El biocarbón, también conocido como carbón vegetal, es un método antiguo para mejorar la salud del suelo. Obtenga más información sobre la ciencia y cómo hacer su propio biocarbón con el experto Kai Hoffman-Krull.

La cuestión del cultivo de alimentos en un clima cambiante es algo que todos debemos plantearnos. Todos comemos. Las predicciones ilustran que el cambio climático podría hacer que los rendimientos de trigo de regadío en los países en desarrollo cayeran un 13% y el arroz de regadío un 15% para el año 2050. En África, los rendimientos de maíz podrían caer entre un 10% y un 20% durante el mismo período. [1] El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático estima que la producción mundial de alimentos podría reducirse hasta en un 17% para el año 2100 debido a las malas cosechas debido al aumento de las variaciones climáticas. [2] Se estima que la población en el año 2100 era de 11.2 millones de personas [3].

Como muchos de nosotros sabemos, la agricultura ha sido parte de la crisis mundial del carbono que nos ha llevado a este punto de la historia. La investigación sugiere que hasta el cambio de siglo, la agricultura ha sido responsable de un tercio de nuestras emisiones globales de gases de efecto invernadero. [4] La producción de alimentos constituye la mayor parte de todas las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con los alimentos: el 86%. [5] La forma en que cultivamos los alimentos es parte de cómo curamos nuestra atmósfera.

Como parte de un movimiento más amplio de prácticas regenerativas basadas en el carbono, que incluyen sistemas reducidos y sin labranza, cultivos de cobertura, abonos verdes, pastoreo rotativo, compostaje, etc., el carbón vegetal, también conocido como "biocarbón", está ilustrando la capacidad de disminuir mineralización de carbono, lo que hace que el carbono sea más estable en el suelo, al tiempo que aumenta la actividad biológica. Esta investigación sugiere que el biocarbón podría ayudar a todas estas otras prácticas regenerativas, maximizando sus capacidades de almacenamiento de carbono. Este artículo cubrirá parte de esta investigación, así como la influencia del biocarbón en la resiliencia del suelo en la red alimentaria biológica y cómo se puede producir carbón vegetal en su propia granja.

El papel del carbón vegetal en la estabilización del carbono en suelos agrícolas

Como sabemos, carbono es la palabra que usamos para describir la vida que vino antes, todos los orgánicos que han ido y venido y ahora descansan en el suelo. La cuestión de cómo los agricultores interactúan con el ciclo del carbono y lo almacenan en nuestros suelos es parte no solo de abordar el cambio climático, sino también de prepararnos para él. El cultivo de carbono es la ciencia de la resiliencia: la cuestión de cómo crear alimentos más fuertes y ricos en nutrientes con la capacidad de soportar mayores niveles de estrés. Como dice el mentor agrícola y experto en biocarbón Steve Bensel, los pináculos y las prácticas del movimiento original de alimentos orgánicos giraron en torno a la comprensión del ciclo del carbono.

Existe una gran cantidad de investigaciones que sugieren que el biocarbón puede desempeñar un papel para ayudar a que otras prácticas basadas en el carbono vayan más allá, estabilizando el carbono nativo en el suelo. Esto va más allá de lo que muchas personas y yo pensamos, que es que el biocarbón almacena aproximadamente el 50% del carbono en la biomasa convertida en pirólisis, que puede durar como fuente de carbono estable en el suelo durante miles de años. [6] Un artículo publicado en 2014 encontró que el carbón vegetal reduce la mineralización de carbono y la emisión de gases entre un 64.9 y un 68.8%, un fenómeno que denominaron efecto de cebado negativo. Esto significa que entre el 7 y el 64.9% del carbono nativo del suelo, el carbono que ya está en el suelo, se estabilizó y se mantuvo en el suelo. El efecto de cebado negativo fue luego confirmado por un documento de metaanálisis que examinó 68.8 publicaciones de investigación sobre carbón vegetal y emisión de gases, encontrando una disminución promedio del 395% en la liberación de gases de carbono, conocida como respiración, mientras que también vio un aumento promedio de 40% de biomasa microbiana. [18]

Es difícil predecir completamente la influencia del biocarbón en el suelo. Diferentes biocarbón hechos de diferentes materias primas (madera, estiércol, residuos de cultivos) parecen tener propiedades físicas y de nutrientes únicas. Estos diferentes biochars interactuarán de manera única en diferentes tipos de suelo. Como se encontró en el estudio anterior, la temperatura y el pH de la biomasa convertida en biocarbón parece tener una influencia significativa en sus propiedades. Otro artículo encontró que la influencia de la imprimación negativa (estabilización del carbono) era más pronunciada con biocarros producidos a temperaturas más altas entre 970 grados F y 1,200 grados F. [9] Un tercer estudio confirmó este hallazgo, afirmando:

De acuerdo con estudios previos, nuestros resultados mostraron que temperaturas pirolíticas más altas condujeron a aumentos en el área de superficie específica y retención de humedad mientras disminuían el contenido de CIC y DOC (Mukherjee et al., 2011; Wang et al., 2013). Las características de estos biocarros de alta temperatura promovieron un mayor cebado negativo de (materia orgánica del suelo) en nuestro estudio, y recientemente se han defendido como el mejor tipo de carbón vegetal para maximizar el almacenamiento de C del suelo (Yuan et al., 2014).

Yuan, et.al. descubrió que los biocarbón de temperatura más baja pueden tener otros beneficios, ya que muestran una mayor capacidad para retener nutrientes y humedad y biocarbono inmediatamente disponible. El documento concluyó que tanto las altas como las bajas temperaturas del biocarbón pueden desempeñar un papel único en la salud del suelo, y los biocarbón de alta temperatura ejercen una influencia más prolongada en la estabilización de los niveles de carbono, mientras que los carbonatos de menor temperatura tienen una influencia más inmediata en la retención de nutrientes, retención de agua y actividad biológica durante los primeros años. [11]

Haciendo Biochar

Si está interesado en hacer biocarbón, aquí hay dos formas fáciles, de bajo costo y de baja tecnología para hacer carbón vegetal a partir de materiales de pilas quemadas y / o material de los bosques circundantes.

Quemaduras de conservación [12]   

 
Las quemaduras de conservación son la forma más simple y accesible de producción de biocarbón, ya que todo lo que requieren es apilar leña de forma sistemática. La teoría detrás de las quemaduras por conservación es que toda la materia prima llega al mismo punto de compuestos orgánicos completamente volatilizados, momento en el que se apaga el fuego. El método imita muchos de los elementos de las pilas de quema de roza, el método más común para la remoción de maleza y biomasa leñosa, pero genera un producto valioso al mismo tiempo que reduce la esterilización del suelo en el lugar de la quemadura. Las quemaduras de conservación se pueden realizar en una variedad de escalas y con una variación de tamaños de madera, pero requiere un pequeño rango de diámetro dentro de cada quemadura para que funcione de manera efectiva. Las quemaduras de conservación requieren una cantidad significativa de agua para extinguirse, por lo que idealmente las quemaduras se realizarían cerca de una fuente de agua presurizada.

Al encender la quemadura de conservación en la parte superior, las brasas mantenidas en las llamas se mantienen en un ambiente menos oxigenado a medida que el fuego desciende hacia el material más nuevo. Estas llamas consumen oxígeno que de otra manera accedería directamente a las brasas. Mientras que los hornos con tapa de llama buscan eliminar el oxígeno del carbón levantando la caja de fuego agregando más material, las quemaduras de conservación operan como una gran zona de fuego donde el operador apaga el fuego en la etapa en la que de otra manera agregaría material al horno.

Una quemadura de conservación. Acreditado a Wines and Vines: https://www.winesandvines.com/news/article/185902/Burning-Vineyard-Waste-for-Biochar

Método

El éxito de Conservation Burns depende de cómo se construya la pila. La materia prima debe tener un diámetro algo homogéneo, con las piezas más grandes solo varias pulgadas más grandes que las piezas más pequeñas. La longitud puede variar más significativamente, pero mantener el material dentro de un rango de 1 a 4 pies en diferencial mejorará la tasa de producción constante de biocarbón. El material debe construirse en un cono, colocando el material más grande en el centro de la quemadura, graduándose a diámetros más pequeños a medida que la pila se mueve hacia la parte inferior y superior. Esto se debe a que el centro del fuego producirá el calor más alto y, por lo tanto, puede carbonizar el más grande.

Una vez que la pila esté construida, encienda un fuego en la parte superior. Si hay viento, la pila debe iluminarse en el lado de sotavento 2/3 del camino hacia el fondo. El material más seco es más importante para las quemaduras de conservación que otras formas de producción, ya que un mayor contenido de humedad en la materia prima resultará en un desarrollo más lento del fuego, lo que hará que el material superior se convierta en cenizas antes de que las secciones inferiores de biomasa se conviertan en carbón. El objetivo de la quema de conservación es hacer que la pila se queme rápidamente, con el fuego moviéndose desde la parte superior de la pila hacia el fondo entre 2 y 20 minutos, dependiendo del tamaño de la pila. El momento ideal para apagar la quemadura es después de que el fuego haya llegado al fondo de la pila y se observe una ligera capa de ceniza en todo el material de arriba a abajo.

Las quemaduras de conservación realizadas con material seco consumen la mayoría de los gases volátiles en la cámara de combustión, lo que alimenta el fuego y disminuye las emisiones a la atmósfera, especialmente en comparación con las quemaduras tradicionales de pila de roza.

Extinguir el fuego

La forma ideal de extinguir las quemaduras de conservación es rociando el fuego con agua a presión. Es importante asegurarse de que la pila esté completamente saturada antes de salir, ya que a menudo la pila puede parecer apagada pero tener una pequeña cantidad de carbones vivos que pueden secar el carbón circundante y hacer que la pila vuelva a arder.

Hornos Flame Cap

Los hornos con tapa de llama utilizan un cilindro o caja de metal, con fondo abierto o cerrado. Una de las ventajas significativas de los hornos Flame Cap para la producción agrícola y forestal es que el material se puede cargar durante todo el proceso de combustión, y la conclusión de la combustión ocurre cuando el horno se llena con biocarbón. Esto permite aumentar la cantidad de biocarbón producido, así como eliminar grandes cantidades de material de corte, lo que lo hace ideal para la producción forestal o agrícola.

Flame Cap Kiln justo antes de extinguirse

Los hornos Flame Cap eliminan el acceso de oxígeno a los lados del fuego. El área de la llama activa se eleva con la adición de nuevo material, consumiendo el oxígeno que de otro modo accedería al carbón de abajo. Los hornos se pueden fabricar a partir de una variedad de diámetros y alturas, con diámetros más grandes y dimensiones más cortas, lo que da como resultado quemaduras más calientes y rápidas y una menor eficiencia de conversión de biomasa en biocarbón. Los hornos más altos y estrechos dan como resultado quemaduras más frías y eficientes. Una pauta general para un tamaño de horno ideal es una relación entre la altura y el diámetro de 1.5: 1, sin embargo, muchas relaciones diferentes pueden ser efectivas.

Si está cortando un cilindro o caja de metal para crear un horno, es importante descubrir si el recipiente ha almacenado previamente algún producto inflamable. Si es así, llene el recipiente con agua antes de cortar, ya que una chispa puede atrapar los gases residuales que quedan en el recipiente, lo que genera la posibilidad de una explosión.

Método

Haga un fuego caliente con leña y palos pequeños. Si el horno tiene un fondo abierto, permita que el aire entre en el horno desde el fondo para facilitar el inicio del fuego, lo que se puede hacer simplemente quitando varios puntos de acceso donde el fondo del cilindro se encuentra con el suelo. Cuando el fuego arde bien, generalmente de 10 a 20 minutos después de comenzar la combustión, selle el fondo del horno con tierra para que no entre aire desde el perímetro del fondo.

Agregue material cuando vea que la parte superior del material existente desarrolla cenizas grises en el exterior. Es útil agregar material de tamaño, contenido de humedad y tipo de madera similares para cada carga, ya que el material pasará a una etapa similar de carbón al mismo tiempo, maximizando la eficiencia de la combustión. Coloque el material de mayor diámetro a un tercio del camino a través del proceso de quemado, ya que ese es el punto de máximo calor.

Continúe agregando combustible hasta que el horno esté lleno de carbón o se quede sin combustible. A medida que aumenta el nivel de madera carbonizada en el cilindro, el nivel inferior del exterior del cilindro debe estar más frío que el área de combustión activa, lo que indica que no ingresa oxígeno al horno desde abajo.

El color del humo que sale del horno dará alguna indicación de la temperatura y de qué tan limpio de la quemadura está realizando:

  • La quemadura limpia con olas de calor es lo ideal.
  • El humo blanco es el resultado de la liberación de vapor y no es un problema importante, ya que es principalmente agua que ingresa al aire.
  • El humo azul ilustra que algunos gases volátiles no se están quemando y que el fuego es más frío de lo ideal. Deje de agregar combustible o comience a agregar combustible más seco para corregir.
  • El humo amarillo y verdoso es la producción de metano (gas de efecto invernadero nocivo) y otros gases volátiles, lo que significa que el fuego se ha enfriado demasiado y los gases no son consumidos por el fuego. Este es un momento importante para dejar de agregar combustible y dejar que la quemadura se limpie por sí sola.
El humo amarillo significa que se agregó demasiado material a la vez enfriando el fuego de modo que los gases orgánicos volátiles se elevan a la atmósfera.

Extinguir el fuego

Hay dos métodos diferentes para extinguir los hornos con tapa de llama: excluir el fuego del oxígeno con una tapa o usar agua. El método de la tapa es ideal para aplicaciones forestales donde el acceso al agua puede ser limitado.

Para usar el método de la tapa, cree una tapa de 1 a 2 pulgadas más pequeña que el diámetro del horno, de modo que la tapa pueda asentarse dentro. El material ideal para las tapas son los techos de metal que se pueden atornillar con tornillos para techos y cortar con una amoladora angular o Sawzall. Ponga de 10 a 15 galones de agua uniformemente alrededor de la parte superior del fuego y luego agregue la tapa dentro del horno. Selle el espacio entre la tapa y el borde del cilindro con tierra. Las fugas de vapor indicarán la necesidad de un mejor sellado. Una vez que el cilindro se haya enfriado por completo (esto toma al menos 2 días), inclínelo para recuperar el biocarbón. Tenga mucho cuidado con el carbón fresco, ya que puede mantener el calor durante un tiempo sorprendentemente largo. Si un carbón aún vivo se expone al aire, se quemará. Asegúrese de que no haya calor en el carbón antes de transportarlo.

Apagar una quemadura antes de que se coloque la tapa sobre el fuego en Midnight Farm en Lopez Island

Puede usar el método del agua si hay mucha agua disponible cerca de la fuente del fuego (80-100 galones). Este método es más ideal para hornos que tienen fondos cerrados, ya que el agua subirá en el recipiente y sumergirá las brasas. Si el horno no tiene un fondo cerrado, rocíe la parte superior del fuego y luego voltee el horno a mano o por medios mecánicos, como un tractor o un comedero largo.

Rocíe el carbón con agua mientras lo rastrilla. Continúe revolviendo y humedeciendo el carbón mientras busca puntos calientes. Cualquier vapor que salga de la pila después de 30 minutos de aplicar agua indica que el fuego no se ha apagado. Después de una hora o dos, vuelva a la pila y rocíe y rastrille nuevamente. Se recomienda encarecidamente que el carbón sea inspeccionado varias veces más antes de asumir que el fuego está apagado y que el carbón es seguro de manipular y transportar.

Pensamientos Finales

El término biocarbón puede parecer nuevo, pero no hay nada nuevo sobre el carbón vegetal. El carbón vegetal es tan antiguo como el fuego, y el fuego ha servido como elemento central para adelgazar los ecosistemas de bosques primarios. [13] En el condado de San Juan, la gente Salish de Puget Sound también usaba el fuego para cultivar sus alimentos silvestres. Si bien los primeros colonos europeos pensaron que los bosques del noroeste del Pacífico eran bosques naturalmente abundantes con cultivos alimentarios, en realidad eran jardines. [14] La gente de Salish usaba el fuego para conducir ciervos y alces a lugares centrales donde podían ser cazados más fácilmente, y quemaban sus cultivos de raíces y bayas más comunes después de la cosecha. Las quemaduras controladas sirvieron para reproducir el papel de los incendios forestales en los sistemas de crecimiento antiguo, raleando y limpiando el suelo del bosque al tiempo que proporcionaban cenizas y carbón vegetal para fertilizar la próxima generación de plantas. [15] Hay ilustraciones de que el fuego y el carbón vegetal también se utilizaron históricamente para la agricultura en América del Sur y partes de Europa. [16] [17]

Hoy en día, el biocarbón puede tener más importancia que nunca. A medida que buscamos formas de mantener el carbono en nuestro suelo y fuera de la atmósfera, es posible que el biocarbón no sea la respuesta, pero puede ser parte de la ayuda de todas las otras respuestas.

Para obtener más información sobre los usos, procesos y beneficios de biochar, visite Restaurar Char.

Esta publicación se basa en un artículo publicado en Creciendo para el mercado, Mayo 2019.

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Comentarios sobre:¿Qué es Biochar? Cómo estabilizar el carbono en su suelo"

  1. "A medida que buscamos formas de mantener el carbono en nuestro suelo y fuera de la atmósfera, el biocarbón puede no ser la respuesta, pero puede ser parte de la ayuda para todas las otras respuestas".

    A esta oración parece faltarle una palabra o dos. Se mejoraría añadiendo la palabra "sólo", como en "no es la única respuesta".

    El uso de biocarbón es una herramienta crítica, una de muchas, pero quizás la única con la capacidad de secuestrar cantidades invasoras de carbono durante cientos o miles de años, y la única que permite la eliminación de combustibles fósiles en productos no agrícolas como el cemento. , asfalto, materiales de construcción y plásticos.

    Creo que la frase, tal como está redactada, ensombrece la legitimidad de la investigación que fundamenta sus asombrosas propiedades.

  2. ¡Excelente artículo! Gracias Kai y Rodale por dar a conocer estos sencillos métodos de elaboración de biocarbón. Trabajo con un grupo llamado Umpqua Biochar Education Team y obtuvimos una Beca de Innovación en Conservación del NRCS para desarrollar métodos similares, así como pautas prácticas para el uso de biochar en el manejo de abono y estiércol. Tenemos las pautas y algunos dibujos de hornos de biocarbón de código abierto disponibles para su descarga gratuita en ubetbiochar.blogspot.com o wilsonbiochar.com.

  3. Esta es una gran pieza que seguramente despertará interés en el biocarbón y todas las formas en que se puede usar no se limita a mejorar la salud del suelo. Estamos trabajando con el estado de Vermont para instalar filtros de biocarbón para capturar el fósforo de la escorrentía agrícola. Nuestro biocarbón se produce en una unidad prototipo innovadora que diseñamos y construimos nosotros mismos y produce a una velocidad de 350 libras en un día de 8 horas. Este verano estaremos trabajando en dos unidades más, cada una capaz de producir al menos 500 libras por día. Solo utilizamos madera de desecho de origen local. Preferimos hornos separados, ya que esto nos permite ser selectivos y tener una materia prima de una sola fuente.

    Siempre es bueno encontrar artículos como este que mantienen “los fuegos encendidos para la creación de biocarbón”.

    Gracias Kai, gracias Rodale Press.

  4. Calentamos con leña y nuestra chimenea tiene una pequeña puerta en la parte inferior; cuando lo limpiamos, parece biocarbón. ¿Deberíamos intentar aplicarlo en nuestros jardines? Si es así, ¿cuánto?

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