Evaluación de la calidad del carbón vegetal de cinco especies arbóreas utilizadas en sistemas agroforestales con café en comparación con el Quercus costarricensis, Costa Rica

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Forestal) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2023.

Esta tesis cumple con el objetivo ODS 7: garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todas las personas. Meta a: aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias.

El presente estudio evaluó la calidad del carbón vegetal de cinco especies utilizadas en sistemas agroforestales con café, comparándolas con la especie de Quercus costaricensis que tradicionalmente era usado para producir carbón en Costa Rica. La materia prima utilizada fueron las podas (ramas) de la Erythina poeppigiana (Poró gigante), Eucalyptus deglupta (Eucalipto), Persea americana (Aguacate), Grevillea robusta (Gravilia), e Inga edulis (Guaba chilillo). El material fue cortado e introducido en un reactor con 3 litros de capacidad para la elaboración del carbón, donde por medio de la pirólisis a una temperatura de 450°C. Se evaluó el rendimiento de los productos de la pirólisis (carbón, licor de madera, bio-aceite y gases no condensables), además se evaluó las propiedades del carbón de contenido de humedad, la densidad, la resistencia a la compresión, el porcentaje de cenizas y volátiles, el poder calorífico, los cambios químicos por espectroscopía infrarroja (FT-IR), pH, conductividad eléctrica e hidrofobicidad del carbón. El Poró presentó los más altos valores en el contenido de humedad, cenizas, volátiles, pH y conductividad eléctrica con 6,67%, 9,87%, 84%, 10, 3385 µS/cm, respectivamente. En el caso de la resistencia a la compresión, el valor más alto se presentó en el carbón de Quercus y en la hidrofobicidad, el Aguacate presentó un resultado alto de hidrofobicidad. El Quercus presentó diferencias significativas en cuanto, a la resistencia a la compresión, bajos contenidos de volátiles, bajo porcentaje de cenizas y un bajo pH con respecto a las especies de SAF. Mientras que en el Quercus presentó bajas diferencias significativas con respecto con la Gravilia y Poró en las pruebas de conductividad eléctrica. Se establece que las especies de SAF cumplen con los estándares internacionales del mercado como fuente de energía, a excepción del Poró y que además podrían ser utilizadas como enmiendas para el suelo.

The present study evaluated the charcoal quality of five species used in agroforestry systems with coffee, comparing them with the species of Quercus costaricensis that was traditionally used to produce charcoal in Costa Rica. The raw material used was the pruning (branches) of Erythina poeppigiana (Poró gigante), Eucalyptus deglupta (Eucalipto), Persea americana (Aguacate), Grevillea robusta (Gravilia), e Inga edulis (Guaba chilillo). The material was cut and introduced into a reactor with a capacity of 3 liters for the production of charcoal, where it was used by pyrolysis at a temperature of 450 °C. The performance of the pyrolysis products (coal, wood liquor, bio-oil and non-condensable gases) was evaluated, in addition to the properties of the charcoal, moisture content, density, compressive strength, percentage of ash and volatiles, calorific value, chemical chances by infrared spectroscopy (FTIR), pH, electrical conductivity and hydrophobicity of charcoal were evaluated. The Poró presented the highest values in moisture content, ash, volatile, pH and electrical conductivity with 6,67%, 9,87%, 84%, 10, 3385 µS/cm, respectively. In the case of compressive strength, the highest value was Quercus charcoal and in hydrophobicity, Avocado presented a high result of hydrophobicity. Quercus showed significant differences in compressive strength, low volatile content, low ash and low pH of all SAF species. On the other hand, Quercus showed low significant differences with respect to Gravilia and Poró, in electrical conductivity tests. It is established that the SAF species comply with international market standards as energy source, with the exception of the Poró and that they could also be used as soil amendments.