El char como solución sostenible para la eliminación de contaminantes en aguas

En este contexto, el desarrollo de soluciones eficaces, sostenibles y económicamente viables resulta esencial. El char, un material carbonoso obtenido a partir de residuos ricos en carbono mediante procesos termoquímicos, ha emergido en los últimos años como una alternativa prometedora para la eliminación de contaminantes en aguas.

Un desafío ambiental y tecnológico

La protección de los recursos hídricos es un pilar fundamental de la gestión ambiental moderna. El crecimiento industrial, la intensificación de la agricultura y la expansión urbana han provocado un aumento significativo de la carga contaminante en ríos, lagos y acuíferos. Metales pesados, compuestos orgánicos persistentes, pesticidas y herbicidas, productos de cuidado personal, fármacos y nutrientes en exceso son algunos de los contaminantes que se detectan con mayor frecuencia en aguas superficiales y subterráneas.

Aunque las estaciones depuradoras de aguas residuales y los sistemas convencionales de tratamiento han logrado avances notables, muchos contaminantes siguen siendo difíciles de eliminar por completo. Además, el elevado coste energético y económico de algunas tecnologías limita su aplicación, especialmente en pequeñas instalaciones o en regiones con recursos limitados. En este escenario, cobra relevancia la búsqueda de materiales alternativos que combinen eficacia técnica, bajo coste y sostenibilidad ambiental.

El char: definición y origen

El término char engloba a una familia de materiales sólidos ricos en carbono que se obtienen mediante la descomposición térmica de materia rica en carbono en condiciones de oxígeno limitado. Este proceso, conocido como pirólisis, permite transformar residuos orgánicos en un material estable, con una estructura porosa y propiedades adecuadas para aplicaciones ambientales.

El char, un material carbonoso obtenido a partir de residuos ricos en carbono mediante procesos termoquímicos, ha emergido en los últimos años como una alternativa prometedora para la eliminación de contaminantes en aguas

Entre los distintos tipos de char, el biochar es el más estudiado en el ámbito ambiental. Se produce a partir de biomasa como restos agrícolas y forestales, subproductos agroindustriales o lodos de depuradora. Desde el punto de vista de la gestión de residuos, el char representa una vía de valorización especialmente interesante, ya que convierte desechos orgánicos en un recurso útil.

Propiedades relevantes para el tratamiento de aguas

La idoneidad del char como material para la eliminación de contaminantes en aguas se basa en un conjunto de propiedades fisicoquímicas que pueden ajustarse mediante las condiciones de producción. Entre las más relevantes destacan: (i) Alta porosidad y superficie específica, que favorecen el contacto entre el material y los contaminantes. (ii) Presencia de grupos funcionales en la superficie, capaces de interactuar con diferentes especies químicas. (iii) Estabilidad química, que permite su uso prolongado en sistemas de tratamiento. (iv) Versatilidad, ya que sus propiedades pueden modificarse mediante tratamientos físicos o químicos.

Estas características sitúan al char como un material intermedio entre adsorbentes naturales de bajo rendimiento y materiales altamente procesados como el carbón activado.

Mecanismos de eliminación de contaminantes

El principal mecanismo por el que el char elimina contaminantes del agua es la adsorción. Este proceso consiste en la fijación de sustancias disueltas sobre la superficie del material sólido. En el caso del char, la adsorción puede producirse mediante distintos tipos de interacciones, que incluyen:

• Interacciones físicas asociadas a la estructura porosa.
• Enlaces químicos entre grupos funcionales del char y los contaminantes.
• Interacciones electrostáticas, dependientes del pH del medio.
• Interacciones específicas con compuestos aromáticos.

El creciente interés científico y tecnológico por este material se debe a que la combinación de sus mecanismos de adsorción permite al char actuar sobre una amplia gama de contaminantes

El creciente interés científico y tecnológico por este material se debe a que la combinación de estos mecanismos permite al char actuar sobre una amplia gama de contaminantes, entre los que se encuentran:

• Metales. Los metales representan uno de los principales objetivos en el tratamiento de aguas debido a su toxicidad, persistencia y capacidad de bioacumulación. Elementos como plomo, cadmio, mercurio, cobre o arsénico pueden generar efectos adversos graves incluso a bajas concentraciones. Diversos estudios han demostrado que el char es capaz de retener metales pesados de forma eficaz. La presencia de grupos funcionales oxigenados en su superficie favorece la formación de complejos estables con los iones metálicos, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad. En algunos casos, la modificación del char con compuestos minerales ha permitido mejorar notablemente su capacidad de adsorción.
• Contaminantes orgánicos, incluyendo contaminantes emergentes. Además de los metales, el char ha mostrado un buen desempeño en la eliminación de contaminantes orgánicos, como colorantes industriales, pesticidas, hidrocarburos aromáticos y fármacos. Estos compuestos suelen ser difíciles de eliminar mediante tratamientos convencionales y pueden persistir durante largos periodos en el medio acuático. La estructura carbonosa del char favorece la retención de estas sustancias mediante interacciones específicas, lo que permite reducir su concentración en el agua y mitigar su impacto ambiental. En cuanto a los contaminantes emergentes, como antibióticos, hormonas y productos de cuidado personal, el char se perfila como una alternativa prometedora. Si bien la investigación en este ámbito aún es incipiente, los resultados disponibles apuntan a un potencial significativo.
• Nutrientes. El exceso de nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo, es responsable de procesos de eutrofización que deterioran gravemente los ecosistemas acuáticos. Aunque el char no siempre presenta una elevada capacidad para eliminar estos compuestos de forma directa, su modificación con determinados minerales ha demostrado mejorar la retención de fosfatos.

Ventajas ambientales y económicas

Desde una perspectiva alineada con la gestión ambiental y la economía circular, el uso de char presenta múltiples ventajas, entre las que se encuentran:

• Valorización de residuos ricos en carbono.
• Reducción del coste de los materiales adsorbentes.
• Posibilidad de producción local.
• Menor huella ambiental en comparación con otros adsorbentes.

Estas ventajas hacen del char un material especialmente atractivo para aplicaciones descentralizadas y para complementar tecnologías existentes.

Sus ventajas hacen del char un material especialmente atractivo para aplicaciones descentralizadas y para complementar tecnologías existentes

Limitaciones, desafíos técnicos y perspectivas de futuro

A pesar de su potencial, el uso del char también plantea desafíos. La variabilidad en sus propiedades, la necesidad de estandarización, la regeneración del material y la gestión del char una vez saturado de contaminantes son aspectos que requieren un análisis cuidadoso antes de su implantación a gran escala.

La investigación actual se centra en optimizar los procesos de producción, mejorar la selectividad del char y evaluar su comportamiento en condiciones reales de operación. La integración del char en sistemas híbridos de tratamiento podría ampliar notablemente su campo de aplicación.

A pesar de los desafíos, el char se consolida como una alternativa viable y sostenible para la eliminación de contaminantes en aguas. Su origen a partir de residuos, su versatilidad y su potencial para reducir costes lo convierten en un material de gran interés para el sector ambiental. En línea con los objetivos de sostenibilidad y economía circular, el char representa una oportunidad para avanzar hacia modelos de gestión del agua más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

La variabilidad en sus propiedades, la necesidad de estandarización, la regeneración del material y la gestión del char una vez saturado de contaminantes son aspectos que requieren un análisis cuidadoso antes de su implantación a gran escala

La valorización de residuos plásticos procedentes de basuras marinas: el proyecto POLYBRIS

La contaminación por plásticos representa una amenaza global que pone en peligro la salud de los océanos y su capacidad restaurativa, además de afectar los ecosistemas acuáticos y las especies que los habitan. En este contexto y con la misión de fomentar la responsabilidad ambiental y la economía circular, se desarrolla el proyecto POLYBRIS, que promueve la recuperación de los residuos plásticos presentes en basuras marinas para su valorización en productos que, como el char, contribuyan al equilibrio ecológico del medio marino, todo ello mediante alternativas circulares y con un enfoque participativo local.

Este proyecto, se desarrolla con la colaboración de la Fundación Biodiversidad del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, a través del Programa Pleamar, y se cofinancia por la Unión Europea por el FEMPA (Fondo Europeo Marítimo, de Pesca y de Acuicultura. El proyecto está coordinado por ITG Centro Tecnológico, y tiene como socios al Instituto de Investigación Mariñas de la Agencia estatal Consejo superior de investigaciones científicas (IIM-CSIC) y al Cabildo insular de Tenerife.

El principal objetivo del proyecto es la obtención de un producto de valor añadido como es el char a través de tecnologías basadas en procesos termoquímicos optimizados tales como pirólisis, carbonización hidrotermal (HTC) y gasificación a partir de basuras de plástico retiradas del medio marino. A partir de las características de los distintos productos obtenidos, se están llevando a cabo ensayos para determinar la capacidad de este material carbonoso para la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos, derivados de las actividades económicas ligadas al mar, como pueden ser las aguas generadas en las plantas de depuración de moluscos bivalvos, piscifactorías, o bien, plantas de procesado de productos marinos.

Un artículo de Antonio Cobelo, (IIM-CSIC) y Xandre Costas, Estefanía Pereira, Cristina Román (ITG)