En coautoría con Alba Villardón Pérez y Fernando Dorado Fernández.
Los cultivos de pistacho, almendra y nuez están ganando relevancia, tanto por su valor económico como por su potencial como fuente de biomasa renovable. España se posiciona como uno de los principales productores de frutos secos en Europa, con más de 700 000 hectáreas dedicadas a la producción de almendras y nueces, siendo Andalucía y Castilla-La Mancha las regiones más destacadas.
A nivel global, Estados Unidos lidera la producción de almendra con más del 80 % del mercado, mientras que Irán y Estados Unidos dominan el sector del pistacho. Estos cultivos generan grandes cantidades de residuos, como cáscaras y restos de poda, que pueden ser aprovechados para desarrollar materiales sostenibles, como carbones activados o biocombustibles.
Este enfoque no solo contribuye a la reducción de desechos, sino que también promueve una agricultura más sostenible y respetuosa con el medio ambiente, en consonancia con la creciente demanda de soluciones ecológicas a nivel mundial.
Biocarbones activados
El carbón activado o carbón activo es un material poroso ideal para la adsorción de contaminantes –los atrae y retiene en su superficie– en aplicaciones como la purificación de agua y aire.
Para producir carbones activados a partir de biomasa, se utilizan tecnologías termoquímicas, y la activación química o física es un método eficaz y prometedor. Este proceso convierte residuos agrícolas, como las cáscaras de pistacho, almendra y nuez, en materiales con alta porosidad.
Aunque se han logrado avances significativos, aún es necesario optimizar los procesos de activación para mejorar el rendimiento y reducir los costes de producción.
El uso de biomasa como materia prima renovable para la producción de biocarbones, junto con el desarrollo de tecnologías más eficientes, abre nuevas oportunidades para el aprovechamiento sostenible de residuos agrícolas y la creación de productos de valor añadido que contribuyen a la economía circular.
Además, la producción y uso de biocarbones están estrechamente vinculados a varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), ya que ofrecen soluciones tanto para el medio ambiente como para la economía circular, disminuyendo la dependencia de combustibles fósiles.
Entre las diversas técnicas para la producción de carbones activados que existen, la activación física es una alternativa más eficiente y sostenible si la comparamos con la activación química.
En la activación física se emplean gases como vapor de agua o dióxido de carbono a altas temperaturas, lo que permite generar una estructura porosa bien definida en el material precursor sin recurrir a productos químicos adicionales. Aunque este proceso requiere más tiempo y temperaturas más elevadas, produce carbones activados más estables y con menor impacto ambiental, ya que no genera residuos tóxicos.
En contraste, la activación química utiliza agentes como ácido fosfórico o hidróxido de potasio a temperaturas más bajas, pero implica el uso de sustancias corrosivas, lo que puede generar subproductos contaminantes. La activación física, además de ofrecer carbones de alta calidad con múltiples aplicaciones –como en el tratamiento de la contaminación del agua, la captura de dióxido de carbono y el almacenamiento de energía–, minimiza los riesgos ambientales y reduce los costos asociados al tratamiento de residuos.
El mercado global de carbón activado está experimentando un crecimiento notable, impulsado por su amplia gama de aplicaciones industriales. Se prevé que crezca a una tasa anual del 2,9 % entre 2020 y 2028, alcanzando un valor estimado de 8,12 mil millones de dólares para el final de este período.
A nivel regional, Asia-Pacífico lidera este crecimiento, impulsado por la creciente demanda en países como China, India y otras economías emergentes, donde el aumento de la contaminación ha incrementado la necesidad de soluciones de purificación. América del Norte también muestra un crecimiento destacado, con un papel clave en sectores como la industria farmacéutica y alimentaria, donde el uso de carbón activado es cada vez más importante.
Captura de CO₂
En la industria, los métodos más comunes para la captura de dióxido de carbono (CO₂), como la adsorción por cambio de presión o por cambio de temperatura, emplean materiales como zeolitas y carbones activados que atrapan el CO₂ en sus poros.
Sin embargo, estos procesos presentan varios inconvenientes: consumen grandes cantidades de energía debido a los constantes cambios de presión o temperatura, los materiales se desgastan con el uso prolongado y muchos de ellos, como las zeolitas, provienen de fuentes no renovables.
Los biocarbones activados, obtenidos a partir de residuos agrícolas como cáscaras de pistacho, almendra o nuez, surgen como una alternativa más sostenible. Al ser de origen renovable, su producción reduce el impacto ambiental y contribuye a la economía circular.
Además, estos biocarbones pueden retener CO₂ de manera eficiente, al igual que los materiales tradicionales, pero con menores costos y un impacto ambiental reducido. En resumen, representan una solución prometedora para hacer la captura de carbono más ecológica y asequible.
Reactivación y uso infinito
En muchas aplicaciones industriales, el carbón activado puede reutilizarse una vez que ha llegado a su capacidad máxima de adsorción, un estado conocido como saturación. En este punto, el material pierde su capacidad para adsorber nuevos contaminantes, pero esto no significa el fin de su vida útil. Mediante un proceso de reactivación térmica, es posible restaurar sus propiedades y prolongar su uso.
El proceso de reactivación implica someter el carbón a altas temperaturas para eliminar los compuestos adsorbidos. Primero, se seca el material, luego se eliminan los compuestos volátiles a través de evaporación y, finalmente, los compuestos no volátiles se descomponen, dejando una estructura amorfa.
A través de la aplicación de gases, los microporos del carbón se regeneran, permitiendo que el material recupere su capacidad de adsorción y pueda reutilizarse en diversas aplicaciones. Este proceso no solo extiende la vida útil del carbón activado, sino que también reduce la necesidad de producir nuevos materiales, por lo que supone una solución más sostenible.
Se espera que la innovación tecnológica en la producción de carbón activado, como el uso de biomasa y otras fuentes de carbono sostenibles, desempeñe un papel fundamental en el crecimiento futuro del mercado. Este panorama positivo está respaldado por las crecientes regulaciones ambientales y el enfoque global en prácticas más sostenibles, lo que refuerza la importancia de soluciones ecológicas en este sector.
María Luz Sánchez Silva, Catedrática de Universidad en el Área de Ingeniería Química, Universidad de Castilla-La Mancha; Alba Villardón Pérez, Investigador predoctoral en Ingeniería Química, Universidad de Castilla-La Mancha y Fernando Dorado Fernández, Catedrático de Universidad en el Área de Ingeniería Química, Universidad de Castilla-La Mancha, Universidad de Castilla-La Mancha
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
