La carbonización o carbonización es la conversión de materias orgánicas como plantas y restos de animales muertos en carbono [1] a través de destilación destructiva .
La carbonización es una reacción pirolítica , por lo tanto, se considera un proceso complejo en el que ocurren muchas reacciones simultáneamente como la deshidrogenación , la condensación , la transferencia de hidrógeno y la isomerización .
La carbonización se diferencia de la carbonificación en que ocurre mucho más rápido, debido a que su velocidad de reacción es mucho más rápida en muchos órdenes de magnitud.
Para la temperatura final de pirólisis, la cantidad de calor aplicada controla el grado de carbonización y el contenido residual de elementos extraños. Por ejemplo, a T ~ 1200 K (930 °C; 1700 °F) el contenido de carbono del residuo supera una fracción de masa del 90 % en peso, mientras que a T ~ 1600 K (1330 °C; 2420 °F) se encuentra más del 99 % en peso de carbono. [2] La carbonización es a menudo exotérmica , lo que significa que, en principio, podría hacerse autosuficiente y usarse como una fuente de energía que no produzca dióxido de carbono . [3] En el caso de la glucosa , la reacción libera alrededor de 237 calorías por gramo.
Cuando un biomaterial se expone a un calor abrasador repentino (como en el caso de una explosión nuclear o un flujo piroclástico de un volcán , por ejemplo), puede carbonizarse con extrema rapidez, convirtiéndose en carbono sólido. En la destrucción de Herculano por un volcán, muchos objetos orgánicos, como muebles de madera, se carbonizaron por el intenso calor.
La carbonización de la madera en un entorno industrial requiere normalmente una temperatura superior a los 280 °C (536 °F), lo que libera energía y, por tanto, se dice que esta reacción es exotérmica . Esta carbonización, que también puede considerarse una descomposición espontánea de la madera, continúa hasta que solo queda 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 unos 400 °C (752 °F). Sin embargo, este carbón vegetal seguirá conteniendo cantidades apreciables de residuos de alquitrán , junto con la ceniza de la madera original. [4]
La carbonización produce sustancias que pueden resultar nocivas y se deben tomar precauciones simples para reducir los riesgos.
El gas producido por la carbonización tiene un alto contenido de monóxido de carbono, que es venenoso si se inhala. Por lo tanto, cuando se trabaja cerca del horno o del foso durante el funcionamiento y cuando el horno se abre para la descarga, se debe tener cuidado de que exista una ventilación adecuada para permitir que se disperse el monóxido de carbono, que también se produce durante la descarga a través de la ignición espontánea del combustible caliente.
Los alquitranes y el humo producidos por la carbonización, aunque no son directamente tóxicos, pueden tener efectos perjudiciales a largo plazo en el sistema respiratorio. Las zonas de vivienda deben estar ubicadas, siempre que sea posible, de manera que los vientos predominantes alejen el humo de las operaciones de producción de carbón y las baterías de hornos no deben ubicarse en las proximidades de las zonas de vivienda.
Los alquitranes de madera y el ácido piroleñoso pueden ser irritantes para la piel y se debe tener cuidado para evitar el contacto prolongado con la piel proporcionando ropa protectora y adoptando procedimientos de trabajo que minimicen la exposición.
Los alquitranes y los licores piroleñosos también pueden contaminar gravemente los arroyos y afectar el suministro de agua potable para humanos y animales. Los peces también pueden verse afectados negativamente. Los efluentes líquidos y las aguas residuales de las operaciones de carbón a mediana y gran escala deben atraparse en grandes estanques de sedimentación y dejarse evaporar para que esta agua no pase al sistema de drenaje local y contamine los arroyos. Los hornos y fosos, a diferencia de las retortas y otros sistemas sofisticados, normalmente no producen efluentes líquidos; los subproductos se dispersan principalmente en el aire en forma de vapores. En este caso, las precauciones contra la contaminación atmosférica del medio ambiente son de mayor importancia. [5]
En un estudio, [6] se utilizó la carbonización para crear un nuevo catalizador para la generación de biodiésel a partir de etanol y ácidos grasos . El catalizador se creó mediante la carbonización de azúcares simples como la glucosa y la sacarosa . Los azúcares se procesaron durante 15 horas a 400 °C bajo un flujo de nitrógeno hasta obtener un residuo de carbono negro que consiste en una mezcla compleja de láminas de carbono aromático policíclico . Luego, este material se trató con ácido sulfúrico , que funcionalizó las láminas con sitios catalíticos de sulfonito , carboxilo e hidroxilo .
