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PJ-137-MA-LE Elaboración de carbón a base de cáscara de coco


Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
Área de participación: Medio Ambiente

Miembros del equipo:
Enrique Romero Tiscareño
Iker André Tejeda Infante

Asesor: Marisa Calle Monroy

Escuela: Centro Escolar Zamá

Resumen

Uno de los mayores problemas que presenta el mundo actualmente, es la contaminación, por lo que si logramos elaborar carbón a base de cáscara de coco  entonces podremos presentar una alternativa de combustible orgánico.Este carbón es respetuoso con el medio ambiente, ya que tiene varias ventajas como la formación  de ceniza ya que está se puede reutilizar cómo composta o blanqueador dental, este es considerado un absorbente por tener la capacidad de atrapar una gran cantidad de moléculas sin emitir ningún agente químico que pueda contaminar en el medio donde este sea utilizado, el resultado dependerá del tipo de cáscara que se utilizó. Se obtuvieron 227 g de trozos de carbón con una consistencia dura Y áspera con un color café oscuro Y un olor a café tostado, según la información consultada este carbón es muy difícil de laborar por los materiales y el tiempo que se emplean elaborarlo, pero en nuestra experiencia su elaboración es muy fácil ya que los únicos materiales que necesitamos  es un horno y la cáscara de coco por lo que su costo es prácticamente nulo comparado con el carbón cotidiano ya que su costo se encuentra entre los 100 dólares y los 50 dólares por tonelada, la obtención de este producto tarda de 15 a 20 minutos. Este carbón logra la combustión en tan sólo siete minutos, no provoca ningún  olor desagradable, otro beneficio de este carbón es que al ser reutilizado apoya a eliminar la contaminación de playas y calles de México.

Pregunta de Investigación

¿Cómo elaborar carbón a base de cáscara de coco?

Planteamiento del Problema

Uno de los mayores problemas de hoy en día es la contaminación del aire, y uno de estos principalmente es el carbón, este provoca serios daños al medio ambiente, principalmente porque su uso es como fuente de energía esta se da por medio de la combustión que libera grandes cantidades de gas. Además las explotaciones mineras a cielo abierto también genera graves daños al medio ambiente, principalmente por los líquidos que se desprenden durante el proceso. Mientras ocurre esto se liberan sustancias contaminantes que se vierten al medio ambiente y que traen aparejados efectos nocivos como la lluvia ácida, el efecto invernadero y la formación de smog, esta es una de las 3 grandes problemáticas ambientales.Su costo llega ser muy elevado ya que la mayor parte de los precios actuales están entre 40 y 80 USD y a veces, llega a estar entre 50 y 100 USD por tonelada. Este depende del horno o castillo donde se elabore, pero este normalmente se tara entre 10 y 15 días en elaborarse.

Antecedentes

Carbón de coco: el carbón natural valioso y ecológico

El carbón de coco es una alternativa al carbón vegetal habitual respetuosa con el medio ambiente y que funciona estupendamente. Es un error muy extendido pensar que el carbón vegetal habitual que se adquiere por un par de euros en el comercio sea un producto de calidad de fabricación alemana. Una gran parte del carbón alemán procede de la tala ilegal de maderas tropicales y se transvasa y envasa en Alemania. De esta manera se engaña a los consumidores y confunde con promesas comerciales. El carbón natural elaborado a partir de la cáscara de coco es el producto perfecto para aquellos que buscan una alternativa de calidad, respetuosa con el medio ambiente y potente al carbón de madera.

Propiedades especiales del carbón de coco

Ya sea para parrilleros profesionales o aficionados o amantes de la pipa de agua: el carbón de coco ofrece las propiedades adecuadas para toda la gama de aplicaciones. Gracias a su larga duración de combustión, es posible realizar un uso del carbón rentable, lo que a su vez relativiza sus costos de adquisición. Se necesita una cantidad notablemente inferior de carbón con el mismo calor y duración de parrilla comparado con carbón vegetal habitual. Además, el carbón de coco es completamente neutro en sabor y olor, por lo que es perfecto para su uso en barbacoas pequeñas, p. ej., en un vecindario con poco espacio. El carbón de coco ecológico quema con una formación de ceniza de máximo el 4 %, prácticamente sin dejar residuos y se caracteriza por una baja formación de humo. De esta manera, se reducen a un mínimo los costosos trabajos de limpieza después de una barbacoa. La poca ceniza se puede desechar con la basura doméstica o incluso emplear como abono en el jardín. Su práctica forma en cubos impide que el carbón se rompa durante el transporte y permite un manejo sencillo del mismo.

Encender correctamente el carbón de coco

El carbón de coco producido a partir de cocos bio puros 100 % está libre de aditivos, p. ej., sustancias que aceleran el encendido del carbón. Esto garantiza la neutralidad en olor y sabor del carbón. Para que nada se oponga a una noche de parrilla, hay consejos que facilitan el encendido del carbón natural sin aditivos. En principio, se debe renunciar al uso de líquidos fácilmente inflamables como, por ejemplo, alcohol o gasolina, ya que no solo son peligrosos en manos inexpertas sino que, además, influyen negativamente en el olor y comportamiento de combustión del carbón. Es recomendable, colocar productos que favorezcan el encendido (p. ej., briquetas de encendido) en los lugares necesarios y encenderlos con un mechero de cuello largo desde una distancia segura. Otra posibilidad para encender cómodamente el carbón de coco es utilizar una chimenea de encendido. Esta consta de un tubo metálico con aberturas que garantizan una corriente de aire constante. Gracias al mango con protección térmica, se garantiza una manipulación segura del carbón. Mientras se llena la parte superior con el carbón de coco, debajo hay un material muy inflamable como papel o encendedor de barbacoas. La forma estrecha de la chimenea de encendido permite que el carbón se encienda más rápidamente ya que se produce una distribución del calor uniforme. Una vez que el carbón de coco está completamente calcinado, hay que sacudir el contenido de la chimenea de encendido en la barbacoa.

Placer sin límites de la pipa de agua con carbón de coco

El carbón de coco no solo se puede utilizar para disfrutar de una noche de barbacoa en compañía, sino que se puede utilizar como carbón para la pipa de agua. Su larga duración de combustión con su baja formación de cenizas, lo hacen el compañero perfecto para disfrutar de una pipa de agua. Gracias a la neutralidad de sabor, podrás disfrutar del aroma del tabaco sin impedimentos mientras que la forma rectangular compacta facilita su manipulación. También aquí se aplica lo siguiente: el carbón de coco está compuesto por cáscara de cocos al 100 % y no contiene ningún aditivo. Como esto también incluye aditivos de rápida ignición, no se pueden utilizar mecheros habituales. Para encender de forma segura el carbón, este se debería quemar durante 1 – 2 minutos con un quemador de gas. Como el carbón de coco presenta una formación de ceniza de máximo el 4 %, la limpieza de la pipa de agua es mucho más rápida y sencilla. Descubre más sobre el carbón de coco en nuestra sección de Información interesante.

El carbón activado es simplemente una estructura a base de carbón poroso y es la cantidad, tamaño y distribución de estos poros las que otorgan el efecto deseado al producto final. Es decir, no importa con qué se active al carbón, si con NaOH, o H3PO4 (muy, muy utilizado) sino como queda tras esta interacción.

Habiendo dicho esto, es lugar común en la química industrial buscar maneras alternativas más eficientes (metodológica y económicamente) para generar un producto de interés (cómo el carbón activado). La ventaja de este producto en particular, es que la materia prima es muy abundante: una fuente de carbono, en un planeta donde existen infinitas estructuras a base de carbono.

El carbón activado se produce, como dijimos, de materiales carbónicos o a base de carbono, como lo es la cáscara de coco que mencionas. Hay dos procesos de obtención principales:

Activación física, donde el material de partida (la conchita del coco) se transforma en carbón activado utilizando gases calientes, tras lo cual se introduce aire para desplazar el gas caliente y generar así los poros.

con ciertas sustancias abrasivas. Usualmente un ácido o una base fuerte (ácido fosfórico, hidróxido de sodio, …) o sales inorgánicas (cloruro de calcio y cloruro de cinc). Luego se carboniza el material a temperaturas más bajas (450–900°C).

El carbón activado es un material carbonoso que se ha sometido a un tratamiento de activación ya sea con productos químicos, reacción con gases oxidantes, o con vapor de agua con el objeto de aumentar su porosidad y una superficie interna.

El carbón es un mineral de origen orgánico compuesto básicamente por carbono, la formación del mismo es el resultado de la condensación continua de la materia de las plantas parcialmente descompuestas a lo largo de los años. Cuando las plantas se descomponen forman una capa llamada “turba”.

De esta manera, podemos definir al carbón activado como un material carbonoso que se ha sometido a un tratamiento de activación ya sea con productos químicos, reacción con gases oxidantes, o con vapor de agua con el objeto de aumentar su porosidad y una superficie interna.

La materia prima natural  efectiva para usarse en este proceso de absorción es casi cualquier materia prima carbonosa; hueso o semillas de frutos, cascaras de coco, cacao y naranja, cascarillas de arroz, residuos de madera (aserrín), madera cortada que sea desechada (puede ser de pino, roble o acacia), bagazo, mezcal (maguey), hulla y coque. Todo desecho orgánico sufre un proceso de degradación que pueden actuar como contaminante. Al sacarle provecho aportaría de forma positiva al medio ambiente. (Cortines, 2012).

Para elaborar carbón activado a partir de la materia prima natural anteriormente citada, se deben seguir los siguientes pasos:

Recepción de la materia prima. Se recolecta la materia prima natural, distintas cáscaras, hueso o semillas de frutos, residuos de madera, entre otros.

Secado de la materia prima carbonosa a emplear. El secado se realiza con la luz y calor del sol de manera natural, sin aplicación de una fuente externa de calor. De manera manual se efectúa el secado, por cuatro días a una temperatura máxima de 34°C, y por seis días a una temperatura mínima de 25°C.

Molienda de la materia prima natural. La cáscara de coco se molió con un molino de martillo. Este molino tendrá la capacidad necesaria para moler la cascará, semillas, residuos de madera, etc., de manera eficiente. Luego se procedió a pasarla por un tamiz de malla de 4,0 mm. Se realizan estos pasos para obtener un tamaño adecuado de la materia prima.

Carbonización. Este se llevará a cabo en un horno rotario, este proceso consiste en someter las diferentes muestras en una atmósfera inerte de nitrógeno a una temperatura de 900°C. El tiempo de carbonización que se toma es de un rango de 60 a 90 min.

Activación. La activación se realiza en una segunda etapa a temperaturas entre 800 y 1100ºC en presencia de un oxidante como agente activante que puede ser CO2 y vapor de agua. (U.SEVILLA).

Obtención del carbón activado. Finalmente, se llega a la obtención del carbón activado siguiendo los pasos anteriores ya mencionados.

Las aplicaciones fundamentales del carbón activado son aquellas relacionadas con el tratamiento de aguas potables y residuales, industria alimenticia, y farmacéuticos, decoloración y edulcorantes.

Resumen: La cáscara de coco se trató fisicoquímicamente para obtener carbón activado de alta calidad. La cáscara se sometió a un tratamiento con vapor para incrementar su contenido relativo de lignina y su accesibilidad química; la severidad del tratamiento, R0, se optimizó buscando el máximo índice de yodo del carbón activado obtenido. Se utilizó la metodología ANOVA variando logR0 entre 4.25 y 4.65, tomando como variable de respuesta el índice de yodo. Condiciones de la activación química con ácido fosfórico: relación ácido/cáscara de coco: 1.4; tiempo de impregnación: 48 h; activación: 1 h a 150 ºC; carbonización: 2 h a 475 ºC. La severidad del tratamiento con vapor tuvo un efecto significativo sobre el índice de yodo, posiblemente por la degradación de hemicelulosas y la modificación del grado de polimerización de la celulosa y la lignina. Se obtuvo un índice de yodo de 580 para el valor óptimo logR0 = 4.35. Copyright © 2007 UPB.

El carbón activado es uno de los adsorbentes más ampliamente utilizados y puede producirse a partir de una gran variedad de materiales (Ahmadpour et al., 1997; Laine et al., 1989; González et al., 1997; Dai et al., 1999). La cáscara de coco es adecuada para la preparación de carbón activado micoporoso debido a su excelente estructura natural y a su bajo contenido de cenizas (Pandolfo et al., 1994). Existen dos métodos para la obtención de carbón activado: activación química o física. En la activación química, el agente de activación funciona como un agente deshidratante que inhibe la formación de alquitrán (Toles et al., 1996; Teng et al., 2000; Caturla et al., 1991

. El proceso de obtención por activación física se basó en la calcinación controlada de muestras de los residuos en mufla a 600°C. La elaboración mediante activación química consistió en la impregnación de las muestras, previamente deshidratadas, con ácido fosfórico en concentraciones de 20, 40 y 85% durante 16 horas y tiempos de carbonización de 1 hora a 500°C.

El carbón activado, CA, es un adsorbente muy versátil, porque el tamaño y distribución de sus poros en la estructura carbonosa pueden ser controlados para satisfacer las necesidades de la tecnología actual y futura. El área superficial del carbón activado varía dependiendo de la materia prima y del proceso de activación (Moreno-Castilla, 2004; Mozia y col., 2005; Nevskaia y col., 2004). La elección del precursor para la elaboración de carbón es fundamentalmente una función de su disponibilidad, precio y pureza; sin embargo, el proceso de fabricación del CA y su posible aplicación también deben ser considerados (Rodríguez y col., 2009). Los materiales lignocelulósicos han sido utilizados ampliamente para la elaboración de CA ya que presentan una adecuada capacidad de adsorción, entre estos se pueden mencionar las cáscaras de diversas frutas, la fibra de coco, la corteza de plátano, la cáscara de arroz, así como también el bambú y aserrín de maderas, el bagazo de la caña de azúcar, entre otros muchos materiales biológicos (Basso y col., 2001; Bernardo y col., 1997; Pinzón y Cardona, 2008).

El carbón vegetal, que se puede hacer quemando trozos de leña hasta que no quede nada más que el carbón sin ninguna impureza, es excelente para hacer parrilladas al aire libre. El carbón vegetal suele ser caro, pero puedes hacerlo tú mismo en casa de forma fácil y económica. Aquí te enseñamos dos métodos distintos para conseguirlo.
Recoge la madera que vas a convertir en carbón. ¿Qué tipo de madera? La madera que uses para hacer el carbón debe estar curada. Para el carbón son buenas las maderas de cerezo, roble o nogal. Pregunta entre los vecinos si conocen a alguien que venda madera en los alrededores, o cómprala en una tienda de productos para el hogar y jardín. Necesitarás suficiente madera para llenar el barril completamente. Córtala en trozos de 10 cm.

Rellena el barril con la madera curada. Apretuja la madera dentro del recipiente llenándolo hasta arriba. Ponle la tapa. Esta debe cubrir la abertura del recipiente, pero no debe ser hermética.

Prepara la fogata. Compra o recoge más leña para hacer una fogata que dure entre 3 y 5 horas. Acomoda los leños en el lugar que escogiste. Deja un hueco libre en medio, coloca el barril en él y cúbrelo con más leña

Mantén la fogata encendida. Aliméntala para que arda de forma continua durante un mínimo de tres horas, o más tiempo si tu barril es grande y está repleto de madera. Espera a que el fuego se consuma y enfríe por completo antes de acercarte al barril de metal.

Saca el carbón vegetal. Al quitar la tapa verás que se ha formado un montón de carbón vegetal puro. Puedes usarlo para tus parrilladas durante todo el verano.

FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL MEDIANTE PARVAS

La alternativa a excavar una fosa es la de apilar la madera sobre el suelo y cubrir la parva con tierra. Este también es un método muy antiguo y se usa ampliamente en muchos países, encontrándose con muchas variaciones al método fundamental. En algunos países se han realizado estudios para mejorar su diseño al máximo. Es notable el trabajo que hace algunos años realizaron los suecos en esta materia. Esencialmente, el proceso es el mismo del de la fosa: la madera que debe ser carbonizada se encierra dentro de un involucro, cámara, impermeable al aire, hecho con tierra, que es un material accesible en cualquier parte donde crece la madera. Se prefiere la parva de tierra a la fosa donde el suelo es rocoso, duro o delgado, o donde la capa freática está cerca de la superficie. En contraposición, la fosa es ideal donde el suelo es bien drenado, profundo y franco. La parva es también más práctica en zonas agrícolas, donde las fuentes de leña pueden hallarse dispersas, y es deseable hacer el carbón vegetal cerca de los pueblos u otros emplazamientos permanentes, El sitio de una parva puede ser usado repetidamente, mientras que la tendencia con las fosas es de usarlas pocas veces, para luego abrir otras nuevas para estar detrás del recurso maderero. Así también cuando la capa freática está cerca de la superficie o el drenaje es pobre, las fosas no son prácticas. La continua excavación de fosas interrumpe también los cultivos o los pastoreas. La leña que será carbonizada en una parva puede también ser juntada sin apuro durante un lapso de meses, apilada en posición, haciendo que se seque bien antes de tapar y quemar. Ello va de acuerdo con la manera de vivir de un pequeño agricultor, quien puede juntar pedazos de madera, ramas y trazas y apilarlos con cuidado para formar el montón. Al cabo de algunos meses, según la estación, según los precios del carbón vegetal etc., recubre el montón con tierra y quema el carbón. Genera de esta manera un pequeño ingreso en efectivo, sin tener necesidad de un gasto inicial en moneda.
El sistema de parvas o de hornos de tierra es versátil. Se adaptan a la producción esporádica en pequeña escala de carbón vegetal y sin embargo también se adaptan para la producción en gran escala. La hoy difunta industria siderúrgica sueca a base de carbón vegetal, produjo en 1940, en esta manera, más del 80%. de su carbón vegetal. El sistema de la parva fue mejorado en Suecia con la investigación, y sus principales mejoras fueron, la optimización del sistema de las corrientes o flujos y el empleo de una chimenea externa para mejorar la circulación del gas. (2)

La típica parva para la quema de carbón vegetal del tipo para pueblo o villa, es de alrededor de 4 metros de diámetro en la base y de alrededor de 1 a 1,5 m de altura, aproximadamente un hemisferio aplastado. En la base, se hacen alrededor de seis a diez tomas de aire, y una apertura arriba, de alrededor de 20 cm de diámetro, permite la salida del humo durante la combustión Todas las aperturas deben ser selladas con tierra cuando se ha concluido la quema, permitiendo el enfriamiento del cúmulo.

Se limpia un espacio de alrededor de 6 metros, se lo nivela y compacta, debiendo ser bien drenado. A veces se planta un poste de alrededor de 2 m de alto, en lo que será el centro de la pila de leña, para facilitar la acumulación de la madera, para dar estabilidad a la pila y para dar un soporte al operador cuando se tapa el apilado con tierra y se hace el agujero superior para el humo, y luego cuando se enciende la parva. Normalmente se saca el poste antes del encendido para dejar una apertura central a través de todo el montículo.

Normas de carbonización

Apenas se ha iniciado el encendido, es necesario que los fogoneros (3) supervisen constantemente, hasta que termina la carbonización. La parva se enciende por el agujero central, introduciendo brazas de carbón vivo. Después que ha comenzado el fuego 15 a 20 minutos) debe cerrarse el agujero central. A cada 3 – 4 metros, alrededor de la base de la parva deberán abrirse bocas de ventilación, pero nunca se hace un agujero cerca de la chimenea, puesto que reduciría la corriente en el resto de la pila. Si no surge humo de la chimenea, deberá encenderse en ella un pequeño fuego para que comience a tirar.

A medida que la carbonización progresa, el montón se hunde poco a poco y pueden aparecer agujeros que deben ser inmediatamente bloqueados con pasto y arena. La chimenea deberá quitarse, si el costado donde está ubicada parece haberse completamente carbonizado.
Las diferentes fases de la carbonizaci6n son:

Calentamiento: desde la temperatura ambiente hasta 100°C.
– Deshidratación: entre 100°C y 120°C.
– Fase exotérmica que comienza a los 270°C, alcanzando 500° a 700°C cuando termina la carbonización.
– Enfriamiento durante el cual se seca la chimenea y el cúmulo se sella herméticamente.

Después del enfriamiento se abre la parva con la ayuda de rastrillos, comenzando desde la base. Deberá cerrarse la apertura, después de sacar una parte del carbón vegetal, y debe seguirse este procedimiento hasta completar la operación.

Deberá cubrirse con arena el carbón fresco de la parva para evitar la ignición. De esta manera se evita la pérdida de calidad que sería provocada por el apagado con agua. En las bolsas se pondrá sólo carbón en bloques, descartándose los tizones y la carbonilla fina. Las bolsas se cierran con cordel, al que se le habrá atado una etiqueta para fines de control indicandoel peso y el número de la carbonera.

Los tizones deberán ser quemados en la hornada siguiente. La carbonizaci6n está completándose cuando el humo comienza a disminuir y hacerse azul. A partir de este momento es el carbón mismo que se está quemando, de donde la necesidad de retirar la chimenea y cerrar herméticamente la parva. Durante la fase de la descomposición exotérmica se recogen los subproductos condensaclos en la base de la chimenea. El condensado es una mezcla de alquitrán de madera y ácido piroleñoso (ver sección 4). La carbonera Casamance se basa sobre la contracorriente, o sea, el aire entra por las bocas al pie del horno y el gas caliente, en vez de escapar desde arriba, circula hacia abajo y a través de la chimenea que está conectada con la base del montón. Durante la etapa de enfriamiento, los foguistas del carbón deberían empezar a construir la parva siguiente, iniciándose con la construcción de la base.
6.5 Costo del carbón vegetal producido en parvas de tierra Casamance (de acuerdo con la experiencia en Senegal)

Los siguientes datos son para una parva de 100 m3 de tamaño.

Costos y precios en francos CFA (en 1978, 1 $US : 310 aproxim. F. CFA)
1 estéreo de leña rinde 120 kg de carbón vegetal.
Mano de obra: 3 fogoneros por parva.

Costo de producción para 12.000 kg de carbón vegetal

% del total
100 estéreos de leña a F. CFA por estéreo 55.000 28,0
Mano de obra, incluyendo embolsado 77.040 39,2
Carga de camiones en el sitio del horno a 250 F.CFA/ton 3.000 1,5
Transporte al depósito principal 10.449 5,3
Descarga en el depósito principal 2.200 1,1
Bolsas 15.000 7,6
Impuestos a F. CFA 1,5/kg 18.000 9,2
180.689 91,9
más gastos imprevistos: 10% de costos sin impuestos 16.000 8,1
Costo del carbón vegetal en el depósito 196.689 100,0 %

= 16,40 F. CFA/kg.

 

El proceso de carbonización se inicia introduciendo una torcha en el conducto de encendido, opuesto a la chimenea. Se dice que es fácil hacer funcionar este tipo de carbonera y que, produce carbón vegetal de buena calidad, con un rendimiento en volumen del 55% de carbón con respecto a la madera. El volumen de la parva varía de 100 a 250 m3 de madera. El cielo total toma 24 días; cuatro días para la carga, seis días para la carbonización, diez días para el enfriamiento y cuatro días para la descarga. Debido a la elevada temperatura de carbonizaci6n, de alrededor de 550 C, y la lentitud del proceso, el carbón vegetal producido en los hornos suecos de tierra, tienen una elevada proporción de carbono fijo, poca materia volátil y por consecuencia una baja densidad masal, de 130 a 160 kg/m3, para carbón vegetal hecho con árboles resinosos. Por su bajo contenido volátil tiene una muy baja tendencia a la autoignición. Sin embargo, el uso de hornos de tierra para operaciones comerciales en gran escala, en la producción de carbón vegetal metalúrgico, ya no se la considera factible por los siguientes motivos: el horno tiene que ser completamente reconstruido al final de cada ciclo; el ciclo de producción de 24 días es demasiado largo; el funcionamiento de la carbonera, si bien fundamentalmente sencillo, requiere considerable capacidad, experiencia y aún un cierto grado de arte. Cuando se desea simplicidad de construcción y funcionamiento, flexibilidad y mobilidad los sencillos hornos colmenas alveolares de ladrillo ofrecen buenos rendimientos con simplicidad funcional y rapidez de operación.

La energía del carbón es desde hace décadas la principal fuente para la generación de electricidad y por ende es el mayor culpable de la contaminación ambiental del aire y del cambio climático. Pero, ¿cómo afecta la energía del carbón en el medio ambiente y cuáles son sus consecuencias para todos nosotros? Vamos a verlo.

Impacto ambiental de la energía del carbón

Las plantas de electricidad cuya base es el carbón para generar energía contaminan como miles de toneladas al año de dióxido de carbono y otras sustancias nocivas.

Solo en EEUU existen 600 plantas de energía a carbón y en el mundo son miles las plantas que utilizan el carbón como fuente de energía, lo cual explica el rápido deterioro ambiental y de calidad de vida de gran parte de poblaciones de todo el mundo.

Es el mas contaminante de los combustibles no solo por las toneladas de dióxido de carbono sino por otras sustancias altamente toxicas como mercurio, hollín entre otras que son emitidas a la atmósfera. Estas emisiones producen graves consecuencias en la salud de las poblaciones que se encuentran en las cercanías a estas plantas.

Una de las debilidades del carbón para producir electricidad es su baja eficiencia energética ya que se calcula que solo se aprovecha como mucho el 35% del total de carbón que se utiliza.

Pero, ¿por qué se sigue utilizando a pesar de estos aspectos tan negativos? Es simple la respuesta,es abundante ya que hay grandes reservasy es más barato extraerlo y procesarlo que otras fuentes limpias y renovables, además se siguen utilizando plantas antiguas sin realizar ninguna inversión extra.

Para detener el cambio climático y el deterioro ambiental es vital que se dejen de construir plantas a base de carbón y que de a poco sean reemplazadas por otras fuentes de energía ya que sus consecuencias ambientales son terribles.

La energía del carbón es el principal culpable junto a la combustión de petróleo de la contaminación ambiental global y el responsable del desequilibrio del planeta cuyas consecuencias se están comenzando a visualizar.

Cada planta de petróleo que se inaugura o kilo de carbón que se extrae es una mala noticia para los que les preocupa el medio ambiente. Sin duda, el futuro pasa por dejar de utilizar la energía del carbón en nuestro día a día y apostar, cada vez más, por fuentes de energía renovables.

PROCESOS DE CARBONIZACIÓN

Cómo la madera se transforma en carbón vegetal

La fase de la carbonización puede ser decisiva en la fabricación de carbón vegetal, si bien no se trata de la más costosa. A menos que se complete lo más eficientemente posible, puede crear un riesgo para la operación global de la producción de carbón, puesto que los bajos rendimientos en la carbonízación repercuten a lo largo de toda la cadena de producción, en la forma de mayores costos y desperdicios de los recursos.

La madera consiste de tres componentes principales: celulosa, lignina y agua. La celulosa, la lignina y algunas otras materias están fuertemente ligadas entre sí y constituyen el material denominado madera. El agua es absorbida o retenida como Moléculas de agua en la estructura celulosa/lignina. La madera secada al aire o “estacionada” contiene todavía 12-18% de agua absorbida. La madera en crecimiento, recientemente cortada o “no estacionada”, contiene además agua líquida, llevando el contenido total de agua a alrededor del 40-100%, expresado en porcentaje del peso de la madera seca al horno.

Antes de que la carbonización ocurra, el agua en la madera tiene que ser totalmente eliminada como vapor. Se necesita una gran cantidad de energía para evaporar el agua, por lo que, si se usa lo más posible al sol para el presecado de la madera antes de la carbonización, se mejora mucho la eficiencia. El agua que queda en la madera que tiene que ser carbonizada, deberá ser evaporada o en la fosa o en el horno, y esta energía deberá proporcionarse quemando parte de la misma madera, que podría ser en vez transformada en carbón vegetal aprovechable.

El primer paso, en la carbonización en el horno, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno a alrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica.

Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, 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. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción es exotérmica.

Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuos alquitranosos, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido de materia volátil de cerca del 10%. A esta temperatura, el rendimiento del carbón es de aproximadamente el 33% del peso de la madera secada al horno carbonizada, sin contar la madera que ha sido quemada para carbonizar la remanente. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado (24, 26, 31). En el Cuadro 4 se muestra el efecto de la temperatura final de carbonización sobre el rendimiento y composición del carbón vegetal.

Bajas temperaturas de carbonizaci6n dan un mayor rendimiento en carbón vegetal, pero que es de baja calidad, que es corrosivo, por contener alquitranes ácidos, y que no quema con una llama limpia sin humo. Un buen carbón vegetal comercial debería contener carbono fijo en alrededor del 75% para lo cual se requiere una temperatura final de carbonizaci6n de alrededor de 500°C.

El rendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que es también deseable. Sin embargo, madera muy densa produce a veces carbón friable puesto que la madera tiende a desmenuzarse durante la carbonizaci6n. La friabilidad del carbón aumenta con el aumento de la temperatura de carbonizaci6n y el contenido de carbono fijo aumenta mientras que el contenido de substancias volátiles decrece. Una temperatura de 450 – 500°C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo.

Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifoliadas sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor. Su única función es la de producir calor para secar y calentar la remanente a la temperatura de carbonizaci6n. Debería tratarse de alcanzar una temperatura final de alrededor de 500°C en el interior de toda la carga, lo que con las fosas se hace difícil, puesto que la circulación del aire y los efectos de enfriamiento son irregulares y se producen puntos fríos, obteniéndose tizones o madera no carbonizada. Por tratar de alcanzar una temperatura final general de 500°C en una fosa u horno, donde la circulación del aire es pobre o irregular, puede resultar que parte del carbón se quema en cenizas, dejando otras partes de la carga carbonizadas sólo parcialmente. De allí la importancia de usar hornos bien diseñados, hechos funcionar correctamente para una producción eficiente de carbón vegetal. En las referencias bibliográficas 6 y 7 se hallará más información sobre los aspectos técnicos de la carbonización.

Objetivo

Elaborar carbón a base de cascara de coco.

Justificación

Uno de los mayores problemas que presenta el mundo actualmente es la contaminación. El carbón de coco es un alternativa al carbón vegetal esta es respetuosa con el medio ambiente ya que contiene varias ventajas como la formación de ceniza del 4% la cual se puede reutilizar como fertilizante, dura 4 veces más que el carbón habitual, bajo consumo gracias a la larga duración, no suelta chispas gracias a sus componentes volátiles bajos y tiene un alto contenido en carbono. El carbón activo es considerado un absorbente por ser una alta superficie interna (poros) y una diversidad de grupos funcionales, estos dan como resultado la propiedad de atrapar una gran cantidad de moléculas. El resultado dependerá del tipo y tamaño del coco utilizado, la fibra de los cocos es muy resistente al agua, se puede utilizar para fabricar cables, carbón y materiales de automóviles. Este carbón no contiene agentes químicos que puedan reaccionar o contaminar el medio donde sea utilizado.

Hipótesis

Si logramos elaborar carbón a base de cáscara de coco, entonces presentaremos una alternativa de combustible orgánico.

Método (materiales y procedimiento)

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

  • Cáscara de coco deshidratada
  • Charola para hornear
  • Horno convencional (200ºC-300°C)
  • Molcajete (en caso de pulverización)
  • Colador (en caso de pulverización)
  • Recipiente (en caso de pulverización)

Procedimiento

  1.  Dejar secar la cáscara de coco durante tres días (aprox.) al sol.
  2. Partir en pequeños trozos las cáscaras de coco.
  3. Precalentar el horno de 200ºC- 300ºC durante 15 min. aproximadamente.
  4. Colocar los trozos de coco en la charola para hornear.
  5. Meter la charola en el horno previamente calentado.
  6. Dejar la charola dentro del horno durante 25 a 30 minutos aprox. (Depende de la capacidad del horno)
  7. Sacar la charola del horno con cuidado.
  8. Dejar enfriar durante 5 minutos.

En caso de pulverización

  1. Vaciar el carbón en el molcajete.
  2. Comenzar a moler hasta pulverizar.
  3. Empezar a cernir los trozos pulverizados
  4. Echar todo el polvo en un recipiente.

Galería Método

Resultados

Se obtuvieron 227 gramos de trozos de carbón vegetal con una consistencia áspera y dura, de color café oscuro y olor a café tostado, y al estar en contacto con la piel deja pequeños residuos de polvo negro que provoca que la piel se manche.

Galería Resultados

Discusión

Según la información consultada este carbón  es muy difícil de hacer por las horas y el trabajo que se emplea en elaborarlo, pero en nuestra experiencia, solo toma de 15 a 20 minutos.
Este carbón funciona de manera correcta ya que no hay problema  para generar combustión, dura más y su ceniza puede ser reutilizada como abono y blanqueador dental.

Conclusiones

Se logró obtener una alternativa para el carbón tradicional, este  logra la combustión en solo 7 minutos y al estar encendido, no provoca ningún  olor desagradable, en cambio libera un olor parecido al ocote.
Además de que el gasto de producción es prácticamente nulo. Otro beneficio de este combustible es que es a base de los residuos de coco y esto ayuda a reducir la contaminación de las calles y playas.

Bibliografía

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Quora. Como se hace el carbón activado a partir de cascara de coco. Disponible en: https://es.quora.com/C%C3%B3mo-se-hace-el-carb%C3%B3n-activado-a-partir-de-c%C3%A1scara-de-coco consultado el 13 Dic. 2018.

Redalyc.org. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/482/48224413006.pdf. Consultado el13 Dic. 2018.

WikiHow. Cómo hacer carbón. Disponible en: https://es.wikihow.com/hacer-carb%C3%B3n consultado el 13 Dic. 2018.



PJ-137-MA-LE Elaboración de carbón a base de cáscara de coco

Summary

One of the biggest problems in the world today is pollution, so if we manage to make charcoal based on coconut peel then we can present an alternative organic fuel. This charcoal is respectful with the environment, since it has several advantages such as the formation of ash since it can be reused as a composter or teeth whitening, this is considered an absorbent because it has the ability to get a large number of molecules without emitting any chemical agent that can contaminate in the medium where it is used, the result will depend on the type of peel that was used. 227 g of pieces of charcoal were obtained with a hard and rough consistency with a dark brown color and a smell of roasted coffee, according to the information consulted this charcoal is very difficult to work for the materials and the time that are used to elaborate it, but in our experience is very easy to prepare, since the materials we need is an oven and coconut peel, so its cost is practically zero compared to common charcoal, since its cost is between US $ 50 and US $ 100 per  ton, obtaining this product takes 15 to 20 minutes. This charcoal achieves the combustion in just seven minutes, does not cause any unpleasant smell, another benefit of this charcoal is that when reused it helps to eliminate the pollution of beaches and streets of Mexico.

Research Question

How to elaborate charcoal based on coconut’s peel?

Problem approach

Nowadays one of the biggest problems is the air pollution, and one of these is mainly charcoal, This causes serious damage to the environment, Mainly because its use is as energy source that is given through combustion which releases large amounts of gases.  In addition, the opencast mining developments also generates serious damage to the environment, mainly for liquids that emerge during the process. While this occurs release polluting substances that are discharged to the environment and bring about adverse effects such as acid rain,  the greenhouse effect and the formation of smog, this is one of the three major environmental issues. It costs is too high since most of the current prices are between forty and eighty dollars and sometimes it comes to be between 50 to 100 dollars per tonne. This depends on the oven that can be prepared but it normally takes between ten to fifteen days to develop it.

Background

Carbón de coco: el carbón natural valioso y ecológico

El carbón de coco es una alternativa al carbón vegetal habitual respetuosa con el medio ambiente y que funciona estupendamente. Es un error muy extendido pensar que el carbón vegetal habitual que se adquiere por un par de euros en el comercio sea un producto de calidad de fabricación alemana. Una gran parte del carbón alemán procede de la tala ilegal de maderas tropicales y se transvasa y envasa en Alemania. De esta manera se engaña a los consumidores y confunde con promesas comerciales. El carbón natural elaborado a partir de la cáscara de coco es el producto perfecto para aquellos que buscan una alternativa de calidad, respetuosa con el medio ambiente y potente al carbón de madera.

Propiedades especiales del carbón de coco

Ya sea para parrilleros profesionales o aficionados o amantes de la pipa de agua: el carbón de coco ofrece las propiedades adecuadas para toda la gama de aplicaciones. Gracias a su larga duración de combustión, es posible realizar un uso del carbón rentable, lo que a su vez relativiza sus costos de adquisición. Se necesita una cantidad notablemente inferior de carbón con el mismo calor y duración de parrilla comparado con carbón vegetal habitual. Además, el carbón de coco es completamente neutro en sabor y olor, por lo que es perfecto para su uso en barbacoas pequeñas, p. ej., en un vecindario con poco espacio. El carbón de coco ecológico quema con una formación de ceniza de máximo el 4 %, prácticamente sin dejar residuos y se caracteriza por una baja formación de humo. De esta manera, se reducen a un mínimo los costosos trabajos de limpieza después de una barbacoa. La poca ceniza se puede desechar con la basura doméstica o incluso emplear como abono en el jardín. Su práctica forma en cubos impide que el carbón se rompa durante el transporte y permite un manejo sencillo del mismo.

Encender correctamente el carbón de coco

El carbón de coco producido a partir de cocos bio puros 100 % está libre de aditivos, p. ej., sustancias que aceleran el encendido del carbón. Esto garantiza la neutralidad en olor y sabor del carbón. Para que nada se oponga a una noche de parrilla, hay consejos que facilitan el encendido del carbón natural sin aditivos. En principio, se debe renunciar al uso de líquidos fácilmente inflamables como, por ejemplo, alcohol o gasolina, ya que no solo son peligrosos en manos inexpertas sino que, además, influyen negativamente en el olor y comportamiento de combustión del carbón. Es recomendable, colocar productos que favorezcan el encendido (p. ej., briquetas de encendido) en los lugares necesarios y encenderlos con un mechero de cuello largo desde una distancia segura. Otra posibilidad para encender cómodamente el carbón de coco es utilizar una chimenea de encendido. Esta consta de un tubo metálico con aberturas que garantizan una corriente de aire constante. Gracias al mango con protección térmica, se garantiza una manipulación segura del carbón. Mientras se llena la parte superior con el carbón de coco, debajo hay un material muy inflamable como papel o encendedor de barbacoas. La forma estrecha de la chimenea de encendido permite que el carbón se encienda más rápidamente ya que se produce una distribución del calor uniforme. Una vez que el carbón de coco está completamente calcinado, hay que sacudir el contenido de la chimenea de encendido en la barbacoa.

Placer sin límites de la pipa de agua con carbón de coco

El carbón de coco no solo se puede utilizar para disfrutar de una noche de barbacoa en compañía, sino que se puede utilizar como carbón para la pipa de agua. Su larga duración de combustión con su baja formación de cenizas, lo hacen el compañero perfecto para disfrutar de una pipa de agua. Gracias a la neutralidad de sabor, podrás disfrutar del aroma del tabaco sin impedimentos mientras que la forma rectangular compacta facilita su manipulación. También aquí se aplica lo siguiente: el carbón de coco está compuesto por cáscara de cocos al 100 % y no contiene ningún aditivo. Como esto también incluye aditivos de rápida ignición, no se pueden utilizar mecheros habituales. Para encender de forma segura el carbón, este se debería quemar durante 1 – 2 minutos con un quemador de gas. Como el carbón de coco presenta una formación de ceniza de máximo el 4 %, la limpieza de la pipa de agua es mucho más rápida y sencilla. Descubre más sobre el carbón de coco en nuestra sección de Información interesante.

El carbón activado es simplemente una estructura a base de carbón poroso y es la cantidad, tamaño y distribución de estos poros las que otorgan el efecto deseado al producto final. Es decir, no importa con qué se active al carbón, si con NaOH, o H3PO4 (muy, muy utilizado) sino como queda tras esta interacción.

Habiendo dicho esto, es lugar común en la química industrial buscar maneras alternativas más eficientes (metodológica y económicamente) para generar un producto de interés (cómo el carbón activado). La ventaja de este producto en particular, es que la materia prima es muy abundante: una fuente de carbono, en un planeta donde existen infinitas estructuras a base de carbono.

El carbón activado se produce, como dijimos, de materiales carbónicos o a base de carbono, como lo es la cáscara de coco que mencionas. Hay dos procesos de obtención principales:

Activación física, donde el material de partida (la conchita del coco) se transforma en carbón activado utilizando gases calientes, tras lo cual se introduce aire para desplazar el gas caliente y generar así los poros.

con ciertas sustancias abrasivas. Usualmente un ácido o una base fuerte (ácido fosfórico, hidróxido de sodio, …) o sales inorgánicas (cloruro de calcio y cloruro de cinc). Luego se carboniza el material a temperaturas más bajas (450–900°C).

El carbón activado es un material carbonoso que se ha sometido a un tratamiento de activación ya sea con productos químicos, reacción con gases oxidantes, o con vapor de agua con el objeto de aumentar su porosidad y una superficie interna.

El carbón es un mineral de origen orgánico compuesto básicamente por carbono, la formación del mismo es el resultado de la condensación continua de la materia de las plantas parcialmente descompuestas a lo largo de los años. Cuando las plantas se descomponen forman una capa llamada “turba”.

De esta manera, podemos definir al carbón activado como un material carbonoso que se ha sometido a un tratamiento de activación ya sea con productos químicos, reacción con gases oxidantes, o con vapor de agua con el objeto de aumentar su porosidad y una superficie interna.

La materia prima natural  efectiva para usarse en este proceso de absorción es casi cualquier materia prima carbonosa; hueso o semillas de frutos, cascaras de coco, cacao y naranja, cascarillas de arroz, residuos de madera (aserrín), madera cortada que sea desechada (puede ser de pino, roble o acacia), bagazo, mezcal (maguey), hulla y coque. Todo desecho orgánico sufre un proceso de degradación que pueden actuar como contaminante. Al sacarle provecho aportaría de forma positiva al medio ambiente. (Cortines, 2012).

Para elaborar carbón activado a partir de la materia prima natural anteriormente citada, se deben seguir los siguientes pasos:

Recepción de la materia prima. Se recolecta la materia prima natural, distintas cáscaras, hueso o semillas de frutos, residuos de madera, entre otros.

Secado de la materia prima carbonosa a emplear. El secado se realiza con la luz y calor del sol de manera natural, sin aplicación de una fuente externa de calor. De manera manual se efectúa el secado, por cuatro días a una temperatura máxima de 34°C, y por seis días a una temperatura mínima de 25°C.

Molienda de la materia prima natural. La cáscara de coco se molió con un molino de martillo. Este molino tendrá la capacidad necesaria para moler la cascará, semillas, residuos de madera, etc., de manera eficiente. Luego se procedió a pasarla por un tamiz de malla de 4,0 mm. Se realizan estos pasos para obtener un tamaño adecuado de la materia prima.

Carbonización. Este se llevará a cabo en un horno rotario, este proceso consiste en someter las diferentes muestras en una atmósfera inerte de nitrógeno a una temperatura de 900°C. El tiempo de carbonización que se toma es de un rango de 60 a 90 min.

Activación. La activación se realiza en una segunda etapa a temperaturas entre 800 y 1100ºC en presencia de un oxidante como agente activante que puede ser CO2 y vapor de agua. (U.SEVILLA).

Obtención del carbón activado. Finalmente, se llega a la obtención del carbón activado siguiendo los pasos anteriores ya mencionados.

Las aplicaciones fundamentales del carbón activado son aquellas relacionadas con el tratamiento de aguas potables y residuales, industria alimenticia, y farmacéuticos, decoloración y edulcorantes.

Resumen: La cáscara de coco se trató fisicoquímicamente para obtener carbón activado de alta calidad. La cáscara se sometió a un tratamiento con vapor para incrementar su contenido relativo de lignina y su accesibilidad química; la severidad del tratamiento, R0, se optimizó buscando el máximo índice de yodo del carbón activado obtenido. Se utilizó la metodología ANOVA variando logR0 entre 4.25 y 4.65, tomando como variable de respuesta el índice de yodo. Condiciones de la activación química con ácido fosfórico: relación ácido/cáscara de coco: 1.4; tiempo de impregnación: 48 h; activación: 1 h a 150 ºC; carbonización: 2 h a 475 ºC. La severidad del tratamiento con vapor tuvo un efecto significativo sobre el índice de yodo, posiblemente por la degradación de hemicelulosas y la modificación del grado de polimerización de la celulosa y la lignina. Se obtuvo un índice de yodo de 580 para el valor óptimo logR0 = 4.35. Copyright © 2007 UPB.

El carbón activado es uno de los adsorbentes más ampliamente utilizados y puede producirse a partir de una gran variedad de materiales (Ahmadpour et al., 1997; Laine et al., 1989; González et al., 1997; Dai et al., 1999). La cáscara de coco es adecuada para la preparación de carbón activado micoporoso debido a su excelente estructura natural y a su bajo contenido de cenizas (Pandolfo et al., 1994). Existen dos métodos para la obtención de carbón activado: activación química o física. En la activación química, el agente de activación funciona como un agente deshidratante que inhibe la formación de alquitrán (Toles et al., 1996; Teng et al., 2000; Caturla et al., 1991

. El proceso de obtención por activación física se basó en la calcinación controlada de muestras de los residuos en mufla a 600°C. La elaboración mediante activación química consistió en la impregnación de las muestras, previamente deshidratadas, con ácido fosfórico en concentraciones de 20, 40 y 85% durante 16 horas y tiempos de carbonización de 1 hora a 500°C.

El carbón activado, CA, es un adsorbente muy versátil, porque el tamaño y distribución de sus poros en la estructura carbonosa pueden ser controlados para satisfacer las necesidades de la tecnología actual y futura. El área superficial del carbón activado varía dependiendo de la materia prima y del proceso de activación (Moreno-Castilla, 2004; Mozia y col., 2005; Nevskaia y col., 2004). La elección del precursor para la elaboración de carbón es fundamentalmente una función de su disponibilidad, precio y pureza; sin embargo, el proceso de fabricación del CA y su posible aplicación también deben ser considerados (Rodríguez y col., 2009). Los materiales lignocelulósicos han sido utilizados ampliamente para la elaboración de CA ya que presentan una adecuada capacidad de adsorción, entre estos se pueden mencionar las cáscaras de diversas frutas, la fibra de coco, la corteza de plátano, la cáscara de arroz, así como también el bambú y aserrín de maderas, el bagazo de la caña de azúcar, entre otros muchos materiales biológicos (Basso y col., 2001; Bernardo y col., 1997; Pinzón y Cardona, 2008).

El carbón vegetal, que se puede hacer quemando trozos de leña hasta que no quede nada más que el carbón sin ninguna impureza, es excelente para hacer parrilladas al aire libre. El carbón vegetal suele ser caro, pero puedes hacerlo tú mismo en casa de forma fácil y económica. Aquí te enseñamos dos métodos distintos para conseguirlo.
Recoge la madera que vas a convertir en carbón. ¿Qué tipo de madera? La madera que uses para hacer el carbón debe estar curada. Para el carbón son buenas las maderas de cerezo, roble o nogal. Pregunta entre los vecinos si conocen a alguien que venda madera en los alrededores, o cómprala en una tienda de productos para el hogar y jardín. Necesitarás suficiente madera para llenar el barril completamente. Córtala en trozos de 10 cm.

Rellena el barril con la madera curada. Apretuja la madera dentro del recipiente llenándolo hasta arriba. Ponle la tapa. Esta debe cubrir la abertura del recipiente, pero no debe ser hermética.

Prepara la fogata. Compra o recoge más leña para hacer una fogata que dure entre 3 y 5 horas. Acomoda los leños en el lugar que escogiste. Deja un hueco libre en medio, coloca el barril en él y cúbrelo con más leña

Mantén la fogata encendida. Aliméntala para que arda de forma continua durante un mínimo de tres horas, o más tiempo si tu barril es grande y está repleto de madera. Espera a que el fuego se consuma y enfríe por completo antes de acercarte al barril de metal.

Saca el carbón vegetal. Al quitar la tapa verás que se ha formado un montón de carbón vegetal puro. Puedes usarlo para tus parrilladas durante todo el verano.

FABRICACION DE CARBON VEGETAL MEDIANTE PARVAS

La alternativa a excavar una fosa es la de apilar la madera sobre el suelo y cubrir la parva con tierra. Este también es un método muy antiguo y se usa ampliamente en muchos países, encontrándose con muchas variaciones al método fundamental. En algunos países se han realizado estudios para mejorar su diseño al máximo. Es notable el trabajo que hace algunos años realizaron los suecos en esta materia. Esencialmente, el proceso es el mismo del de la fosa: la madera que debe ser carbonizada se encierra dentro de un involucro, cámara, impermeable al aire, hecho con tierra, que es un material accesible en cualquier parte donde crece la madera. Se prefiere la parva de tierra a la fosa donde el suelo es rocoso, duro o delgado, o donde la capa freática está cerca de la superficie. En contraposición, la fosa es ideal donde el suelo es bien drenado, profundo y franco. La parva es también más práctica en zonas agrícolas, donde las fuentes de leña pueden hallarse dispersas, y es deseable hacer el carbón vegetal cerca de los pueblos u otros emplazamientos permanentes, El sitio de una parva puede ser usado repetidamente, mientras que la tendencia con las fosas es de usarlas pocas veces, para luego abrir otras nuevas para estar detrás del recurso maderero. Así también cuando la capa freática está cerca de la superficie o el drenaje es pobre, las fosas no son prácticas. La continua excavación de fosas interrumpe también los cultivos o los pastoreas. La leña que será carbonizada en una parva puede también ser juntada sin apuro durante un lapso de meses, apilada en posición, haciendo que se seque bien antes de tapar y quemar. Ello va de acuerdo con la manera de vivir de un pequeño agricultor, quien puede juntar pedazos de madera, ramas y trazas y apilarlos con cuidado para formar el montón. Al cabo de algunos meses, según la estación, según los precios del carbón vegetal etc., recubre el montón con tierra y quema el carbón. Genera de esta manera un pequeño ingreso en efectivo, sin tener necesidad de un gasto inicial en moneda.
El sistema de parvas o de hornos de tierra es versátil. Se adaptan a la producción esporádica en pequeña escala de carbón vegetal y sin embargo también se adaptan para la producción en gran escala. La hoy difunta industria siderúrgica sueca a base de carbón vegetal, produjo en 1940, en esta manera, más del 80%. de su carbón vegetal. El sistema de la parva fue mejorado en Suecia con la investigación, y sus principales mejoras fueron, la optimización del sistema de las corrientes o flujos y el empleo de una chimenea externa para mejorar la circulación del gas. (2)

La típica parva para la quema de carbón vegetal del tipo para pueblo o villa, es de alrededor de 4 metros de diámetro en la base y de alrededor de 1 a 1,5 m de altura, aproximadamente un hemisferio aplastado. En la base, se hacen alrededor de seis a diez tomas de aire, y una apertura arriba, de alrededor de 20 cm de diámetro, permite la salida del humo durante la combustión Todas las aperturas deben ser selladas con tierra cuando se ha concluido la quema, permitiendo el enfriamiento del cúmulo.

Se limpia un espacio de alrededor de 6 metros, se lo nivela y compacta, debiendo ser bien drenado. A veces se planta un poste de alrededor de 2 m de alto, en lo que será el centro de la pila de leña, para facilitar la acumulación de la madera, para dar estabilidad a la pila y para dar un soporte al operador cuando se tapa el apilado con tierra y se hace el agujero superior para el humo, y luego cuando se enciende la parva. Normalmente se saca el poste antes del encendido para dejar una apertura central a través de todo el montículo.

Normas de carbonización

Apenas se ha iniciado el encendido, es necesario que los fogoneros (3) supervisen constantemente, hasta que termina la carbonización. La parva se enciende por el agujero central, introduciendo brazas de carbón vivo. Después que ha comenzado el fuego 15 a 20 minutos) debe cerrarse el agujero central. A cada 3 – 4 metros, alrededor de la base de la parva deberán abrirse bocas de ventilación, pero nunca se hace un agujero cerca de la chimenea, puesto que reduciría la corriente en el resto de la pila. Si no surge humo de la chimenea, deberá encenderse en ella un pequeño fuego para que comience a tirar.

A medida que la carbonización progresa, el montón se hunde poco a poco y pueden aparecer agujeros que deben ser inmediatamente bloqueados con pasto y arena. La chimenea deberá quitarse, si el costado donde está ubicada parece haberse completamente carbonizado.
Las diferentes fases de la carbonizaci6n son:

Calentamiento: desde la temperatura ambiente hasta 100°C.
– Deshidratación: entre 100°C y 120°C.
– Fase exotérmica que comienza a los 270°C, alcanzando 500° a 700°C cuando termina la carbonización.
– Enfriamiento durante el cual se seca la chimenea y el cúmulo se sella herméticamente.

Después del enfriamiento se abre la parva con la ayuda de rastrillos, comenzando desde la base. Deberá cerrarse la apertura, después de sacar una parte del carbón vegetal, y debe seguirse este procedimiento hasta completar la operación.

Deberá cubrirse con arena el carbón fresco de la parva para evitar la ignición. De esta manera se evita la pérdida de calidad que sería provocada por el apagado con agua. En las bolsas se pondrá sólo carbón en bloques, descartándose los tizones y la carbonilla fina. Las bolsas se cierran con cordel, al que se le habrá atado una etiqueta para fines de control indicandoel peso y el número de la carbonera.

Los tizones deberán ser quemados en la hornada siguiente. La carbonizaci6n está completándose cuando el humo comienza a disminuir y hacerse azul. A partir de este momento es el carbón mismo que se está quemando, de donde la necesidad de retirar la chimenea y cerrar herméticamente la parva. Durante la fase de la descomposición exotérmica se recogen los subproductos condensaclos en la base de la chimenea. El condensado es una mezcla de alquitrán de madera y ácido piroleñoso (ver sección 4). La carbonera Casamance se basa sobre la contracorriente, o sea, el aire entra por las bocas al pie del horno y el gas caliente, en vez de escapar desde arriba, circula hacia abajo y a través de la chimenea que está conectada con la base del montón. Durante la etapa de enfriamiento, los foguistas del carbón deberían empezar a construir la parva siguiente, iniciándose con la construcción de la base.
6.5 Costo del carbón vegetal producido en parvas de tierra Casamance (de acuerdo con la experiencia en Senegal)

Los siguientes datos son para una parva de 100 m3 de tamaño.

Costos y precios en francos CFA (en 1978, 1 $US : 310 aproxim. F. CFA)
1 estéreo de leña rinde 120 kg de carbón vegetal.
Mano de obra: 3 fogoneros por parva.

Costo de producción para 12.000 kg de carbón vegetal

% del total
100 estéreos de leña a F. CFA por estéreo 55.000 28,0
Mano de obra, incluyendo embolsado 77.040 39,2
Carga de camiones en el sitio del horno a 250 F.CFA/ton 3.000 1,5
Transporte al depósito principal 10.449 5,3
Descarga en el depósito principal 2.200 1,1
Bolsas 15.000 7,6
Impuestos a F. CFA 1,5/kg 18.000 9,2
180.689 91,9
más gastos imprevistos: 10% de costos sin impuestos 16.000 8,1
Costo del carbón vegetal en el depósito 196.689 100,0 %

= 16,40 F. CFA/kg.

 

El proceso de carbonización se inicia introduciendo una torcha en el conducto de encendido, opuesto a la chimenea. Se dice que es fácil hacer funcionar este tipo de carbonera y que, produce carbón vegetal de buena calidad, con un rendimiento en volumen del 55% de carbón con respecto a la madera. El volumen de la parva varía de 100 a 250 m3 de madera. El cielo total toma 24 días; cuatro días para la carga, seis días para la carbonización, diez días para el enfriamiento y cuatro días para la descarga. Debido a la elevada temperatura de carbonizaci6n, de alrededor de 550 C, y la lentitud del proceso, el carbón vegetal producido en los hornos suecos de tierra, tienen una elevada proporción de carbono fijo, poca materia volátil y por consecuencia una baja densidad masal, de 130 a 160 kg/m3, para carbón vegetal hecho con árboles resinosos. Por su bajo contenido volátil tiene una muy baja tendencia a la autoignición. Sin embargo, el uso de hornos de tierra para operaciones comerciales en gran escala, en la producción de carbón vegetal metalúrgico, ya no se la considera factible por los siguientes motivos: el horno tiene que ser completamente reconstruido al final de cada ciclo; el ciclo de producción de 24 días es demasiado largo; el funcionamiento de la carbonera, si bien fundamentalmente sencillo, requiere considerable capacidad, experiencia y aún un cierto grado de arte. Cuando se desea simplicidad de construcción y funcionamiento, flexibilidad y mobilidad los sencillos hornos colmenas alveolares de ladrillo ofrecen buenos rendimientos con simplicidad funcional y rapidez de operación.

La energía del carbón es desde hace décadas la principal fuente para la generación de electricidad y por ende es el mayor culpable de la contaminación ambiental del aire y del cambio climático. Pero, ¿cómo afecta la energía del carbón en el medio ambiente y cuáles son sus consecuencias para todos nosotros? Vamos a verlo.

Impacto ambiental de la energía del carbón

Las plantas de electricidad cuya base es el carbón para generar energía contaminan como miles de toneladas al año de dióxido de carbono y otras sustancias nocivas.

Solo en EEUU existen 600 plantas de energía a carbón y en el mundo son miles las plantas que utilizan el carbón como fuente de energía, lo cual explica el rápido deterioro ambiental y de calidad de vida de gran parte de poblaciones de todo el mundo.

Es el mas contaminante de los combustibles no solo por las toneladas de dióxido de carbono sino por otras sustancias altamente toxicas como mercurio, hollín entre otras que son emitidas a la atmósfera. Estas emisiones producen graves consecuencias en la salud de las poblaciones que se encuentran en las cercanías a estas plantas.

Una de las debilidades del carbón para producir electricidad es su baja eficiencia energética ya que se calcula que solo se aprovecha como mucho el 35% del total de carbón que se utiliza.

Pero, ¿por qué se sigue utilizando a pesar de estos aspectos tan negativos? Es simple la respuesta,es abundante ya que hay grandes reservasy es más barato extraerlo y procesarlo que otras fuentes limpias y renovables, además se siguen utilizando plantas antiguas sin realizar ninguna inversión extra.

Para detener el cambio climático y el deterioro ambiental es vital que se dejen de construir plantas a base de carbón y que de a poco sean reemplazadas por otras fuentes de energía ya que sus consecuencias ambientales son terribles.

La energía del carbón es el principal culpable junto a la combustión de petróleo de la contaminación ambiental global y el responsable del desequilibrio del planeta cuyas consecuencias se están comenzando a visualizar.

Cada planta de petróleo que se inaugura o kilo de carbón que se extrae es una mala noticia para los que les preocupa el medio ambiente. Sin duda, el futuro pasa por dejar de utilizar la energía del carbón en nuestro día a día y apostar, cada vez más, por fuentes de energía renovables.

PROCESOS DE CARBONIZACION

Cómo la madera se transforma en carbón vegetal

La fase de la carbonización puede ser decisiva en la fabricación de carbón vegetal, si bien no se trata de la más costosa. A menos que se complete lo más eficientemente posible, puede crear un riesgo para la operación global de la producción de carbón, puesto que los bajos rendimientos en la carbonízación repercuten a lo largo de toda la cadena de producción, en la forma de mayores costos y desperdicios de los recursos.

La madera consiste de tres componentes principales: celulosa, lignina y agua. La celulosa, la lignina y algunas otras materias están fuertemente ligadas entre sí y constituyen el material denominado madera. El agua es absorbida o retenida como Moléculas de agua en la estructura celulosa/lignina. La madera secada al aire o “estacionada” contiene todavía 12-18% de agua absorbida. La madera en crecimiento, recientemente cortada o “no estacionada”, contiene además agua líquida, llevando el contenido total de agua a alrededor del 40-100%, expresado en porcentaje del peso de la madera seca al horno. Antes de que la carbonización ocurra, el agua en la madera tiene que ser totalmente eliminada como vapor. Se necesita una gran cantidad de energía para evaporar el agua, por lo que, si se usa lo más posible al sol para el presecado de la madera antes de la carbonización, se mejora mucho la eficiencia. El agua que queda en la madera que tiene que ser carbonizada, deberá ser evaporada o en la fosa o en el horno, y esta energía deberá proporcionarse quemando parte de la misma madera, que podría ser en vez transformada en carbón vegetal aprovechable. El primer paso, en la carbonización en el horno, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno a alrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica. Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, 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. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción es exotérmica.Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuos alquitranosos, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido de materia volátil de cerca del 10%. A esta temperatura, el rendimiento del carbón es de aproximadamente el 33% del peso de la madera secada al horno carbonizada, sin contar la madera que ha sido quemada para carbonizar la remanente. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado (24, 26, 31). En el Cuadro 4 se muestra el efecto de la temperatura final de carbonización sobre el rendimiento y composición del carbón vegetal.Bajas temperaturas de carbonizaci6n dan un mayor rendimiento en carbón vegetal, pero que es de baja calidad, que es corrosivo, por contener alquitranes ácidos, y que no quema con una llama limpia sin humo. Un buen carbón vegetal comercial debería contener carbono fijo en alrededor del 75% para lo cual se requiere una temperatura final de carbonizaci6n de alrededor de 500°C.El rendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que es también deseable. Sin embargo, madera muy densa produce a veces carbón friable puesto que la madera tiende a desmenuzarse durante la carbonizaci6n. La friabilidad del carbón aumenta con el aumento de la temperatura de carbonizaci6n y el contenido de carbono fijo aumenta mientras que el contenido de substancias volátiles decrece. Una temperatura de 450 – 500°C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo.

Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifoliadas sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonización de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor. Su única función es la de producir calor para secar y calentar la remanente a la temperatura de carbonización. Debería tratarse de alcanzar una temperatura final de alrededor de 500°C en el interior de toda la carga, lo que con las fosas se hace difícil, puesto que la circulación del aire y los efectos de enfriamiento son irregulares y se producen puntos fríos, obteniéndose tizones o madera no carbonizada. Por tratar de alcanzar una temperatura final general de 500°C en una fosa u horno, donde la circulación del aire es pobre o irregular, puede resultar que parte del carbón se quema en cenizas, dejando otras partes de la carga carbonizadas sólo parcialmente. De allí la importancia de usar hornos bien diseñados, hechos funcionar correctamente para una producción eficiente de carbón vegetal. En las referencias bibliográficas 6 y 7 se hallará más información sobre los aspectos técnicos de la carbonización.

Objective

To elaborate charcoal based on coconut’s peel.

Justification

Nowadays one of the biggest problems that the world presents is pollution. Coconut charcoal is an alternative to common charcoal this is respectful with the environment, it contains several advantages such as the formation of ash of 4% which can be reused as fertilizer, it lasts 4 times longer than regular one, low consumption thanks to the long-lasting, it does not release sparks due to its low volatile components and has a high content of carbon. The activated charcoal is considered an absorbent for being a high internal surface (pore) and a diversity of functional groups, These give as a result the property of getting a large number of molecules. The outcome will depend on the type and size of the coconut used, coconuts fiber is highly resistant to water, it can be used to manufacture cables, carbon and cars materials.  This charcoal does not contain chemicals that may react or pollute the environment where it is used.

Hypothesis

If we are able to elaborate charcoal based on coconut’s peel, we will have an alternative of organic fuel.

Method (materials and procedure)

Materials

  • Dehydrated coconut peel
  • Baking tray
  • Conventional oven (200ºC-300 ° C)
  • Molcajete (in case of pulverization)
  • Strainer (in case of pulverization)
  • Container (in case of pulverization)

Procedure

 

  1. Let dry the coconut peel for three days (approx.) under the sun.
  2. Cut the coconut peels into small pieces.
  3. Preheat the oven at 200ºC-300ºC for 15 min. approximately.
  4. Place the pieces of coconut in the baking tray.
  5. Insert the tray in the previously heated oven.
  6. Put the tray inside the oven for about 25 to 30 minutes. (Depends on the capacity of the oven)
  7. Remove the tray from the oven with care.
  8. Let them cool for 5 minutes.

In case of pulverization

  1. Pour the charcoal in the molcajete.
  2. Start to grind until it gets into pieces
  3. Start to sieve the smashed pieces.
  4. Pour all the powder into a container.

Results

227 grams of pieces of charcoal were obtained with a rough and hard consistency, of dark brown color and the smell of roasted coffee, and when in contact with the skin leaves small residues of black powder that causes the skin to stain.

Discussion

According to the information consulted, this charcoal is very difficult to do because of the hours and the work that is used to make it, but in our experience, it only takes 15 to 20 minutes. This charcoal works correctly because there is no problem to generate combustion, it lasts longer and its ash can be reused as fertilizer and teeth whitening.

Conclusions

It was possible to obtain an alternative for traditional charcoal, this achieves combustion in only 7 minutes and when it is  lit, it does not cause any unpleasant smell, instead it releases a smell similar to ocote pine.
In addition to that the cost of production is practically null. Another benefit of this fuel is that it is based on coconut waste and this helps reduce the pollution of the streets and beaches.

Bibliography

carbón, 1., carbón, 2. and carbón, 3. La energía del carbón y sus consecuencias para el medio ambiente. [online] Renovables Verdes. Disponible en: https://www.renovablesverdes.com/energia-del-carbon/. Consultado el 13 Dic. 2018.

Dr. Goerg Spanisch. Carbón de coco: uso y propiedades para la barbacoa o disfrutar de una pipa de agua. Disponible en: https://www.drgoerg.com/int/es/carbon-de-coco consultado el13 Dic. 2018.

Fao.org. FABRICACION DE CARBON VEGETAL MEDIANTE. Disponible en: http://www.fao.org/docrep/X5328S/X5328S07.htm consultado el13 Dic. 2018.

J., J., Mejía, L., Carrasquilla, F., López, R. and Garcés, B. Obtención de carbón activado a partir de cáscara de coco pretratada con vapor. Revistas.upb.edu.co. Disponible en: https://revistas.upb.edu.co/index.php/investigacionesaplicadas/article/view/132 consultado el13 Dic. 2018.

Natzone.org. Elaboración de Carbón Activado a partir de Materia Prima Natural. Disponible en: http://natzone.org/index.php/nosotros/presentacion/17-frontpage-blog/diversidad-biologica/174-como-elaborar-carbon-activado-a-partir-de-materia-prima-natural consultado el13 Dic. 2018

Quora. Como se hace el carbón activado a partir de cascara de coco. Disponible en: https://es.quora.com/C%C3%B3mo-se-hace-el-carb%C3%B3n-activado-a-partir-de-c%C3%A1scara-de-coco consultado el 13 Dic. 2018.

Redalyc.org. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/482/48224413006.pdf. Consultado el13 Dic. 2018.

WikiHow. Cómo hacer carbón. Disponible en: https://es.wikihow.com/hacer-carb%C3%B3n consultado el 13 Dic. 2018.