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¿Qué es el carbón vegetal?

¿Qué es el carbón vegetal?

El carbón vegetal es aquel biocombustible que se produce como consecuencia de una combustión incompleta de la madera. La diferencia sustancial entre el carbón vegetal y esta es que el primero tiene un contenido en carbono mayor y, por tanto, será mejor combustible. La gran ventaja que presenta frente a la madera (como la leña o las astillas), es que el carbón no es atacable por microorganismos al ser un material prácticamente inerte.

Características físicas:

  1. Forma, color y aspecto: la forma del carbón es similar al de las leñas de donde procede, pudiendo ser muy variada, aunque el color y el aspecto difieren mucho ya que es muy oscuro como consecuencia de las reacciones de carbonización que se producen.
  2. Tamaño: el tamaño del carbón es también el de la materia prima que se emplea para la carbonización. A la vista de la comercialización que se tiene en este biocombustible, en donde el nicho de mercado fundamental se encuentra en su uso en parrillas y barbacoas principalmente en periodo estival, los fragmentos deben ser pequeños ya que se envasa en sacos de plástico de unos pocos kilogramos para facilitar su manipulación.
  3. Densidad: esta característica es muy importante, ya que como normalmente su comercialización se realiza en envases de poco peso, a igualdad de peso y a mayor densidad, mayor energía y mayor facilidad y reducción de costes de transporte. Depende, obviamente, del material de partida, siendo mayor para el caso de las especies frondosas en lugar de las coníferas. Además, en función de cómo se realice la carbonización y la temperatura a la que se lleve a cabo, la densidad aumentará o no en mayor o menor medida en función también de la presión a la que esté sometida la madera empleada.
    1. Temperatura de carbonización (ºC) 150: Densidad real (Kg/m3) 1.500
    2. Temperatura de carbonización (ºC) 240 Densidad real (Kg/m3) 1.500
    3. Temperatura de carbonización (ºC) 270: Densidad real (Kg/m3) 1.400
    4. Temperatura de carbonización (ºC) 1.600: Densidad real (Kg/m3) 2.000
  4. Superficie específica: sobre la base de la diferencia de densidad comentada, se determina que el carbón vegetal tiene una gran cantidad de poros, lo que es positivo para la obtención de energía.
  5. Humedad: se puede referir tanto a base húmeda como a base seca. Es un parámetro de gran importancia en los materiales de partida a partir de los cuales se obtiene carbón vegetal, ya que, a mayor humedad, menor rendimiento en la obtención de este. También depende de la temperatura del proceso de carbonización. Además, al ser un material prácticamente inerte, no tiene la capacidad de absorber agua. El contenido de humedad suele estar entre el 6 y el 10 % medido en base seca.
    1. Temperatura de carbonización (ºC) 150: Humedad (%) 21
    2. Temperatura de carbonización (ºC) 250: Humedad (%) 7
    3. Temperatura de carbonización (ºC) 350: Humedad (%) 6
    4. Temperatura de carbonización (ºC) 450: Humedad (%) 4
    5. Temperatura de carbonización (ºC) 1.500: Humedad (%) 2
  6. Resistencia a la compresión: si este valor es pequeño, ocurre que se puede fragmentar el carbón con el transporte y la manipulación y generar importantes cantidades de polvo. Cuando se produce la carbonización a altas temperaturas y de manera rápida, respetando en todo momento la estructura original de la madera, la resistencia a la compresión aumenta y, por tanto, la calidad del carbón.

Características químicas:

  1. Composición química: esta depende de la composición química de la materia que se emplea para la obtención de carbón, de la temperatura en la que se lleva a cabo el proceso y del tipo de carbonización que se utiliza. A igualdad de condiciones, tendrán más carbono y, por tanto, mayor poder calorífico, los carbones vegetales que proceden de materias primas que tienen elevados porcentajes de carbono. Además, con el incremento de temperatura se obtienen también carbones con mayores contenidos en dicho elemento.
    1. Temperatura de pirólisis (ºC) 100: % C 50,28
    2. Temperatura de pirólisis (ºC) 200: % C 48,88
    3. Temperatura de pirólisis (ºC) 250: % C 50,64
    4. Temperatura de pirólisis (ºC) 300: % C 58,75
    5. Temperatura de pirólisis (ºC) 350: % C 75,69
    6. Temperatura de pirólisis (ºC) 400: % C 76,89
    7. Temperatura de pirólisis (ºC) 450: % C 81,18
    8. Temperatura de pirólisis (ºC) 500: % C 82,96
    9. Temperatura de pirólisis (ºC) 550: % C 87,11
    10. Temperatura de pirólisis (ºC) 600: % C 89,39
  2. Poder calorífico: depende de la composición química de la materia prima empleada y del proceso de carbonización empleado.

Tecnologías de carbonización

El proceso de obtención de carbón vegetal es variado al utilizar técnicas completamente manuales y artesanales, hasta técnicas completamente industriales.

El concepto “tiempo de ciclo” se utilizará en varias ocasiones a lo largo de este apartado, y es la suma de los tiempos de carga del horno, del tiempo de carboneo, del tiempo de enfriado del carbón y del tiempo de descarga de este. Lo que interesa, en todo momento, es que el tiempo de ciclo sea lo más corto posible, porque de esa manera la cantidad de carbón producido es mayor y, por ello, la rentabilidad de las instalaciones necesarias para que el proceso de carbonización se lleve a cabo será también mayor.

La clasificación de tecnologías que se pueden realizar es variada, atendiendo a diferentes criterios. Seguidamente se encuadran los tipos de obtención de carbón vegetal más destacados, aunque no son los únicos.

Atendiendo a la barrera de separación madera-medio externo:

  1. Tierra: fosa de tierra, parva tradicional, parva sueca con chimenea y horno Casamance.
  2. Ladrillo: horno de media naranja argentino, horno de colmena brasileño, horno de colina y horno cerámico Marcos.
  3. Hormigón armado: horno Missouri.
  4. Ladrillo-acero: horno Schwartz, horno Lambiotte.
  5. Acero: horno metálico Marcos, horno TPI, horno Carbofrance, horno Pillard y horno Coppe.

Atendiendo al combustible que se emplea para secar y calentar la madera que se utiliza para obtener carbón vegetal:

  1. De la propia madera: parvas (tradicional y sueca), fosas de tierra, hornos de ladrillo, horno Missouri, horno TPI y horno Carbofrance.
  2. De otro combustible:
    1. Si el calor se transmite de manera indirecta: horno de retortas metálicas.
    2. Si el calor se transmite de manera directa a través de un gas caliente que circula entre la madera: horno Schwartz y horno Lambiotte.

Atendiendo a la inversión inicial necesaria para su construcción:

  1. Artesanales: de inversión muy pequeña, con tiempo de ciclo entre 20 y 35 días, del tipo parva y fosa.
  2. Semindustriales: de media inversión, con tiempo de ciclo entre 5 y 10 días, del tipo horno media naranja, horno colmena brasileño, horno de colina, horno TPI y Carbofrance y horno metálico Marcos.
  3. Industriales: de inversión alta, con tiempo de ciclo inferior a un día, del tipo horno Lambiotte y horno Lurgi.

Se comentan ahora de manera somera cada uno de ellos:

  1. Fosa de tierra: consiste en excavar en el suelo una fosa donde se deposita la madera que se desea carbonizar, tapándose posteriormente con tierra. El carbón obtenido es irregular y de composición diferente en función de si procede del lugar donde se ha iniciado la carbonización o del lugar en el que ha finalizado.

Existen fosas de tamaño pequeño (de un metro de ancho como máximo) y de tamaño superior (con varios metros de ancho). Se forman con la ignición de madera, de tal modo que, una vez que haya un buen fuego, se va echando madera a la fosa hasta taparla, y el fuego se apaga, pero sigue habiendo combustión, aunque sin llama. Posteriormente, se tapa con paja u hojas y encima se coloca una capa de tierra, dejando los huecos oportunos para facilitar en todo momento la salida de gases.

  1. Parva tradicional: produce un carbón irregular ya que en ningún momento se controlan las condiciones del proceso. La forma de la parva suele ser tronco-cónica o de montículo, con dimensiones que varían, y su construcción está basada en la disposición de los trozos de madera que se va a carbonizar, de tal manera que se permita la entrada de aire a la parva. En la parte más alta de la misma también habrá una serie de aberturas que permiten la salida de los gases que se producen como consecuencia del proceso que se lleva a cabo en su interior.

Una vez que la parva esté formada, se deja un par de días al aire libre, después se tapa, formando una capa de hojas, paja, etc., y encima de esta se coloca otra capa de arena procurando en todo momento que no sea de arcilla. El inicio de la carbonización se produce cuando se introduce un trozo de madera o de carbón vegetal por alguna de las aberturas existentes en la parva. La rapidez con la que se produce la carbonización depende de factores como la climatología del lugar, la madera empleada, la compactación de la carga, la forma de la parva y el control rudimentario del proceso.

  1. Parvas suecas: en el caso que se necesite obtener un carbón de calidad uniforme y en cantidades importantes, la parva tradicional debe sufrir algún tipo de modificación, como la colocación en la base de la misma de una red formada con troncos de madera sobre la cual se apila esta. Para la salida de gases se instala una pequeña chimenea en el lado opuesto por donde se incendia la parva.
  2. Horno media naranja argentino: de dimensiones variables, tienen forma de media naranja y están construidos en ladrillo. Disponen de puertas que deben estar ubicadas en posiciones perpendiculares a la de los vientos dominantes, así como aberturas laterales para la entrada de aire y superiores para la evacuación de los mismos. El carbón obtenido es de muy buena calidad.
  3. Horno de colmena brasileño: con forma de cilindro acabado en casquete esférico, fabricado todo él con ladrillos. El tiempo de ciclo es inferior a los vistos hasta ahora, estando aproximadamente en torno a 8-12 días, aunque se podría disminuir ligeramente en aquellos casos en los que se emplee agua para enfriar el horno, pero esto sería a costa de tener mayores costes de producción.
  4. Horno de colina: es una adaptación del horno de colmena y, por tanto, la calidad del carbón es similar a aquel. Se excava a media ladera una profundidad variable entre uno y dos metros, explanando el terreno. La inversión que hay que realizar en la construcción del horno no es muy elevada.
  5. Horno Missouri: se suele emplear en climas con bajas temperaturas y en aquellos lugares donde haya heladas. El tamaño del horno es lo suficientemente grande como para que la entrada y salida de material se produzca de forma automática con tractores, palas cargadoras, etc. Las puertas que posee son de acero para evitar siempre las entradas o salidas de aire, y se dispone de un total de ocho chimeneas (cuatro a cada lado del horno) por donde se produce la evacuación de los gases de carbonización. A la vista de las grandes dimensiones (variables en este tipo de hornos), un inconveniente que presentan es el tiempo de enfriamiento que necesitan.

El control del horno es importante ya que, en el caso de que se produjera algún tipo de incendio, los resultados podrían ser muy perjudiciales. A pesar de ser un horno donde, a priori, se pueden obtener importantes rendimientos, la práctica ha demostrado que el número de estos instalados y en funcionamiento no es destacado, ya que se requieren importantes inversiones para su construcción, la cantidad de madera que se necesita no es la que en la gran mayoría de las ocasiones está disponible, etc.

  1. Horno Schwartz: se trata de un horno que posee una particularidad frente al resto, utiliza los gases de escape para secar la madera y comenzar la carbonización.
  2. Horno Lambiotte: el carbón obtenido es de muy buena calidad y la continuidad del suministro de carbón es destacada por el carácter continuo del horno. La materia prima empleada debe transportarse hasta el lugar donde esté instalado, por lo que es un problema la ubicación, así como la garantía de la seguridad de suministro de madera para que esté trabajando el mayor tiempo posible, unido a las inversiones que hay que realizar en el momento inicial.
  3. Horno metálico Marcos: se trata de un horno portátil, con la ventaja que supone esto, ya que se puede ubicar en aquellos lugares en donde la abundancia de madera sea destacada para la producción de carbón vegetal. Los tamaños de este tipo de hornos son diversos y el precio de obtención del carbón con esta tecnología es muy competitivo. La forma es de prisma octogonal o hexagonal en su base, y termina en cono, de planta similar a la base.
  4. Horno TPI (Tropical Products Institute): se trata de un horno fácilmente transportable y se encuentra formado por tres secciones: cilíndrica o anular inferior, cilíndrica o anular superior colocada encima de la anterior y cónica de diámetro ligeramente inferior al anterior. Posee asas y bocas de salida de humos.
  5. Horno Carbofrance: se trata de hornos metálicos discontinuos y continuos. Posee una tapadera compuesta por dos piezas concéntricas y una chimenea que parte del centro de la pieza anterior. Presenta una serie de ventajas, como ser fácilmente desmontable, realizar un número importante de ciclos de carbonización y carbonizar una cantidad importante de residuos forestales.

El mercado del carbón vegetal

En España todavía se carbonea, sobre todo en la zona oeste y suroeste de la Península Ibérica, generalmente asociado a la existencia de especies forestales frondosas del tipo encina, alcornoque, olivo, etc. Todavía se usa mucho carbón vegetal en los municipios rurales de las zonas donde se carbonea.

El carbón vegetal se puede comercializar tanto a granel como ensacado, cuyo uso fundamentalmente es el sector doméstico para las cocinas y las barbacoas. Es en este caso cuando el carbón alcanza precios más elevados.

La posibilidad de briquetar el carbón vegetal es importante ya que lo posibilita a ocupar el nicho de mercado que de por sí ya se comentó para el caso de las briquetas, fundamentalmente de residuos forestales, aunque este tipo de biocombustibles son muy demandados por el sector industrial.

 

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