Biocarbón

El biocarbón es una enmienda del suelo resultante de la pirólisis de biomasa . Se utiliza en agricultura para aumentar la calidad de los suelos y, por tanto, su productividad. Muchos estudios también han subrayado el interés del biocarbón en la lucha contra el calentamiento global . De hecho, cuando se produce a partir de biomasa renovable, puede compensar las emisiones de gases de efecto invernadero almacenando en el suelo, en su forma elemental estable, el carbono del CO 2. de la atmósfera.

El biocarbón se diferencia del carbón vegetal por su uso (como fertilizante en lugar de como combustible) y, por lo tanto, por su impacto ambiental (actúa como sumidero de carbono en lugar de liberar CO 2 en la atmósfera durante la combustión).

Etimología

La palabra biochar es un neologismo inglés, compuesto por el prefijo bio- ("organic") y la palabra chartanque , que designa la parte sólida resultante de la pirólisis de un combustible sólido. Debería traducirse como: carbón vegetal para uso agrícola . Un nombre menos común pero menos ambiguo es agrichar . La idea es que sea un carbón vegetal que se utilice para mejorar o restaurar el suelo, ya sea de madera o de residuos vegetales sin explotar.

El término biocarbón , a veces utilizado como equivalente de biocarbón , es incorrecto. De hecho, casi todos los carbones , incluidos los fósiles, tienen un origen biológico. Además, el biocarbón se refiere más bien al carbón vegetal, un combustible simple.

Historia

Al final de la XX XX siglo, los científicos del suelo , arqueólogos y ecologistas estudiaron un tipo particular de suelo, muy oscuro y rico, que se encuentra en el Amazonas y dijeron amazónica tierra oscura o terra preta de Indio .

Descubrieron que este suelo no era natural, sino que los humanos lo procesaban entre -800 y 500, por lo que a veces se lo denomina antrosol . De hecho, los amerindios de la época precolombina habrían utilizado (a sabiendas o no, la cuestión sigue siendo debatida) el enriquecimiento del suelo en carbón vegetal para mejorar su estabilidad y fertilidad. Varios autores han demostrado que la integración del carbón vegetal en suelos tropicales muy erosionados o erosionables mejora significativamente sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

El análisis molecular de los restos de carbón vegetal en el suelo sugiere que si bien parte del carbono provino de la madera quemada durante el desmonte, otra parte, significativamente mejor representada en profundidad, provino de la combustión incompleta de desechos agrícolas o madera en las chimeneas.

Cuando los colonos europeos los descubrieron por primera vez, estos suelos se llamaban terra preta de índio .

En los últimos años, el biocarbón se ha vuelto a utilizar para mejorar los suelos agrícolas en varios países tropicales. Las técnicas modernas permiten que este carbón vegetal se produzca mediante alguna forma de pirólisis , calentando la biomasa a una temperatura relativamente alta en ausencia de oxígeno en hornos especiales.

Usos principales

Enmienda destinada a restaurar o mejorar suelos: luego se integra, en forma de polvo o pequeños fragmentos, en suelos de vivero , forestales , agrícolas , de jardín u hortícolas (macetas), con el objetivo de mejorar las propiedades del suelo (físico, químico , biológico) del sustrato. El biocarbón es estudiado y recomendado por un número creciente de autores para mejorar y estabilizar suelos tropicales, naturalmente ácidos y pobres, por lo tanto frágiles, que han sido severamente degradados por la agricultura y / o deforestación, y actualmente están erosionados o amenazados por la erosión.
Fijación de carbono en suelos : el biocarbón, como producto rico en carbono, estable y sostenible, también actúa como sumidero de carbono , por lo que está atrayendo un interés creciente en el contexto de las preocupaciones sobre el calentamiento global de origen humano. Podría ser una de las soluciones inmediatas al impacto negativo general de las actividades agrícolas, porque la agricultura, si utiliza solo una pequeña cantidad de carbono fósil en forma de combustibles (alrededor del 1% del consumo total en Francia, por ejemplo), es un emisor importante. de gases de efecto invernadero (alrededor del 18% del total en Francia), y la labranza ha degradado el sumidero de carbono formado por el humus . Además, gran parte de la palma de aceite , la soja y los biocombustibles se cultivaron desde el final del XX ° siglo por la destrucción de los bosques tropicales (por el fuego con más frecuencia, es decir, mediante la liberación de carbono almacenado en los leñosa biomasa ), por la degradación de los suelos protegidos y enriquecido en carbono por el bosque. Biochar, una trampa de humus, restaura la capacidad de los suelos para almacenar parte del carbono producido por la biomasa vegetal.
sustituto de otros usos del carbón vegetal o carbón activado : por ejemplo, la introducción de biocarbón en un suelo mejora la calidad del agua que circula allí (actúa como filtro ), y así podría aumentar la productividad de cursos de agua y humedales , al mejorar la pesca recursos y promover el retorno a un buen estado ecológico de las masas de agua superficiales y subterráneas.
alternativa al carbón vegetal (cuando se produce con residuos agrícolas) : algunos esperan que su uso reduzca así la presión sobre los últimos bosques viejos .
Disminución de la bioacumulación de metales pesados en plantas : recientemente se ha estudiado el biocarbón con el fin de evaluar su capacidad para fijar contaminantes en el suelo, con el fin de evitar la contaminación de las cadenas tróficas. Los resultados son alentadores, incluso si es necesario realizar modificaciones periódicas para compensar su mineralización, que conduce a la liberación de metales pesados.

Beneficios para los suelos

Experimentos científicos recientes sugieren que el biocarbón (especialmente si está asociado con la adición de materia orgánica) puede ayudar a restaurar muchos tipos de suelos tropicales, incluso los muy ácidos y muy degradados. Por tanto, podría desempeñar un papel en la restauración de los bosques tropicales, pero también un papel agronómico. En lugar de una enmienda (porque es muy pobre en nutrientes), el biocarbón se comportaría como un (re) estructurador del suelo y quizás como un catalizador , a través de mecanismos de acción aún poco conocidos. La tasa de materia orgánica juega un papel importante en la estabilidad y fertilidad de los suelos, especialmente para aquellos muy expuestos a las lluvias tropicales. Parece, por ejemplo, poder mejorar los cultivos de cereales, especialmente otros cultivos .

Cerca de Manaos ( Brasil ), los científicos probaron recientemente la aplicación combinada de fertilizantes orgánicos y carbón vegetal, en diferentes proporciones, en parcelas de suelos ácidos y muy meteorizados, comparándolos con parcelas de control. El carbón utilizado fue producido a partir de árboles en un bosque secundario local, luego triturado en fragmentos de 2 mm como máximo, incorporado al suelo a una tasa de 11 toneladas por hectárea (es decir, una dosis de 1,1 kg de biocarbón por m 2 ), lo que corresponde a la tasa esperada después del cultivo de roza y quema en un bosque secundario promedio que crece en suelo ferralítico en la Amazonia central. Se probaron quince combinaciones de enmiendas , cada una de las cuales proporcionó una cantidad igual de carbono (C), pero con diferentes proporciones de estiércol de aves de corral , compost , carbón vegetal o basura forestal . Estos suelos luego se sometieron a cuatro ciclos de cultivo de arroz ( Oryza sativa L.) y sorgo ( Sorghum bicolor L.). La experiencia ha demostrado que las existencias de nutrientes en la rizosfera (zona de las raíces) pueden aumentar considerablemente , al tiempo que se reduce la lixiviación de nutrientes del suelo y se aumenta la productividad agrícola.

La producción de biomasa vegetal se redujo drásticamente desde la segunda cosecha donde solo se habían aplicado fertilizantes minerales, aunque podría durar más con la adición de materia orgánica. Una sola aplicación de compost cuadruplicó el rendimiento en comparación con las parcelas fertilizadas solo con fertilizantes minerales;
En suelos fertilizados con estiércol de aves de corral, los niveles inicialmente altos de nitrógeno (N) y potasio (K) disminuyeron durante los cuatro ciclos de cultivo, pero los excrementos de pollo aumentaron el rendimiento en comparación con el suelo n 'al no haber recibido, y esto durante cuatro temporadas. , al elevar el pH del suelo y el contenido de fósforo (P), calcio (Ca) y magnesio (Mg). Y este suelo más fértil se mantuvo después de la 4 ª cultivos;
Los rendimientos más altos conducen a una mayor exportación de nutrientes. Pero incluso si se exportó una tasa significativa de nutrientes (P, K, Ca, Mg y N) de las parcelas que recibieron carbón vegetal, el contenido de nutrientes del suelo no disminuyó de la misma manera dependiendo de si las parcelas eran carbón vegetal. o no un aporte de fertilizantes minerales u orgánicos;
El efecto sobre la estabilidad de la tasa de carbono del suelo fue el más espectacular: las pérdidas de carbono de las parcelas ensayadas fueron más altas en suelos modificados por excrementos de aves de corral (- 27%) y por compost (- 27%), seguidos por el suelos que recibieron hojarasca forestal (- 26%) luego por la parcela de control (- 25%), mientras que las parcelas que recibieron carbón vegetal solo perdieron el 8% de su carbono para la parcela que también recibió inicialmente fertilizante mineral y el 4% para la parcela que tuvo solo se ha enriquecido con carbón vegetal;
En todos los casos, el biocarbón mejoró significativamente el crecimiento de las plantas y redujo la cantidad de fertilizante necesaria. La productividad de los cereales se duplicó en la parcela tratada con carbón vegetal además de fertilizantes NPK, en comparación con la parcela que recibió fertilizantes NPK sin carbón vegetal.

Por lo tanto, el carbón vegetal aumenta bien la fertilidad del suelo, especialmente si se agrega otra fuente de nutrientes, pero mediante un mecanismo que aún no se conoce bien. Los autores plantean la hipótesis de que ayuda a fijar mejor los nutrientes agregados en otros lugares, al evitar que se lixivien (y, por lo tanto, se pierdan) en suelos sujetos a lluvias importantes y pobres en arcilla .

Por lo tanto, los autores concluyen que un suministro combinado de materia orgánica y biocarbón podría producir un suelo que imita las propiedades favorables de la terra preta .

Supuestos explicativos

Mejora del ciclo del agua: Particularmente gracias a su gran superficie específica y su capacidad para mejorar la vida del suelo, el carbón vegetal aumenta indirectamente la retención de agua de los suelos, probablemente como resultado del enriquecimiento secundario de los suelos macroporosos en materia orgánica . Tryon demostró ya en 1948 que el impacto de los aportes de carbón vegetal en el agua disponible de los suelos forestales variaba de acuerdo con la textura del suelo: solo los suelos arenosos vieron su contenido de agua muy aumentado (más del doble). Este autor no observó ningún cambio en los suelos arcillosos y los suelos arcillosos incluso perdieron algo de su capacidad para retener agua, presumiblemente debido a la hidrofobicidad del carbón vegetal. Por lo tanto, los suelos de textura gruesa (arenosos o pedregosos) serían los únicos que se beneficiarían de los beneficios del agua que brinda el biocarbón. Por ejemplo, un experimento mostró que el contenido de agua de un suelo arenoso aumentó del 18% a más del 45% (en volumen) después de la adición de carbón. Al igual que los suelos arenosos protegidos por la cubierta forestal, estos suelos arenosos enriquecidos con biocarbón también son más resistentes a la erosión. Sin embargo, si tomamos suelos arenosos y los dejamos secar para luego rehumedecerlos, no recuperan esta estabilidad durante un tiempo determinado (generalmente varios meses), incluso rehumedecidos artificialmente. Esto sugiere que los suelos poco profundos expuestos a la luz solar y la deshidratación completa pueden no beneficiarse de los efectos positivos del biocarbón, al menos en la superficie.
Ciclo mejorado del nitrógeno: La fijación microbiana del nitrógeno (que captura en el aire) explicaría en parte la conservación de la riqueza del suelo y la de los iones nitrato (NO 3 - ), normalmente muy fácilmente lavables porque son solubles en el suelo. 'Agua.
Ciclo de carbono mejorado: suficiente disponibilidad de carbono (permitido o restaurado por biocarbón) estimularía la actividad microbiana en el suelo, y a una mayor profundidad, mejorando así el ciclo del nitrógeno , con menos lixiviación de nitratos. Steiner y col. (2004) habían demostrado que el crecimiento microbiano mejoraba al agregar glucosa al suelo enriquecido con carbón vegetal, sin aumentar la tasa de respiración del suelo. Este contraste entre una baja emisión de CO 2 del suelo y un alto potencial de crecimiento microbiano es precisamente una de las características de los suelos negros amazónicos o terra preta .
Desintoxicación : Gracias a su gran superficie específica, el biocarbóntambién fija diversas sustancias tóxicas presentes en el agua del suelo y facilita la purificación bacteriana del agua y los gases del suelo. Por ejemplo, muchos suelos tropicales tienen contenidosde aluminio y mercurio mucho más altos que en las zonas templadas. La presencia de carbón vegetal disminuye la biodisponibilidad de estos tóxicos. En suelos ferralíticos probados por Steiner et al. (2004), rico en aluminio libre, el suministro de carbón vegetal también redujo la tasa de iones de aluminio intercambiables en el suelo, por un mecanismo que aún se conoce poco. Steiner y col. (2004) señalan que el aluminio se fija mejor cuando se aplican fertilizantes minerales junto con carbón vegetal (4,7 a 0 mg · kg -1 ). El aluminio libre es un factor tóxico que limita el crecimiento de las plantas.
Efecto amortiguador de la acidez del suelo: un pH excesivamente ácido limita la producción agrícola. La acidez excesiva es en sí misma un problema directo para el desarrollo de las plantas, pero también indirecto porque la acidez hace que muchos tóxicos (especialmente metales) sean más biodisponibles. Stéphanie Topoliantz ha demostrado que el carbón vegetal mejora el cultivo de hortalizas en suelos tropicales ácidos, al reducir la tasa de aluminio biodisponible, pero también al reducir la acidez del suelo. Indirectamente, el biocarbón también promueve la unión del ion carbonato que amortigua el pH del suelo, facilitando así el desarrollo bacteriano y limitando la biodisponibilidad de los tóxicos naturales del suelo.
Rehumificación: un aumento en el nivel de materia orgánica ( humus ) sigue a la lenta oxidación del carbón. Este aumento también podría estimular la desorción de fosfatos y sulfatos útiles para las plantas al liberar estos aniones.

Pueden estar involucrados otros aspectos ( catalíticos o sinérgicos ), que podrían actualizarse mediante la investigación en curso.

Producción contemporánea de biocarbón

Coexisten varios tipos de producción artesanal e industrial:

Producción tradicional de biocarbón mediante técnicas seculares (combustión lenta de madera en una piedra de molino cubierta de tierra).
Producción industrial ( pirólisis controlada): la industria la produce en forma de gránulos (detritos de madera reciclada o residuos vegetales que han sido sometidos a un tratamiento térmico de tipo termólisis ), presentado como una interesante fuente de energía renovable (aspecto a veces discutido por el riesgo de privar el bosque de madera muerta necesario para el ciclo silvigenético y la preservación de la biodiversidad).
Coproducción industrial en la industria de la caña de azúcar, utilizando bagazo como biomasa para la valorización energética. La escoria, un subproducto de esta combustión, se puede considerar como un biocarbón. Se valora en la agricultura.

El biocarbón también se puede hacer a partir de polvo de carbón y luego se aglomera con aproximadamente un 20% de arcilla .

Producción combinada con un ciclo de producción de biocombustibles o agrocombustibles, con producción de energía a través de procesos ( exotérmicos ) que también permiten la producción de calor (o incluso electricidad, en cogeneración ) produciendo más energía que la energía invertida.
La energía necesaria para producir carbón vegetal sigue siendo mayor que la necesaria para producir biocombustibles de tipo etanol a partir del maíz.
La producción de biocarbón para uso agrícola sigue siendo marginal (véase [33] ).

Potencial de secuestro de carbono

Los suelos del planeta (suelos relictos naturales + suelos cultivados) contienen hoy 3,3 veces más carbono que la atmósfera, es decir, 4,5 veces más que la biomasa de plantas terrestres y animales no contiene suelo, lo que hace que el suelo sea una buena palanca para el almacenamiento de carbono (ver también la iniciativa 4p1000 ). Cuando se aran y cultivan ecosistemas naturales, la mayor parte del carbono atrapado en estos suelos se libera a la atmósfera en forma de CO 2 o metano , dos gases de efecto invernadero , o al agua que se encuentra debajo, en forma de ácido carbónico . Cada año se cultivan millones de hectáreas de suelos naturales, especialmente bosques, especialmente para la producción de biocombustibles .

El biocarbón y la terra preta que puede formar pueden contribuir al secuestro de carbono en suelos con vegetación (cultivados o boscosos) durante cientos de miles de años.

El biocarbón no solo puede enriquecer los suelos aumentando de manera fuerte y sostenible el contenido de carbono (150 g C / kg de suelo en comparación con 20-30 g C / kg en los suelos circundantes), sino que los suelos enriquecidos con biocarbón se desarrollan naturalmente a mayor profundidad; tienen, en promedio, más del doble de profundidad que los suelos circundantes . Por lo tanto, el carbono total almacenado en estos suelos puede ser un orden de magnitud mayor que el de los suelos adyacentes.

Otro interés en la lucha contra las emisiones de gases de efecto invernadero

El biocarbón reduce las emisiones al suelo de CO 2 y metano, pero también de óxido nitroso (N 2 O u óxido nitroso), tres gases de efecto invernadero preocupantes para el clima . Yanai y sus colegas incluso encontraron que las emisiones de N 2 O se suprimían cuando se agregaba biocarbón al suelo.
La captura y almacenamiento a largo plazo de carbono por biocarbón no requiere de avances técnicos ni de investigación fundamental porque sus herramientas de producción son robustas y simples, lo que lo hace adecuado para muchas regiones del mundo. En su famosa publicación en la revista Nature, Johannes Lehmann, de la Universidad de Cornell , estimó que la pirólisis de madera será rentable cuando el costo por tonelada de CO 2 alcance los 37 dólares estadounidenses.
El uso de pirólisis de madera para la producción de bioenergía ya es posible, aunque todavía es más caro hoy que el uso de combustibles fósiles .

Medición de superficies específicas

Sigue siendo difícil. Según un estudio reciente (2018), los métodos disponibles para medir esta superficie (incluido el estándar BET y el método del yodo ) no son fiables, especialmente para biocarros muy estáticos, biocarros muy finos y los que contienen un poco más de aceite que los demás. . Además, los autores encontraron que esta superficie específica aumenta con la duración de la inmersión del biocarbón en agua.

Aspectos y beneficios para la salud

En términos de evaluación ecotoxicológica, las ventajas parecen superar las desventajas y aún no han sido aclaradas por la investigación. Entre las desventajas, es necesario citar los alquitranes y el monóxido de carbono que se producen durante la producción de carbón vegetal, que son contaminantes y cancerígenos tóxicos o conocidos. Pero este aspecto negativo hay que equilibrarlo con el hecho de que el carbón ayuda a desintoxicar el agua y, a diferencia del estiércol y excrementos no compostados , el biocarbón a priori no plantea problemas de introducción de gérmenes patógenos . Esto es particularmente ventajoso para cultivos de hortalizas frescas o plantas de rápido crecimiento y que se consumen crudas ( rábanos , zanahorias , ensaladas , etc.) que es mejor no poner en contacto directo con el estiércol para limitar epidemias y riesgo zoonótico .

Límites y precauciones

El uso de biocarbón también puede presentar ciertos riesgos para el agua, el aire, el suelo, la salud o la biodiversidad;

Si este biocarbón se produce, no a partir de residuos agrícolas, sino a partir de madera de bosques primarios o antiguos o de grandes talas , su equilibrio ecológico es mucho peor (también es una fuente de CO 2 , y la deforestación que podría inducir si se produjera a partir de los árboles forestales podrían agravar la erosión, la pérdida de agua útil y la pérdida de biodiversidad );
Si se utiliza en suelos naturalmente muy ácidos y muy oligotróficos donde la biodiversidad depende de la pobreza del suelo, o en suelos degradados pero localmente que se han convertido en refugios para especies de ambientes oligotróficos amenazados por la eutrofización general del medio ambiente, el biocarbón puede ser un factor en el declive de la biodiversidad;
Asimismo, algunos proyectos destinados a recolectar leña y tala forestal para producir biocarbón podrían ser contraproducentes y empobrecer al bosque al privarlo de parte de su hojarasca y madera muerta , que constituyen una fuente natural de carbono a partir de biomasa / necromasa, necesaria para el ciclo silvogenético. ;
Por último, recientemente se han producido o mejorado diversos materiales, a veces con la ayuda de ONG medioambientales, para recuperar residuos agrícolas o cañas (cáscaras de arroz, Typha ) en biocarbón que se vende en astillas que se puede sustituir por carbón vegetal doméstico, que es caro y contribuye a deforestación. La evaluación ambiental de este biocarbón queda por hacer, porque puede, si se produce a gran escala, privar a los suelos agrícolas de la materia orgánica que necesitan. Además, la biomasa de la hierba agrícola es en ocasiones muy rica en cloro ( festuca , 0,65% de la materia seca) que podría producir dioxinas y furanos durante la producción de carbón vegetal y / o durante su combustión en la cocina. luego también se contaminará;
Asimismo, cualquier uso intenso de carrizales privaría a muchas aves , anfibios , moluscos , etc. su hábitat y una planta que ayuda a fijar las orillas y depurar los sedimentos.

Por lo tanto, (dentro de los límites mencionados anteriormente) es una solución localmente útil y recomendada por un número creciente de investigadores y agrónomos (por ejemplo, para planes de restauración de suelos), pero que también podría en ciertos casos tener efectos negativos, posiblemente irreversibles en ciertos suelos. naturalmente pobres en nutrientes y por esta razón ricos en biodiversidad, en particular ambientes que albergan especies endémicas raras. Uno de sus usos más inmediatos y ventajosos es permitir el paso de la agricultura de roza y quema a una agricultura más sedentaria que gestiona y protege sus suelos (en asociación con barbechos rotativos en los suelos más frágiles) para detener o ralentizar la deforestación. y degradación de la tierra de acuerdo con los objetivos de la ONU y la FAO .

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Ver también

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enlaces externos

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¿El biocarbón es verde? por Antoine Cornet y Richard Escadafal, Comité Científico Francés sobre Desertificación (CSFD) (fr)
Sitio web oficial 4p1000