La carbonización o carbonización es la conversión de materias orgánicas como plantas y restos de animales muertos en carbono [1] mediante destilación destructiva .
La carbonización es una reacción pirolítica , por lo tanto, se considera un proceso complejo en el que ocurren muchas reacciones al mismo tiempo 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 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 el contenido de carbono del residuo excede una fracción en masa del 90% en peso, mientras que a T ~ 1600 K se encuentra más del 99% en peso de carbono. [2] La carbonización es a menudo exotérmica , lo que significa que, en principio, podría volverse autosostenible y utilizarse como 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 el 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 extremadamente rápidamente, convirtiéndolo en carbono sólido. En la destrucción de Herculano por un volcán, muchos objetos orgánicos, como muebles de madera, quedaron carbonizados por el intenso calor.
La carbonización de la madera en un entorno industrial suele requerir una temperatura superior a 280 °C, lo que libera energía y de ahí que se diga que esta reacción es exotérmica . Esta carbonización, que también puede verse como una descomposición espontánea de la madera, continúa hasta que sólo 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 aproximadamente 400 °C. Este carbón, sin embargo, todavía contendrá cantidades apreciables de residuos de alquitrán , junto con las cenizas 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 cuando se respira. Por lo tanto, cuando se trabaja alrededor del horno o foso durante la operación y cuando el horno se abre para descargar, se debe tener cuidado de que se proporcione una ventilación adecuada para permitir que el monóxido de carbono, que también se produce durante la descarga a través de la ignición espontánea del combustible caliente, se escape. estar disperso.
Los alquitranes y el humo producidos por la carbonización, aunque no son directamente venenosos, pueden tener efectos dañinos a largo plazo en el sistema respiratorio. Las zonas de vivienda deberían, cuando sea posible, ubicarse de manera que los vientos predominantes alejen el humo de las operaciones de carbón y las baterías de hornos no deberían ubicarse muy cerca 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 quedar atrapados en grandes estanques de sedimentación y dejarse que se evaporen para que esta agua no pase al sistema de drenaje local y contamine los arroyos. Los hornos y fosas, a diferencia de las retortas y otros sistemas sofisticados, normalmente no producen efluentes líquidos: la mayoría de los subproductos se dispersan en el aire en forma de vapores. En este caso, las precauciones contra la contaminación del medio ambiente por el aire son de mayor importancia. [5]
En un estudio, [6] se utilizó la carbonización para crear un nuevo catalizador para la generación de biodiesel a partir de etanol y ácidos grasos . El catalizador fue creado 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 carbón negro que consiste en una mezcla compleja de láminas de carbón aromático policíclico . Luego, este material se trató con ácido sulfúrico , que funcionalizó las láminas con sitios catalíticos de sulfonita , carboxilo e hidroxilo .
