Un estudio sobre el biochar activado para potenciar el biometano

Un estudio del grupo Tayea reveló que el biochar activado de cáscaras de palma aumenta la producción de biometano en la digestión anaeróbica y, con ello, la eficiencia y sostenibilidad del proceso al promover el crecimiento de microorganismos descomponedores.

Este estudio liderado por Michell Ortiz Cardona, ingeniero químico e integrante del grupo de  Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas —Tayea— de la Facultad de Minas, demostró cómo la adición de biochar activado a residuos orgánicos puede mejorar la producción de biometano para transformar la gestión de residuos y energía y fue publicado recientemente por la revista científica Journal of Material Cycles and Waste Management de Springer sobre temas ingenieriles y relacionados con la gestión sostenible de recursos.

“La activación del biochar incrementó en un 48% su área superficial en comparación con el biochar no activado, lo que lo hizo más eficiente para favorecer la producción de metano en la digestión anaeróbica. Esta activación es crucial, ya que aumenta la porosidad y la capacidad de sorción del material, lo que facilita la formación de biofilms, un conjunto de microorganismos que se adhieren a las superficies y aceleran el proceso de descomposición”, detalló Ortiz Cardona, quien es estudiante del doctorado en Ingeniería- Sistemas Energéticos.  

La digestión anaeróbica es un proceso biológico en el cual los microorganismos descomponen residuos orgánicos en ausencia de oxígeno, generando biogás como subproducto. Este gas, compuesto principalmente de metano, es un recurso importante para la generación de energía renovable. Sin embargo, para mejorar la eficiencia de este proceso y aumentar la cantidad de metano producido, los investigadores exploraron diferentes estrategias. El punto central de este estudio fue la incorporación de biochar activado, un material carbonoso derivado de pirólisis de residuos orgánicos, como las cáscaras de palma, un subproducto de la industria del aceite.

El estudio no solo tiene implicaciones para la producción de biogás y energía renovable, sino también para la gestión de residuos. Al aprovechar materiales como las cáscaras de palma, que de otro modo serían desechados, contribuye a reducir la cantidad de residuos y ofrece una fuente de energía alternativa, más limpia y sostenible. “Lo interesante es que hemos demostrado que los residuos locales, como las cáscaras de palma, tienen un gran potencial como materia prima para producir biogás, superando incluso a los carbones activados comerciales”, explicó Ortiz Cardona.

Todos los análisis fueron desarrollados en colaboración con expertos como la ingeniera biológica Andrea Tamayo Londoño y el profesor Farid Chejne Janna, además de la estudiante Verónica Gaviria. Los residuos utilizados provenían de la Facultad de Minas y se tomaron con la aprobación del comité Gestión integral de residuos. Para el desarrollo de este estudiolos investigadores crearon un gasificador, un digestor y un pirolisador. 

“El proceso de pirólisis implica calentar los residuos orgánicos a altas temperaturas en ausencia de oxígeno, lo que produce biochar. Para este estudio utilizamos cáscaras de palma, un material comúnmente desechado, como materia prima para producir biochar en tres temperaturas diferentes: 350, 550 y 700 °C. El biochar generado a 550 °C fue el que presentó las mejores propiedades para la digestión anaeróbica, ya que su estructura microporosa se podía combinar con un proceso de activación”, comentó Ortiz Cardona.

En los experimentos realizados, los investigadores evaluaron el impacto del biochar activado mediante pruebas de Potencial Bioquímico Metanogénico en reactores de 1.1 litros. Los resultados fueron reveladores: al añadir biochar activado en concentraciones de 25 g/L, se obtuvo un 40% más de metano en comparación con la celulosa sola. Pero lo más sorprendente ocurrió cuando los investigadores utilizaron residuos orgánicos como sustrato. En este caso, la adición de biochar activado aumentó la producción de metano en un 410%.

“El biochar activado se está posicionando como un material clave en la optimización de la digestión anaeróbica, no solo por su efectividad en la producción de biometano, sino también por sus propiedades versátiles, que lo hacen útil en aplicaciones como la remediación de suelos y la absorción de contaminantes. El próximo paso será llevar esta tecnología a una escala mayor y explorar su aplicabilidad en industrias que generan grandes volúmenes de residuos”, destacó Andrea Tamayo Londoño, profesora del Colegio Mayor de Antioquia e integrante del Grupo Tayea.

Para este estudio fue vital la cooperación entre diferentes áreas de conocimiento, como la ingeniería de procesos, la microbiología y la química de materiales. Este enfoque multidisciplinario impulsó las mejoras en los procesos de digestión anaeróbica y en la creación de soluciones para la generación de energía renovable a partir de residuos.