Funcionalización química y biológica de carbones derivados de la producción agroforestal costarricense para aumentar su valor agregado como enmiendas de suelos y para la protección del recurso hídrico.

La contaminación global de los recursos naturales representa una amenaza creciente para la salud humana y ambiental, impulsando la necesidad de desarrollar tecnologías sostenibles y de bajo costo para la descontaminación. En este contexto, el “biochar” ha surgido como una alternativa prometedora gracias a su naturaleza de material con carbono negativo, su alta estabilidad estructural y su capacidad de adsorción y absorción, características que le permiten retener contaminantes en suelos, aguas y aire. Este material se obtiene mediante la pirólisis de biomasa residual bajo condiciones limitadas de oxígeno, generando una estructura porosa rica en carbono que puede ser modificada para optimizar sus propiedades.
Las modificaciones del biochar ya sean físicas, químicas, magnéticas o biológicas mejoran su área superficial, porosidad y funcionalidad química, lo que incrementa su capacidad para adsorber metales pesados, contaminantes orgánicos, nutrientes y gases de efecto invernadero. Las principales estrategias de activación incluyen la activación física con vapor de agua o CO₂, que genera microporos y mesoporos; la activación química mediante agentes como KOH, H₃PO₄ o H₂SO₄, que introducen grupos funcionales oxigenados; y la activación biológica, que involucra microorganismos o soluciones nutritivas para aumentar la retención de nutrientes.
No obstante, el biocarbón no activado presenta limitaciones en la adsorción de iones negativos, como nitratos o fosfatos, debido a su carga superficial negativa. Por ello, la modificación con metales como hierro, cobre o aluminio incrementa el número de cargas positivas, mejorando la selectividad y eficiencia en la eliminación de contaminantes acuáticos. Factores como el pH, la temperatura, la concentración del contaminante, el tiempo de contacto y la presencia de interferentes también influyen significativamente en la eficacia del proceso de adsorción.
La activación del biocarbón puede realizarse en uno o dos pasos: en el primero, el agente activante se incorpora durante la carbonización; en el segundo, el biocarbón se activa posteriormente, logrando estructuras más desarrolladas y tiempos de reacción más cortos. En general, la activación química ofrece ventajas sobre la física al producir una estructura más porosa y un mejor rendimiento global.
Por todo lo anterior, la investigación se centra en la producción de biocarbones modificados a partir de biomasas locales de bajo costo, con el fin de desarrollar materiales eficientes para la remoción de contaminantes y ofrecer soluciones viables a comunidades y entidades con recursos limitados. Estas iniciativas buscan reducir el impacto ambiental y promover tecnologías de tratamiento accesibles y sostenibles, aplicables no solo en Costa Rica sino también en otras regiones de Centroamérica, contribuyendo a una gestión más equitativa y ecológica del recurso hídrico.

Valorizar biocarbones de baja calidad provenientes de la producción agroforestal costarricense mediante procesos de funcionalización química a baja temperatura y biológica de carbones para generar materiales de alto valor agregado, evaluando su potencial como enmiendas sostenibles en la producción de alimentos y como agentes eficaces para la protección de los recursos hídricos.

Soluciones químicas para el desarrollo