La transformación de residuos agrícolas en biocarbón no resulta en un producto homogéneo. Un estudio realizado por la Universidad de KwaZulu-Natal en Sudáfrica ha puesto de manifiesto que la variedad específica de la biomasa utilizada, junto con las condiciones de pirólisis, ejerce una influencia más significativa en las propiedades del biocarbón que el tipo de cultivo en sí mismo. Esta investigación subraya cómo las diferencias entre cultivares afectan el carbono fijo, el perfil de nutrientes, el pH y otras características cruciales para el uso agrícola del biocarbón, desafiando la idea de que conocer solo la especie del cultivo es suficiente para predecir las cualidades del material final.
El equipo de investigación, liderado por Nozibusiso Mbava, Rebecca Zengeni y Pardon Muchaonyerwa, analizó los residuos de dos variedades de maíz, SC701 y R201, y dos de sorgo, AS8 y PAN8816. A partir de estos materiales, produjeron biocarbón en hornos a temperaturas de 350 °C y 650 °C, además de un horno a 400 °C que simulaba condiciones de producción más realistas. La principal revelación fue que las variaciones entre variedades dentro de la misma especie de cultivo fueron más pronunciadas que las diferencias observadas entre el maíz y el sorgo en general. Este hallazgo resalta la necesidad de considerar la especificidad del cultivar al planificar el aprovechamiento de residuos agrícolas, dado que el conocimiento de la especie por sí solo no es suficiente para anticipar las cualidades del biocarbón resultante.
Los investigadores llevaron a cabo una caracterización exhaustiva tanto de la biomasa original como de los materiales carbonizados. Se analizaron aspectos como la composición inmediata y elemental, las propiedades químicas, la morfología superficial y los grupos funcionales. Estos parámetros fueron clave para comprender cómo la transformación térmica alteraba el residuo original. El proceso de pirólisis convierte la biomasa orgánica en un material carbonizado más estable, siendo una estrategia viable para la gestión de los restos de cosecha, que tradicionalmente pueden dejarse en el campo o incorporarse directamente al suelo. Estudios previos ya han demostrado que el biocarbón, así como el rastrojo de maíz, pueden contribuir al incremento del carbono en el suelo, aunque a través de mecanismos distintos.
En este nuevo estudio, la comparación de los cuatro cultivares permitió aislar el efecto del tipo de cultivo de las particularidades de cada material vegetal. Se concluyó que la lignina, la composición elemental y otras propiedades fisicoquímicas iniciales de los residuos determinan en gran medida las características finales del biocarbón. La temperatura de pirólisis fue un factor crucial en los cambios observados. El contenido de humedad disminuyó drásticamente, desde un 12,79% en los residuos no tratados hasta un mínimo del 2,08% en los biocarbones. De manera similar, la materia volátil se redujo a medida que la temperatura del tratamiento térmico aumentaba.
En contraste, el carbono fijo mostró una tendencia opuesta. Mientras que los residuos originales contenían entre 12,23% y 14,10% de carbono, el biocarbón producido a partir del cultivar de maíz R201 a 650 °C alcanzó un impresionante 47,13%. Esta alta concentración de carbono es un reflejo de la transformación progresiva de la biomasa y la pérdida de componentes volátiles durante la pirólisis. La estabilidad del carbono en el biocarbón es una de las principales razones por las que se investiga su potencial para retener carbono en los sistemas agrícolas por periodos prolongados, lo que ha llevado a evaluar el uso de residuos agrícolas para producir biocarbón y secuestrar carbono en suelos de regiones con abundante biomasa disponible.
La transformación térmica también indujo cambios notables en la reacción química del material. Los residuos originales mostraron valores de pH entre 4,26 y 5,09, mientras que los biocarbones producidos a mayores temperaturas alcanzaron valores entre 10,58 y 11,40. De manera similar, el contenido de cenizas aumentó de un rango inicial de 6,50% a 11,48% en los residuos, a un rango de 41,82% a 46,13% en ciertos biocarbones. Esto se debe a la pérdida de componentes orgánicos volátiles durante el calentamiento, lo que concentra la fracción mineral. Es importante destacar que un biocarbón alcalino y con alto contenido de cenizas no tendrá el mismo efecto en todos los suelos, ya que la respuesta depende de la composición del material y de las condiciones iniciales del suelo. Se ha demostrado que materiales ricos en cenizas pueden aumentar el pH de suelos ácidos y alterar la disponibilidad de nutrientes para el maíz.
El incremento de la temperatura no mejoró todas las características simultáneamente. Si bien favoreció la concentración de carbono fijo, algunos nutrientes respondieron de manera diferente. Por ejemplo, los biocarbones producidos a partir de sorgo PAN8816 y maíz SC701 en horno retuvieron las mayores concentraciones de nitrógeno, con 4,55% y 3,77% respectivamente. Esto indica que las condiciones óptimas para maximizar la estabilidad del carbono pueden no coincidir con las que permiten conservar la mayor cantidad de ciertos nutrientes. Por lo tanto, la temperatura de producción debe seleccionarse en función del objetivo agronómico específico. El biocarbón es conocido por su capacidad para modificar propiedades físicas y químicas del suelo, como la permeabilidad, el pH y la disponibilidad de nutrientes, como se ha observado en experiencias con biocarbón derivado de residuos de palma.
Una conclusión central del estudio fue que las diferencias entre los cultivares fueron más significativas que la distinción general entre residuos de maíz y sorgo. Los cultivares SC701 y R201, ambos de maíz, no produjeron biocarbones idénticos, y lo mismo ocurrió con los cultivares de sorgo AS8 y PAN8816. Los autores atribuyeron estas variaciones a las características iniciales de cada biomasa, como el contenido de lignina y la composición elemental, que influyen en cómo se transforma el residuo bajo diferentes temperaturas. Esto implica que, incluso usando el mismo tipo de cultivo y procesos de pirólisis similares, las propiedades del biocarbón pueden variar si los cultivares tienen composiciones distintas. Así, la selección de la materia prima se convierte en un componente crítico en el diseño del proceso, más allá de la mera disponibilidad de residuos.
La gestión de los residuos agrícolas va más allá de su conversión en biocarbón; también pueden dejarse en la superficie, incorporarse al suelo o utilizarse para otros fines. Cada opción impacta de manera única en la entrada de carbono, la actividad microbiana y el reciclaje de nutrientes. La importancia de las condiciones del suelo también se extiende a la incorporación directa de residuos; estudios han demostrado que la adición de biomasa no siempre garantiza una acumulación equivalente de carbono orgánico, especialmente en suelos con fertilidad variada. El biocarbón, lejos de ser una enmienda uniforme, muestra un comportamiento que depende del material de origen, la temperatura de producción y el sistema agrícola, además de las propiedades del suelo receptor. Por ende, una caracterización detallada del producto antes de su aplicación es esencial para evaluar su alcalinidad, contenido mineral, estabilidad y potencial aporte de nutrientes.
Los investigadores sugieren que la elección de cultivares con propiedades deseables en sus residuos, junto con condiciones de pirólisis adecuadas, puede facilitar la creación de biocarbones más específicos para objetivos como el almacenamiento de carbono o la mejora de la fertilidad del suelo. Es importante destacar que el estudio no evaluó directamente el rendimiento de los cultivos tras la aplicación de cada biocarbón, sino que se centró en caracterizar las materias primas y los productos. Por lo tanto, las diferencias químicas identificadas no deben interpretarse automáticamente como diferencias equivalentes en el rendimiento agrícola. Además, existen situaciones donde ciertas propiedades del biocarbón requieren precaución, como la concentración de sales durante la pirólisis, que podría agravar problemas en suelos salinos si el producto y las dosis no son los adecuados.
