el biochar a tamaño harina para su posterior aplicación. Se puede realizar el triturado mediante el paso del coche o tractor por encima, o de manera más sofisticada mediante un rulo o un molino. Para triturar el biochar, éste debe estar bastante seco, sino se forma una pasta.

Biochar humedo

Biochar molido y ensacado. Al estar húmedo se aprecian grumos de carbón. Fuente: Culturaedafica.

A modo de ejemplo práctico orientativo, en la elaboración de biochar mediante madera de avellano, y en un solo bidón puesto de manera horizontal con abertura en la parte superior:

  • Una sola persona requiere de 1,5 horas aproximadamente para llenar el bidón (adaptar las ramas a la medida del bidón, y controlar y alimentar el fuego). Comentar que el bidón nunca se llenará completamente de biochar, siempre quedará una parte del volumen sin llenar, dónde se han quemado las últimas ramas.
  • Se añaden aproximadamente unos 25 litros de agua para apagar el fuego y bajar la temperatura, removiendo el biochar (esta cantidad de agua sirve para reducir la temperatura de manera rápida). Recordar que la cantidad de agua no es fija, puede añadirse más, menos, o nada de agua, dependiendo del tiempo que se disponga para bajar la temperatura y poder tocar el biochar.
  • De un bidón se obtiene un volumen aproximado de unos 80-90 litros de biochar.

 

 Conocer el comportamiento del biochar

Es importante conocer el comportamiento del biochar para saber su validez o utilidad en el campo de cultivo. No es obligatorio analizar el biochar cada vez, pero sí que se recomienda examinarlo de vez en cuando. A tal efecto, transcribo lo que comenta Teresa Soler en el artículo “El polèmic biocarbó, o biochar” en la Revista Agro-cultura:

“Antes de aplicar el biochar al cultivo sería interesante conocer su comportamiento en el suelo, en base a un test de germinación, de porosidad y de pH. […] También pueden probarse otros indicadores de calidad del biocarbón, como el test de lombrices, etc., así como sería recomendable realizar un análisis de laboratorio para comprobar que el producto no aporta compuestos tóxicos.

Medida del pH de un biochar: una manera es llenar un tarro de cristal con un 10% (en peso) de biochar y el resto de agua destilada. Se tapa y se pasteuriza (hirviéndolo suficientemente dentro del agua o al vapor). Una vez frío, se mide el pH de la parte líquida.

Porosidad: Al efectuar la medida del pH, se pueden observar los microporos del biochar (parte deseada del biocarbón por su porosidad) que estará precipitado en el tarro, por el contrario, el biochar hidrofóbico (que repele el agua) quedará flotando en superficie. Si aparece mucho biochar hidrofóbico, no se recomienda para su uso en agricultura.

Test de germinación: Este test sirve para conocer si el biochar favorece la germinación de las semillas o la inhibe. Se mezcla en una bandeja a partes iguales, el sustrato que se utilizará y el biochar finamente triturado. En otra bandeja se llena de sustrato únicamente (control). Sembrar el mismo número de semillas (se recomiendan semillas de rápida germinación, como la lechuga) en ambas bandejas (para que resulte representativo, se recomienda un mínimo de 20 semillas por bandeja). Una vez germinadas, se cuentan. En principio debería notarse una mejor germinación en la bandeja de sustrato con biochar. Si no es así, no sería un biocarbón recomendable.”

 

Aplicación del biochar

Remarcar primeramente que todavía no se dispone de información clara acerca de las relaciones entre las propiedades físico-químicas del biochar y las propiedades que éste aporta al suelo.

Según Julie Major, del International Biochar Initiative, para aplicar biocarbón al suelo se deben considerar una serie de factores, entre los más importantes:

  1. los relacionados con el suelo (tipo y erodabilidad),
  2. prácticas de cultivo,
  3. condiciones del entorno (clima, humedad),
  4. la forma de aplicación (con maquinaria o manual, superficial a 0-30 cm o a mayor profundidad > 30 cm, en banda o cerca de las raíces).

Se ha definido la Capacidad de Carga con Biocarbón (CCB) como la cantidad máxima de carbono, en forma de biocarbón, que puede ser adicionada a los suelos de manera segura sin comprometer otras funciones de éste o del ambiente en general. Sin embargo, no es claro cómo se determina esta cantidad. Tampoco se sabe si la CCB varía en los biocarbones producidos por distintas materias primas y procesos, o si varía en diferentes tipos de suelos y condiciones ambientales.

Un dato interesante es que, el biochar es un material que dispone de propiedades típicas de la arcilla, como la retención de nutrientes, retención de agua, hábitat para los microorganismos, etc., y a su vez propiedades de la arena, como la permeabilidad (aire y agua), que no se compacta, etc. Por lo tanto, en suelos arenosos el biochar aporta las propiedades de la arcilla y viceversa en suelos arcillosos.

 

Cantidades de aplicación en suelos agrarios

Las cantidades aplicadas deben estar basadas en resultados experimentales. Además, no es necesario aplicarlo repetidamente en un cultivo como en el caso de abonos o compostas, ya que su efecto perdura en el suelo debido a la recalcitrancia que exhibe el biocarbón. Los expertos todavía no se han puesto de acuerdo en las cantidades a aplicar.

En relación a la CCB, hay estudios que comentan cargas mayores de 140 Mg ha-1, otros concluyen cargas de 50 Mg ha-1 y 60 Mg ha-1, aunque en este caso, los efectos positivos en el rendimiento desaparecieron al aumentar la dosis. También se han estudiado dosis de 5 a 50 Mg ha-1, complementadas con una gestión correcta de la fertilización.

Otro estudio, analizó los efectos del biocarbón a diferentes dosis de aplicación: 0%, 0,5%, 1%, 2,5%, 5% y 7,5% de biocarbón respecto a peso seco de suelo, concluyendo que la mayor de las dosis era la que mejoraba más el suelo.

K. Wade recomienda entre el 5% y el 25% máximo de biochar en las aplicaciones, y aplicar juntamente con el compost, o mezclado con otros productos (biofertilizante, bokashi, etc.), ya que el biochar es como una esponja seca si se aplica directamente. Para mezclar con compost se puede añadir al 10% de biochar, y para activar biochar con biofertilizante, a razón de 1%.

Hay también quien mezcla el biochar en el compost a razón del 20%.

T. Soler comenta que al compost se puede añadir hasta un 20-30% en peso de biochar, en cantidades más elevadas detiene la descomposición.

El biochar realmente no tiene limitación en su aplicación, pero no tiene sentido aplicar más cuando no hace falta mejorar un suelo que ya es adecuado. De hecho, no vale la pena aplicarlo en suelos fértiles, sino que hay que hacerlo en suelos degradados a recuperar, que sean muy ácidos, muy arenosos o estén muy desestructurados.

 

Modo de aplicación

En agricultura, el biocarbón se puede aplicar directamente al suelo incorporándolo superficialmente, en trozo o triturado en harina, recomendado de esta última manera. También se recomienda que el biochar se haya inoculado con compost o biofertilizante antes de aplicar.

El tamaño óptimo para aplicar el biochar todavía no se ha definido, pero se recomiendan medidas de partículas pequeñas hasta tamaño harina (triturado), que sigue manteniendo la porosidad y se mezcla más fácilmente con otros productos. Puede aplicarse en forma de perdigones junto con otro tipo de mejoradores como abonos o compostas, y en ocasiones se requiere humedecerlo para evitar pérdidas en el aire y que sea aspirado por quien lo aplica.

Un artículo recomienda aplicar el biochar húmedo, argumentando que “dañaba la actividad de la fauna del suelo porque se añadía en seco, no siendo pernicioso cuando se encuentra mojado”.

Así pues, el biochar es una esponja seca, por lo que se debe cargar de elementos minerales, harina de roca, de microorganismos, etc., sino puede suceder el efecto contrario y absorber y retener lo que ya disponíamos en el suelo.

En agropecuaria, si se dispone de ganado se les puede ofrecer biocarbón para comer. Parece ser que cura ciertas enfermedades, y reduce problemas gastrointestinales como las diarreas, aunque es un campo todavía a desarrollar. En pienso, un 1-2% (en peso) de biochar, se recomienda triturado en harina, pero también se puede añadir trozo entero, aunque esta cantidad se puede incrementar o reducir según la evolución de las enfermedades de los animales. En el caso de los cerdos, se comen el biochar directamente del suelo.

También se puede utilizar el biocarbón en el lecho del ganado, en un 20%. Ayuda a la descomposición del lecho y reduce las moscas y los malos olores.

En higiene, otro modo de aplicar-lo, como explica T. Soler, es en el váter seco, en el fondo del cubo para que la cascarilla que se utiliza no quede pegada al culo.

 

Bibliografia

 

 

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