Biochar, un puente electroquímico que nace de desechos vegetales

A partir de la transferencia de electrones, el biochar —un material carbonoso obtenido de desechos vegetales— puede potenciar la digestión anaerobia y aumentar la producción de metano. Un proyecto desarrollado por investigadores del Grupo Tayea explora este proceso biológico.

La digestión anaerobia es un proceso biológico en el que los residuos orgánicos se transforman en biogás, una mezcla compuesta por dióxido de carbono y metano. Este último es el componente de mayor valor energético. En este contexto, el biochar aparece como un aliado para que este proceso sea más efectivo.

El proyecto del grupo Tayea surgió a partir de una conversación académica y se consolidó como una investigación aplicada, de la cual se derivó un trabajo de investigación de pregrado, que lejos de buscar la mitigación del metano, apunta a aumentar su generación para aprovecharlo como fuente energética.

“Todo lo que estudiamos en laboratorio se relaciona con medir la capacidad de transferencia de electrones del biochar y ver cómo afecta el proceso de producción de metano en la digestión anaerobia. El metano es lo que produce energía y en este sentido se puede usar como un biocombustible para generar calor, mucho más que el dióxido de carbono”, declaró José Daniel García Jiménez, investigador del grupo Tayea.

La digestión anaerobia funciona gracias a comunidades bacterianas que descomponen progresivamente la materia orgánica dentro de un reactor. En ese proceso, las bacterias intercambian electrones, y allí es donde el biochar podría marcar la diferencia. El biochar utilizado en el estudio se obtuvo mediante pirólisis, proceso termoquímico que consiste en someter residuos vegetales a altas temperaturas en ausencia de oxígeno.

Tanto la digestión anaerobia como el biochar comparten un principio: convertir un problema ambiental en una oportunidad energética. “Se trata de agregar valor al procesamiento de residuos que terminan en rellenos sanitarios y usarlos para producir energía o hacer procesos más sostenibles”, puntualizó García Jiménez.

“La pirólisis consiste en someter las biomasas a altas temperaturas sin oxígeno para volatilizar compuestos y que quede una matriz carbonosa o biochar. Este material presenta una alta porosidad y grupos funcionales en su superficie, características que le permiten interactuar con los microorganismos del reactor. Una de las hipótesis que tenemos es que el biochar funciona como un cable uniendo las dos bacterias. La otra es que los grupos funcionales en la superficie se oxidan y se reducen, transfiriendo el electrón”, señaló Valeria Zuleta Narváez, investigadora del grupo Tayea.

El equipo se centró en esta segunda hipótesis, evaluando electroquímicamente la capacidad del biochar para donar y aceptar electrones desde su superficie. 

Una de las principales líneas de trabajo del grupo Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas (TAYEA), bajo el liderazgo de Farid Chejne Janna y Juan Carlos Maya López, se enfoca en la investigación del biochar como una herramienta para potenciar la producción de biogás y el desarrollo de energías limpias, integrando dos enfoques complementarios según las características del residuo: "por un lado, tecnologías termoquímicas de alta temperatura para el aprovechamiento de residuos con bajo contenido de humedad, orientadas a la producción de biochar, y, por otro, procesos de biodigestión anaerobia para el tratamiento de residuos con alto contenido de humedad, enfocados en la generación de biogás. Para las empresas fruteras, esta alternativa resulta especialmente viable, ya que sus residuos son predominantemente húmedos, como restos de frutas, cáscaras y pulpas, y pueden ser aprovechados mediante biodigestión, mientras que las fracciones más secas pueden destinarse a la producción de biochar, lo cual permite avanzar hacia una economía verdaderamente circular, en la que los residuos se optimizan para la generación de energía y productos de valor agregado de manera limpia y sostenible. Hacia el futuro, el principal reto es la implementación a escala industrial, lo cual requiere que las empresas apuesten por proyectos piloto o que entidades gubernamentales impulsen su desarrollo, y en el contexto actual de altos costos energéticos, estas tecnologías representan una alternativa altamente atractiva no solo para el sector frutero, sino también para el país", destacó Maya López.

Otros aspectos destacados de los ensayos es que compararon el biochar producido a distintas temperaturas y a partir de materias primas como troncos y hojas. Los resultados fueron consistentes: el biochar producido a bajas temperaturas es mejor. Y el biochar de troncos tiene mayor capacidad de transferencia electrónica. Esto se tradujo en incrementos significativos en la producción de metano, con mejoras de hasta un 30 % frente a otros materiales.

“Hay una relación medible de que se puede mejorar la capacidad de producción de metano en una digestión anaerobia a partir del biochar, teniendo en cuenta sus características electroquímicas”, sintetizó Zuleta Narváez.

Aunque la producción de este biogas está bastante estandarizada en el mundo, la adición de biochar sigue siendo un campo en expansión para lo investigativo, ya que las empresas buscan siempre producir más energía con mejores métodos. 

El equipo espera publicar pronto los resultados en revistas especializadas, aportando evidencia sólida desde el contexto colombiano a una discusión científica de alcance global.