Hallazgos preliminares de la investigación de ECHO 

Investigaciones preliminares indican que el biocarbón impregnado ya sea con cloruro de magnesio (MgCl₂) o cloruro de calcio (CaCl₂) puede funcionar bien, al mantener una humedad baja en condiciones simuladas de almacenamiento de semillas.  Los resultados sugieren que estos desecantes también pueden ser útiles en el secado de semillas. El biocarbón redujo con éxito el problema de la licuefacción, que suele producirse con estas sales desecantes. El MgCl₂ y el CaCl₂ se encuentran ampliamente disponibles a través de puntos de venta al por menor y podrían estar disponibles en algunas zonas de bajos recursos a un costo razonable. 

Introducción 

Un desecante de bajo costo y fácil de conseguir podría ser muy útil en el secado y almacenamiento tanto de semillas como alimentos. Desafortunadamente, los desecantes eficaces que se encuentran hoy en día en el mercado tienen un precio elevado y son difíciles de obtener en muchas zonas de escasos recursos.

Un desecante ideal debería:

• Ser barato.
• Estar fácilmente disponible, o poder elaborarse localmente a partir de materiales fáciles de conseguir utilizando un proceso sencillo.
• Ser fácilmente regenerable con poca pérdida de eficacia.
• Ser no tóxico y fácil de manejar.

Algunas sales tienen propiedades5 desecantes y se ha estudiado su potencial comercial. El MgCl₂ y el CaCl₂ son de bajo costo y se venden en todo el mundo. Los usos no desecantes van desde anticongelante y control del polvo hasta aditivos alimentarios y cosméticos. Desafortunadamente, ambas sales tienden a licuarse ya que adsorben vapor de agua, en un proceso llamado delicuescencia, lo que las hace difíciles de manejar. Como resultado, su uso como desecante se ha limitado en gran medida a unas pocas aplicaciones especializadas tales como laboratorios de investigación y exhibiciones de museos.  

Con el objeto de superar esta limitación, algunos investigadores han aplicado estas sales a materiales altamente porosos, creando sustancias conocidas como materiales impregnados de sales (SIM por sus siglas en inglés) (Figura 8). La gran superficie de los SIM permite que las sales adsorban el vapor de agua y posiblemente incluso sean delicuescentes, manteniendo una forma sólida, por lo que son mucho más fáciles de manejar. Uno de los sustratos SIM más prometedores es la vermiculita. Aunque la vermiculita es mucho menos cara que otros sustratos SIM, su uso es probablemente demasiado caro para la mayoría de los pequeños productores.

Exploramos el uso del biocarbón como sustituto de la vermiculita en la elaboración de SIM. El biocarbón se puede elaborar localmente a partir de casi cualquier biomasa residual y, cuando se piroliza a temperaturas más altas, es altamente poroso.

Métodos 

Utilizamos biocarbón hecho de bambú pirolizado a 600 °C en un horno de retorta. Pruebas anteriores mostraron que este biocarbón no era un buen desecante, al alcanzar un contenido de humedad de alrededor del 10% cuando se mantuvo en un ambiente de alta humedad durante una semana. Tanto el MgCl2 como el CaCl2 se obtuvieron en puntos de venta minorista locales: el MgCl₂ se comercializa como anticongelante y el CaCl₂ como aditivo alimentario. El biocarbón se sumergió en una solución ya fuera de MgCl₂  o de CaCl₂ durante 24 horas y se agitó ocasionalmente. Los sólidos se extrajeron luego con una cuchara y se secaron al sol durante 6 horas. Seguidamente se secaron en un horno a 120 °C hasta lograr un peso constante. 

Los materiales se probaron en un ambiente simulado de almacenamiento de semillas, al que nos referimos como la prueba del "tazón de arroz" (Figura 9). Se utilizó arroz blanco no cocinado (de la tienda de comestibles) como sustituto de las semillas secas y se colocó en el fondo de un recipiente tipo Tupperware. El desecante que se estaba probando se colocó en una taza, y un depósito de agua angosto (~ 1 cm de diámetro) sirvió como fuente de vapor de agua. La humedad relativa dentro del recipiente (RH_c  por sus siglas en inglés) se midió con dos pequeños higrómetros (no mostrados). Los cambios de peso se midieron semanalmente para el desecante, el arroz y el agua.

Además de los dos biocarbones impregnados con sales, el MgCl₂ y el CaCl₂ se probaron como sales puras. También se probaron dos condiciones de control: una sin desecante y otra con sal común de mesa (NaCl-cloruro de sodio) como desecante. Todas las condiciones ensayadas se resumen en la tabla 2. 

Resultados

La Figura 10 muestra que los desecantes que contienen MgCl₂ y CaCl₂ mantuvieron una humedad relativa en el recipiente (RH_c) significativamente más baja que los dos controles. Además, los tratamientos desecantes con CaCl₂ mantuvieron una RHc más baja que los tratamientos desecantes con MgCl₂. El CaCl₂ funcionó algo mejor sin biocarbón (en forma pura) que con biocarbón. Ambos tratamientos de MgCl₂ tuvieron un desempeño aproximadamente similar. (Los autores señalan que la RHc es sensible a la temperatura y que las pruebas se realizaron en un espacio no controlado por temperatura sujeto a grandes fluctuaciones de temperatura).

La figura 11 muestra la capacidad de adsorción (CA) de cada desecante durante el período de prueba. Se muestra la CA como la cantidad de vapor de agua adsorbido por gramo de desecante (con desecante en peso seco). El NaCl demostró básicamente ninguna capacidad de adsorción. Los otros tratamientos desecantes mostraron una capacidad de adsorción creciente a lo largo de las pruebas, indicando que seguirían adsorbiendo más vapor de agua incluso después de 67 días. Una vez más, el CaCl₂ puro superó a su forma de biocarbón. El biocarbón impregnado con MgCl₂ parece haber tenido un rendimiento ligeramente mejor que la forma pura.

Se observó durante las pruebas que el MgCl₂ puro se licuó  al final de la segunda semana (CA~0.3g/g), mientras que el CaCl₂ puro permaneció sólido durante 3.5 semanas (CA~0.5g/g). El biocarbón con cloruro de calcio (CaCl₂BC) se licuó a las 7 semanas (CA~0.75g/g), mientras que el biocarbón con cloruro de magnesio (MgCl₂BC) permaneció sólido (aunque suave) durante todo el período de prueba (CA~0.7).

El peso del arroz se mantuvo básicamente invariable en las dos condiciones de control. Pero el arroz perdió del 3 al 6% de su peso en las condiciones desecantes durante la primera semana de pruebas, a pesar de que el arroz al por menor ya había sido secado hasta un contenido de humedad de larga conservación. Esto sugiere que estos desecantes podrían tener éxito en aplicaciones de secado de semillas.

Aplicación 

Los resultados indican que el biocarbón mantuvo bien el MgCl₂ y el CaCl₂ en forma sólida a un nivel mucho mayor (CA al menos 0.7g/g) en comparación con las sales puras   (CA~0.3 a 0.5g/g). Una CA de 0.7g/g es comparable a la de desecantes comerciales como el gel de sílice y la zeolita (CA~0.2 to 1g/g).

Ambas sales lograron mantener bajas humedades relativas en los recipientes de las pruebas, en particular hasta una CA de aproximadamente 0.5 g/g para el MgCl₂ y 0.8 g/g para el CaCl₂. Ambas sales también son prometedoras para aplicaciones de secado de semillas, desecando el arroz seco en un 3 a 6% en la primera semana de pruebas.

Preguntas pendientes 

Si bien estos primeros resultados lucen prometedores, se necesitan más investigaciones antes de aplicarlos en el campo. Es de especial importancia:

1. La regeneración –¿Con qué facilidad se puede regenerar un biocarbón SIM y cuál es la pérdida de eficacia con cada ciclo de regeneración? Algunas pruebas preliminares sugieren que el secado solar podría ser suficiente para la regeneración en las condiciones adecuadas, pero se necesita más investigación.
2. La producción de SIM –¿Qué método de producción sería sencillo y eficiente maximizando a la vez la eficacia del producto? El método actual de aplicación de sales es un poco desordenado y despilfarrador. También puede ser posible reducir la delicuescencia al reducir los residuos de sal en la superficie exterior de las partículas de biocarbón.
3. Las características del biocarbón –¿Qué características del biocarbón, como la fuente de biomasa y la temperatura de la pirólisis, son las más importantes para determinar la efectividad del SIM? ¿Es el biocarbón un sustrato adecuado?
4. La disponibilidad y el costo– ¿Cómo es la disponibilidad del MgCl2 y el CaCl2 en las regiones de escasos recursos y a qué precio? Esto determinará si el biocarbón SIM es práctico en un área dada.

Lecturas adicionales 

ECHO Staff. 2016. Almacenamiento de semillas en Los Trópicos. Notas de buenas prácticas de ECHO no. 5