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CARBÓN VEGETAL

El carbón vegetal es un producto sólido, frágil y poroso con un alto contenido en carbono, del orden del 80%; se produce por calentamiento de la madera, a temperaturas de 400 a 600 º C, en ausencia de aire o con pequeñas cantidades del mismo.

Hacer carbón a partir de leña es una actividad antigua, cuyas técnicas se han modificado bastante en los últimos siglos. Además de que el carbón es una fuente renovable de energía.

La obtención de carbón vegetal a partir de los restos de la poda ha sido a lo largo de la historia una actividad que ha proporcionado la energía necesaria para la autarquía que mantenía en un aislamiento casi continuo a las poblaciones rurales. Actualmente el destino principal del carbón vegetal producido es la exportación, principalmente a países de la UE y el mercado nacional que se localiza en grandes ciudades, destinándose a usos domésticos, fundamentalmente en cocinas (restaurantes) y barbacoas. En la actualidad, existe en el mercado nacional e internacional una gran demanda de carbón vegetal de calidad, elaborado con sistemas de producción más eficientes y redituables. Para producir la calidad de carbón que demanda el mercado, son necesarios hornos que trabajen a altas temperaturas que logren extraer la mayor parte de los líquidos contenidos en la leña al ser sometida al proceso de carbonización.

Cuando la madera está seca y se calienta comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, ácido acético y compuestos químicos más complejos, fundamentalmente en la forma de alquitranes y gases no condensables, que consisten principalmente en hidrógeno, monóxido y bióxido de carbono. En la pirolisis de la madera se distinguen tres fases claramente diferenciadas:

·      La primera fase entre 30 y 170 º C corresponde fundamentalmente a la deshidratación de la madera y destilación de algunos aceites esenciales; unido todo ello a una pequeña degradación de la madera.

·      La segunda fase entre 170 y 270 º C transcurre con abundante desprendimiento de gases, CO2 y CO principalmente, y destilación de líquidos acuosos.

·      La tercera fase 270 - 600 º C es la pirolisis propiamente dicha, el desprendimiento de materiales volátiles es máximo. El residuo sólido resultante es el carbón vegetal.

El rendimiento en carbón del proceso puede variar dentro de límites muy amplios dependiendo del tipo de madera, de su contenido en agua y de las condiciones en que se haya operado en la pirolisis (tiempo de calentamiento y temperatura alcanzada). Es deseable que el contenido en humedad de la madera sea lo más bajo posible. Dado que la madera fresca recién acabada de cortar contiene un 40 - 60% de agua se aconseja una desecación previa de la misma bien al aire, o por cualquier otro procedimiento. Si se parte de madera seca puede obtenerse un rendimiento entre el 25% y 33% de carbón vegetal.

El poder calorífico del carbón oscila entre 7.000 y 8.000 Kcal/Kg muy superior al de la madera que oscila entre 3.000 y 5.000 Kcal/Kg.

En esencia para obtener carbón vegetal a partir de la madera lo que se hace es crear una barrera física que aísla la madera del exterior, para evitar que al calentarla, el oxígeno del aire la incendie. De este modo se logra la carbonización. Las diferentes tecnologías que se utilizan se basan en:

·      En las distintas formas de crear esta barrera física que puede ser de tierra, ladrillos, cemento armado y metal.

·      En las distintas formas de secar y calentar la madera. Si el calor empleado está originado por la propia madera de la carga o por algún combustible (gas, madera, fuel...) que se separa de la carga de madera que va a ser carbonizada.

·      En función de que el proceso de producción sea continuo o discontinuo. En los procesos continuos, el carbón se obtiene sin interrupción, frente a los procesos discontinuos en los que transcurren varias horas o días entre una obtención de carbón y la siguiente obtención.

Las tecnologías continuas y de alta producción, con sistemas de control más o menos sofisticados, se denominan industriales a diferencia de las artesanales como la parva tradicional que es un proceso discontinuo.

El control se hace sobre la entrada del aire, durante el proceso de pirolisis o de carbonización, para que la madera no se queme simplemente en cenizas, como sucede en un fuego convencional, sino que se descomponga químicamente para formar el carbón vegetal. 

  La madera es la materia prima utilizada para fabricar carbón vegetal. Las condiciones de la madera y el tipo de horno utilizado para la elaboración del carbón vegetal definen al final del proceso de carbonización la calidad del producto final. 

 Las mejores maderas son las de corteza dura, debido a su estructura y composición, entre las más utilizadas y de buen producto se tiene la madera de Eucalipto. 

El porcentaje de humedad en la leña influye mucho sobre el rendimiento que tendrá el carbón vegetal. Cuanto más seca esté la madera a carbonizar menos combustible será necesario para calentar el horno de retorta y evaporar la humedad remanente. Una técnica fácil y económica para el secado de leña es cortarla en bloques cortos y dejarla expuesta al sol, esto ayudará a evaporar parte del agua contenida en la madera. El contenido de humedad en el momento de la tala podría ser, del 60% y después del apilado de la madera durante tres meses el contenido de humedad puede reducirse al 30-35%.

Durante el secado, la madera puede podrirse y ser atacada por insectos. Por lo tanto, debe controlarse el tiempo del secado para asegurar que se llegue al mínimo y rápidamente, antes que la madera se deteriore. 

Existen varios métodos para obtener carbón vegetal, estos métodos varían según sea el tipo de horno utilizado. El proceso se puede dar de forma directa e indirecta, esto se refiere a las condiciones a las que estará expuesta la leña a la hora de convertirse en carbón. Por lo que tendrá propiedades específicas debido a este proceso, las cuales son: porcentaje de carbono fijo, porcentaje de humedad, poder calorífico, porcentaje de cenizas, contenido de azufre y peso específico.

 En el caso de un proceso directo podemos poner como ejemplo el método de parva o la fosa: la leña a carbonizar está en contacto con el fuego. Fue el primer sistema utilizado para la obtención de carbón y se sigue utilizando. Se utiliza la tierra como barrera física para separar la madera que se está carbonizando del aire exterior. Está tecnología es la que produce un carbón más irregular, ya que el control del proceso es difícil y no se dispone de medios para mejorarlo. La calidad y sobre todo la uniformidad del carbón vegetal obtenido por este método dependen fundamentalmente de la preparación de los operarios que la realicen.

Una de las mayores ventajas de esta tecnología es su adaptabilidad, la forma y dimensiones de la parva son muy cambiantes, variando desde 5.000 Kg hasta 60 o 70.000 Kg de carbón. Al situarse junto a las zonas de mayor abundancia de materia prima y al no exigir ningún desembolso inicial de capital hace que en la actualidad sea la tecnología más empleada en regiones poco desarrolladas, a pesar de que el carbón así obtenido no es de buena calidad, el contenido en carbono fijo es menor del 70 %, al realizarse la carbonización con una humedad alta de la madera junto con una temperatura de carbonización baja que no suele superar los 300 º C, estando además el carbón producido mezclado con tierra y otros tipos de impurezas. Se realizan carboneras indistintamente de encina, alcornoque, roble, etc.

Los hornos metálicos son un avance en este proceso, con la ventaja de disminuir el tiempo de proceso, controlarlo mejor y ofrecer un producto de más calidad sin la presencia de restos de la tierra utilizada en las tradicionales parvas.

 En un proceso indirecto las propiedades antes mencionadas serán las mismas pero con mejores valores. Dentro de este grupo se encuentra el método de retorta, el cual se basa en el calentamiento de la leña a carbonizar a través de recamaras que por lo general son cilíndricas y de metal, teniendo como principio la transferencia de calor por parte de un agente externo. Producen carbón vegetal de excelente calidad y hacen posible la recuperación de los subproductos. Estas retortas en la actualidad se usan principalmente para fabricar carbón vegetal de alta calidad, para usos metalúrgicos y químicos. Durante  todo el proceso la leña no tiene contacto directo con el fuego ni otro elemento externo.

Los subproductos pueden ser recuperados (y se aprovechan industrialmente en tratamientos preservadores para la madera, o para la obtención de productos químicos) y pueden representar un ingreso adicional para el productor., pasando los gases liberados a través de una serie de condensadores de agua, obteniéndose el llamado ácido piroleñoso, y el gas de la madera no condensable puede ser quemado proporcionando calor para fines múltiples. Los residuos producidos por este horno son valiosos en nuestro medio, la importancia del manejo responsable de estos residuos le da al horno un valor ecológico mayor, dentro de los residuos tenemos:

      Alquitrán. Sustancia de consistencia semisólida a temperatura  ambiente. Uso: en el campo es utilizado para sanar madera que será utilizada de armazón para hogares, esta evita el ataque provocado por las termitas y alarga el tiempo de vida de ese material.

      Cenizas. Residuos de la leña de alimentación de la hornilla, es tipo polvo. Uso: puede ser un agregado de fertilizante.

      Líquidos (Bio-aceite combustible, Bio-oil). La fracción condensable, líquida a temperatura ambiente, integrada por un conjunto heterogéneo de  aceites que contienen agentes químicos tales como ácido acético, acetona y metanol. Estas sustancias pueden ser utilizadas como combustible, ya que su comportamiento se asemeja al del alcohol.

      Gases de combustión. La corriente de gas que contienen básicamente hidrógeno, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros varios gases son altamente volátiles. Por ello son considerados gases inflamables, productos gaseosos que despide la madera durante el proceso de pirolisis. Sirven para alimentar al fuego de la hornilla, además de esto el sobrante se puede utilizar para generar electricidad.

La mayor ventaja de los hornos industriales es la uniformidad en la calidad del carbón obtenido. Suele tener un contenido en carbono fijo igual o superior al 80%, este carbón cumple con los requisitos de las normativas propias de los países europeos (AFNOR francesa, DIN alemana...) y es útil tanto en la industria como para el consumo doméstico. Otra ventaja es su alto rendimiento superior al 25%, siendo además el proceso más rentable ya que la tecnología está muy desarrollada y la mano de obra requerida es escasa en comparación con la producción obtenida.

Como inconveniente hay que destacar que al ser una instalación fija la madera ha de ser transportada hasta el horno y al ser una instalación industrial compleja los gastos de instalación son altos y se necesita un fuerte desembolso económico inicial.

El proceso industrial de obtención de carbón vegetal a partir de leña costa de etapas claramente diferenciadas:

·      Recepción y preparación de la leña. La madera llega procedente de podas, claras o clareos. Posteriormente se trocea la madera a las dimensiones adecuadas para poder realizar la carga del horno, y se apilan.

·      Carbonización continúa. Se alimenta al horno por la parte superior, en el alma se alcanzan temperaturas de hasta 650 º C. Existen controles de temperatura en el interior del horno que indican la marcha del proceso. En la parte baja de la zona media del horno ya está formado el carbón vegetal a alta temperatura, pasando a continuación a la zona inferior, donde se enfriará en ausencia de oxigeno por medio de un circuito de agua refrigerante.

·      Acondicionado y envasado del carbón vegetal. Cuando el carbón sale del horno se coloca en cajones, herméticamente cerrados, de esta forma el carbón se enfría lentamente en ausencia de oxígeno, de modo que no exista riesgo de combustión.

·      El carbón ya frío de los cajones se almacena en una nave a salvo de la intemperie, en donde el carbón se separa de la carbonilla y se clasifica según normas  granulométricas  preestablecidas. Los trozos de mayor tamaño son machacados hasta entrar dentro de la clasificación.

·      Las fracciones de granulometría menor, en una proporción del 25 al 50%, solo pueden ser comercializadas como posibles combustibles de instalaciones industriales, en cuyo caso su precio de venta desciende a un 25% del precio del carbón comercializado para barbacoa. Este 25-50% de carbonilla, unido al picón, puede ser revalorizado al precio del carbón para barbacoa si son debidamente tratados, mediante la utilización de agentes aglomerantes y sometiéndolos a presiones más o menos elevadas, formando las llamadas briquetas. Una vez clasificado el carbón se procede a su envasado en sacos de papel etiquetados.

·      En la actualidad no existe una normativa UNE específica para el carbón vegetal, que permita determinar su calidad. Sin embargo, y como referencia, se suele utilizar la norma genérica de combustibles minerales sólidos, obtenido los valores de humedad, contenido en volátiles, cenizas y por diferencia de peso el contenido en carbono fijo.

Existe una comisión que está trabajando para crear la futura norma europea, actualmente en proyecto PrEN 1860-2: Carbón y Briquetas de Carbón Vegetal. Especificaciones y Métodos de Ensayo.

Es previsible que los rangos dentro de los cuales se debe encontrar el carbón vegetal en la futura norma sean los siguientes: 

 

CARBÓN

BRIQUETAS

HUMEDAD

< 8%

< 8%

CARBONO FIJO

> 80%

> 65%

CENIZAS

< 5%

< 15%

VOLÁTILES

< 15%

< 15%

Y en espera de las mismas podemos utilizar:

·      UNE 32001. Hulla y antracita: determinación de la humedad total.

·      UNE 32004. Combustibles minerales sólidos: determinación de cenizas.

·      UNE 32019. Combustibles minerales sólidos: determinación del contenido en materias volátiles

 

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