El carbón vegetal es un combustible que se obtiene carbonizando la madera en una atmósfera controlada por pirólisis (en ausencia de oxígeno ).
El proceso elimina, por el aumento de temperatura, las fracciones licuables ( ácido piroleñoso ) y gasificables : su humedad y cualquier materia vegetal u orgánica volátil para dejar solo el carbono y los minerales . La estructura micro y nanoporosa de este carbón le confiere unas cualidades particulares.
En algunas obras antiguas, se compara con carbón vegetal , carbón duro .
Desde la Antigüedad , el carbonero sabía que era necesario calentar la madera a una temperatura determinada, no demasiado alta, y evitar que se incendiara, porque de lo contrario da como resultado cenizas o carbón en mal estado. Esto se obtuvo amontonando madera en un montón cubierto con una capa de arcilla , que se prendió fuego. Parte de la madera se consume consumiendo todo el oxígeno, el calor producido transforma el resto de la madera en carbón. A veces, en lugar de una piedra de afilar, la combustión se realizaba en un pozo.
Históricamente, en Europa, la carbonización se llevó a cabo mediante quemadores de carbón (o carboneros) directamente en el bosque, lo más cerca posible del recurso de madera. Los lugares donde se estableció esta actividad se denominaron minas de carbón o carbonerías y después del abandono lugares de carbón o áreas de fallas (en el norte).
La fabricación se describe en el Précis Illustrated de Mécanique en 1894 de la siguiente manera:
| Fabricación de carbón vegetal en la Selva Negra , Alemania, alrededor de 1900 | ||
El proceso de muela permite obtener entre el 17% y el 28% del peso inicial de la madera. El rendimiento en volumen es del 60%. Este proceso no permite la recuperación de otros productos como los alquitranes.
La turba también se puede carbonizar mediante el proceso de piedra .
Durante el XIX e siglo va a aparecer cajas metálicas de diversas formas. Estos hornos son más fáciles de usar que las muelas. No funcionan en el vacío, sino con el mismo principio que las muelas. Algunos son removibles para ser usados en el sitio en el bosque. También permiten la recuperación de subproductos como alquitrán o gases.
Hay muchos sistemas: Dromart, Moreau, Pierce, etc.
El aparato de Moreau se desarrolló alrededor de 1875: “consiste en una jaula en forma de cúpula compuesta por placas de metal pesado montadas sobre un marco de hierro fundido. La parte superior termina con una chimenea provista de una tapa móvil; la parte inferior está abierta y la jaula simplemente se coloca en un área preparada como para una muela abrasiva ordinaria ” .
Es el proceso en recipiente cerrado que se utilizaba en el momento en que la destilación de la madera producía ácido pirolignoso , compuesto de ácido acético (a veces la definición de ácido pirolignoso se confunde con la de ácido acético, aquí vinagre de madera ), metanol , también llamado " espíritu de madera " y varios otros productos químicos . El carbón vegetal no era el objetivo principal de la operación, sino un subproducto. Antes de inventar la palabra " pirólisis ", hablamos de " destilación en seco " o " carbonización ". Desde 1886 hasta su cierre en 2002, la fábrica de Lambiotte en Prémery (Nièvre) fue uno de los principales emplazamientos europeos productores de carbón vegetal.
El proceso Pierce permite calentar el horno utilizando los gases producidos durante una carbonización previa " en cuanto el vapor ha dejado de salir, ponemos en marcha la aspiradora y enviamos los gases al condensador, desde donde devuelven el calor a un horno cercano . ".
La carbonización de 100 kg de madera en este tipo de horno permite obtener:
Los resultados obtenidos dependen en gran medida de las especies de madera utilizadas y de las condiciones de elaboración. En 1875 , el ingeniero metalúrgico Grüner señaló: “ Cuando se ha preparado en torno a 350 a 400 ° C y mediante calcinación lenta, es un hermoso negro puro, sonoro, duro, que apenas mancha los dedos. Preparado a menor temperatura, es más o menos marrón, poco sano y tierno, pero más tenaz que el carbón negro; es una especie de carbón rojo, que los trabajadores denominan con el nombre de "fumarons" o "quemado", porque arde con humo y una llama más o menos brillante. El carbón sobrecocido, o más bien parcialmente quemado por la acción del aire, pasa al estado de brasas; luego se resquebraja, tierna, quebradiza, manchando los dedos, de un negro firme en las roturas frescas. "
La producción industrial se realiza cada vez más en hornos. Uno de los desafíos contemporáneos es limitar o evitar las descargas al medio ambiente natural y utilizar materiales orgánicos que no aumenten la presión sobre los bosques, tropicales y primarios en particular.
La madera sin preparación por carbonización es inadecuada para el funcionamiento de altos hornos y para los distintos refinamientos que se realizan en las forjas. El carbón vegetal calienta mucho más que la madera, ya que la energía se produce esencialmente en los poros del carbón vegetal en lugar de dispersarse en llamas largas; podemos aumentar la potencia tanto como queramos aumentando el “viento” mientras, con la madera, un “ viento ” demasiado fuerte apaga el fuego. El carbón vegetal se ha utilizado ampliamente en altos hornos y luego en altos hornos desde la antigüedad. El carbono contenido en el carbón vegetal permitió la reducción de los óxidos de hierro contenidos en el mineral para dar hierro.
El uso intensivo de carbón vegetal en las forjas provocó la deforestación que afectó a la antigua China, luego a la Europa romana y medieval. Así, en Francia, una ordenanza de 1339 obligó a la destrucción de forjas en un radio de tres leguas alrededor de Grenoble para frenar la deforestación provocada por el uso intensivo de carbón vegetal para la fabricación de acero . En Bourbonnais , el bosque de Tronçais también fue severamente degradado tras la apertura en 1788 de la Forge de Tronçais . El descubrimiento por Abraham Darby en 1709 de la posibilidad de utilizar coque en altos hornos puso fin al uso intensivo del carbón vegetal por parte de la industria siderúrgica .
Sin embargo, el uso de coque solo se generalizará lentamente. Así, en Francia, en 1860 , un tercio del hierro fundido todavía se producía en altos hornos de carbón vegetal. El último alto horno francés de carbón vegetal funcionó hasta 1930.
Pólvora : el carbón vegetal es uno de los tres componentes de la pólvora junto con el azufre y el salitre . Como el azufre, es un combustible mientras que el salitre es un oxidante . La calidad del polvo estuvo determinada por las especies forestales utilizadas en su fabricación, así como por su proporción en la mezcla. El carbón de aliso era especialmente apreciado por las fábricas de pólvora francesas. En la fabricación artesanal el Bourdaine fue muy apreciado.
Material refractario : finamente molido y mezclado en volúmenes iguales con arcilla en polvo y un poco de arena, da un producto aislante y refractario (llamado olla de revestimiento ) permitiendo realizar revestimientos de gran resistencia térmica, en particular en la construcción de pequeñas forjas individuales. .
Como enmiendaLa adición de carbón vegetal (vendido como biochar , agrochar o agrocharbon ) es una enmienda que aumenta la fertilidad del suelo y el rendimiento de los cultivos, al parecer atrayendo y promoviendo microbios y hongos beneficiosos, reteniendo la humedad (especialmente eficaz en suelos macroporosos) y reteniendo mejor el suelo nutrientes. Así es como los amerindios de la Amazonía crearon la terra preta y esta técnica ha sido redescubierta recientemente, que también es de interés contra el calentamiento global .
Como elemento filtranteSu estructura microporosa (reforzada con carbón activado ) le permite capturar y fijar muchas moléculas tóxicas (metales pesados en particular) de humos o en agua. También puede albergar vida microbiana capaz de ayudar a limpiar el agua. Es por eso que muchos filtros para máscaras de gas , filtros de aire o de agua (por ejemplo, filtros de acuario) contienen carbón activado.
El carbón vegetal se ha utilizado para conservar la carne y los huevos .
Durante la Segunda Guerra Mundial y los años siguientes, debido a la falta de petróleo, el carbón vegetal se utilizó como combustible en gasificadores para propulsar automóviles y camiones.
Producción de combustibleLos japoneses utilizan tradicionalmente carbón vegetal, incluido el binchōtan procedente de la combustión de una variedad de roble, para asar carnes.
Hoy en Occidente, el carbón se utiliza principalmente para cocinar a la parrilla , pero su uso, muy extendido en los países pobres para la cocción diaria, no es el mismo: un recipiente de cocción (estufa, cazo, horno holandés) sirve como interfaz entre las brasas y las brasas. los alimentos. Es principalmente en las ciudades de los países del sur donde este uso está muy desarrollado. De hecho, es posible cocinar de esta manera sin chimenea en un simple crisol. En la ciudad, el carbón vegetal, ligero, es fácilmente transportable y su combustión, fácil de controlar, no produce humos sucios o desagradables.
Los habitantes del campo no lo utilizan porque tienen el lugar necesario para producir las brasas. Luego, las brasas se extraen del hogar para cocinar (haciendo un fuego de leña: ya sea directamente en el suelo, en una estufa o en un hogar con chimenea). La mayoría de los occidentales tienen técnicas de cocción sobre el fuego (caldero, parrilla, trípode) en la cabeza, pero sus antepasados, antes de la era industrial, cocinaban principalmente sobre las brasas (no en la chimenea). La técnica se llamó huerta . Esta técnica utiliza brasas para hervir a fuego lento, mermeladas, etc. , no ensucia el exterior de las cacerolas.