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Caracter�sticas f�sicas de residuos s�lidos y proceso energ�ticos para la elaboraci�n de biochar de cultivo de granadilla (passiflora ligularis) para la sostenibilidad ambiental

 

Physical characteristics of solid waste and energy process for the production of biochar from passion fruit (Passiflora ligularis) cultivation for environmental sustainability

 

Caracter�sticas f�sicas dos res�duos s�lidos e processo energ�tico para a produ��o de biochar a partir da cultura do maracujazeiro (Passiflora ligularis) visando a sustentabilidade ambiental

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: ptacle@espoch.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 25 de abril de 2025 *Aceptado: 19 de mayo de 2025 * Publicado: �12 de junio de 2025

 

         I.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (Espoch), Facultad de Recursos Naturales, Ecuador.

       II.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (Espoch), Facultad de Recursos Naturales, Ecuador.

     III.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (Espoch), Facultad de Recursos Naturales, Ecuador.

    IV.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (Espoch), Facultad de Recursos Naturales, Ecuador.

Resumen

El objetivo de este trabajo de investigaci�n es cuantificar y analizar los residuos s�lidos org�nicos para la elaboraci�n de biochar. La metodolog�a sigui� la norma NTE INEN 220 para la obtenci�n de muestras, formando una pila de compostaje con los residuos. Los resultados mostraron que los residuos de granadilla tienen caracter�sticas f�sicas y poder cal�rico adecuados para su uso como biomasa para la producci�n de biochard. Se desarroll� un plan de manejo de RSO que incluye gesti�n, aprovechamiento y capacitaci�n ambiental. Este trabajo coadyuva al proyecto de investigaci�n un modelo de ecolog�a industrial en la estaci�n experimental Tunshi para la valorizaci�n de residuos agr�colas en la producci�n de hongos comestibles.

Palabras clave: biomasa; sustentabilidad; poder cal�rico.

 

Abstract

The objective of this research project is to quantify and analyze organic solid waste for biochar production. The methodology followed the NTE INEN 220 standard for sample collection, and the waste was composted. The results showed that the passion fruit waste has adequate physical characteristics and calorific value for use as biomass for biochar production. A solid waste management plan was developed that includes management, utilization, and environmental training. This work contributes to the research project of an industrial ecology model at the Tunshi Experimental Station for the valorization of agricultural waste in edible mushroom production.

Keywords: biomass; sustainability; calorific value.

 

Resumo

O objetivo deste projeto de investiga��o � quantificar e analisar os res�duos s�lidos org�nicos para a produ��o de biochar. A metodologia seguiu a norma NTE INEN 220 para a recolha de amostras, e os res�duos foram compostados. Os resultados demonstraram que os res�duos de maracuj� apresentam caracter�sticas f�sicas e poder calor�fico adequados para utiliza��o como biomassa para a produ��o de biochar. Foi desenvolvido um plano de gest�o de res�duos s�lidos que inclui a gest�o, utiliza��o e forma��o ambiental. Este trabalho contribui para o projeto de investiga��o de um modelo de ecologia industrial na Esta��o Experimental de Tunshi para a valoriza��o de res�duos agr�colas na produ��o de cogumelos comest�veis.

Palavras-chave: biomassa; sustentabilidade; valor calor�fico.

Introducci�n

El biocarb�n

El biocarb�n es el producto de la descomposici�n t�rmica de materiales org�nicos (biomasa) con escaso o limitado suministro de ox�geno (pir�lisis), a temperaturas relativamente bajas (inferiores a los 700 �C) y que es destinado a uso agr�cola, lo que hace que sea diferente al carb�n usado como combustible y al carb�n activado. Se define al biocarb�n como �un material s�lido obtenido de una conversi�n termoqu�mica de biomasa en un ambiente limitado de ox�geno�.

Residuos s�lidos

Los residuos s�lidos pueden ser definidos como cualquier material, sustancia, objeto o cosa que ha sido desechado y que no tiene valor econ�mico para su propietario original, estos son un importante problema ambiental debido a su volumen y contenido de sustancias t�xicas, que pueden contaminar suelo, agua y aire (Archundia et al., 2017)

La gesti�n de residuos s�lidos tambi�n puede incluir el reciclaje y la recuperaci�n de materiales, lo que contribuye a la conservaci�n de recursos naturales y la reducci�n de la emisi�n de gases de efecto invernadero. La gesti�n adecuada de los residuos s�lidos es fundamental para minimizar su impacto ambiental, esto implica la recolecci�n, transporte, tratamiento y disposici�n final de los residuos, con el objetivo de reducir su volumen y minimizar su impacto en el medio ambiente (Shagui Miranda, 2022)

Manejo integral de los residuos s�lidos

El manejo integral de los residuos s�lidos es un enfoque que busca soluciones sostenibles y eficientes para la gesti�n de los residuos s�lidos en su totalidad, desde su generaci�n hasta su disposici�n final.(Andr�s et al., 2018) A continuaci�n, se presenta algunos conceptos:

El manejo integral de los residuos s�lidos implica una visi�n hol�stica de los residuos s�lidos, que abarca desde la prevenci�n de la generaci�n de residuos hasta su gesti�n y disposici�n final (Aliaga, et al., 2017, p. 27), (Coacalla-Castillo et al., 2020)

El manejo integral de los residuos s�lidos es un proceso que implica la implementaci�n de pol�ticas, estrategias y pr�cticas que permitan reducir la cantidad de residuos generados, recuperar y valorizar los materiales reciclables, y tratar de manera adecuada los residuos no reciclables(Ruiz Morales, 2017)

De esta manera el objetivo de esta investigaci�n es evaluar las caracter�sticas f�sicas y energ�ticas de la biomasa para elaborar biochar.

Aplicaci�n y Beneficios en la Agricultura

La aplicaci�n del biochar en los suelos agr�colas puede realizarse de forma directa o previa activaci�n con nutrientes y microorganismos beneficiosos. Su uso ha sido asociado con:

�                  Mejora en la estructura y retenci�n de agua en suelos arenosos.

�                  Aumento en la actividad microbiana y disponibilidad de nutrientes.

�                  Reducci�n de la lixiviaci�n de fertilizantes, optimizando su eficiencia.

�                  Mayor tolerancia de los cultivos a condiciones de sequ�a y estr�s ambiental.

�                  Incremento en la producci�n agr�cola, especialmente en suelos empobrecidos.

Adem�s, estudios recientes han demostrado que el biochar puede reducir la salinidad del suelo y mejorar la eficiencia del uso del agua en cultivos con altos requerimientos h�dricos, lo que representa una soluci�n viable en regiones �ridas y semi�ridas.

Beneficios Medioambientales

El biochar contribuye a la mitigaci�n del cambio clim�tico debido a su capacidad de secuestrar carbono de manera estable en el suelo. Adem�s, su producci�n a partir de residuos agr�colas reduce la generaci�n de desechos org�nicos y minimiza la emisi�n de metano y �xidos de nitr�geno, gases con alto potencial de calentamiento global. Tambi�n favorece la restauraci�n de ecosistemas degradados y disminuye la contaminaci�n de cuerpos de agua al retener contaminantes en su estructura porosa. Su capacidad para reducir la erosi�n del suelo y mejorar la biodiversidad microbiana es fundamental para la regeneraci�n de tierras agr�colas degradadas.

 

Materiales y m�todos

Poblaci�n y planificaci�n, selecci�n y tama�o de la muestra

Poblaci�n

La poblaci�n que se consider� en el proyecto t�cnico es la cantidad total de los residuos s�lidos org�nicos que se producen en la planta dos, secciones A - B y nave exterior del mercado municipal, durante los meses de octubre y noviembre, y residuos de granadilla de la Estaci�n Experimental Thunshi.

En la tabla a continuaci�n se establecen los criterios de selecci�n que se consider� para la recolecci�n de muestras con los residuos de mercado. (Mery Esperanza Ruiz Guajala et al., 2017)

 

 

Muestra

Para la cuantificaci�n de los residuos s�lidos org�nicos del mercado se trabaj� los fines de semana (s�bado y domingo) durante dos meses. La pila de compostaje se form� con los residuos s�lidos org�nicos de Hortalizas, verduras y residuos de granadilla.

Para la obtenci�n de las muestras se sigui� la norma NTE INEN 220:2013 y se realiz� el muestreo estratificado, de tal manera que se seleccion� las muestras, se homogenizo y se aplic� la t�cnica de cuarteo (triplicado). Posteriormente los cuadrantes seleccionados se guardaron en fundas herm�ticas para el an�lisis.(MARCO VINICIO CEPEDA CAGUANO, 2023)

Pasos para realizar el biochard:

�         Selecci�n de la Materia Prima: Se utilizaron residuos de poda de �rboles frutales y cascarilla de arroz.

�         Proceso de Pir�lisis: La biomasa se coloc� en un reactor herm�tico y se calent� a temperaturas entre 450-600�C en ausencia de ox�geno.

�         Enfriamiento y Almacenamiento: Una vez finalizado el proceso, el biochar se dej� enfriar antes de su almacenamiento en un lugar seco.

�         Aplicaci�n en Suelo: Se aplicaron dosis controladas en parcelas de cultivo para evaluar sus efectos en la fertilidad del suelo y en el crecimiento de las plantas.

 

Resultados y discusi�n

Los residuos s�lidos org�nicos que se generan en el mercado municipal del cant�n Pallatanga fueron seleccionados los de origen vegetal, en los cuales existen elementos primarios como: nitr�geno, fosforo, potasio, calcio, etc., que influyen dentro del proceso de la descomposici�n del compost.(Andr�s et al., 2018)

En la siguiente tabla se describe los diferentes residuos s�lidos org�nicos de origen vegetal, que son generados en el mercado municipal del cant�n Pallatanga, los mismos que fueron recolectados para la elaboraci�n del compost.

 

Tabla: Residuos s�lidos org�nicos recolectados en el mercado municipal.

 

En la siguiente tabla se describe la cuantificaci�n total de los residuos s�lidos org�nicos de mercado (RSOM), que fueron recolectados cada semana durante dos meses. En el mes de octubre se obtuvo 3161.33 Kg de RSOM, mientras que para el mes de noviembre se obtuvo 2868.26 Kg de RSOM, obteniendo un total de 6029.59Kg de residuos solido org�nico.

(MARCO VINICIO CEPEDA CAGUANO, 2023)

 

Caracter�sticas F�sicas de la Granadilla (Pasiflora ligularis)

(V�zquez-Cuecuecha et al., 2023)

 

Variaci�n del poder cal�rico energ�tico superior con el �ndice de combustibilidad de los residuos de las frutas para pirolisis de biomasa

(Rojas Gonzalez & Fl�rez Montes, 2019)

Proceso de elaboraci�n del biochar.

 

Elaboraci�n del biochar en la Estaci�n Experimental Tunshi.

Propiedades del biochard

 

(Enmer Trujillo & Christian Valencia, 2019)

 

An�lisis de las dimensiones de la sustentabilidad

El �ndice de sustentabilidad general engloba la variabilidad en las dimensiones econ�mica, ecol�gica y sociocultural; su valor promedio fue ISG=2,49, cifra superior al umbral Grosso modo los objetivos socioculturales y econ�micos de las fincas quedaron satisfechos en mayor grado, seg�n los promedios de ISC=3,26 e IK=2,63. El �ndice ecol�gico promedio estuvo por debajo del umbral, Dos fincas no cumplieron los requisitos para ser consideradas sustentables.

Dimensi�n ecol�gica. Dos indicadores que requieren especial atenci�n son Manejo de la biodiversidad y Riesgo de erosi�n, para los cuales se obtuvieron en promedio valores muy bajos de 0,41 y 0,68, respectivamente en parcelas con monocultivo, sin ning�n tipo de t�cnica de conservaci�n de suelos en �reas con pendientes superiores al 30%, no realizan rotaciones y tienen poca cobertura vegetal durante el a�o. El indicador Conservaci�n de la vida en el suelo mostr� que no es de los factores que los productores perciben como decisivos en los rendimientos. Esta noci�n concuerda con el Conocimiento y conciencia ecol�gica de la dimensi�n sociocultural y la Cobertura vegetal.������� (Silvia Silva Laya & Sim�n P�rez Mart�nez, 2010)

 

Conclusiones

Se plantea las siguientes conclusiones:

�                    Se realiz� un plan de manejo de residuos s�lidos org�nicos para producir biochar a partir de los datos obtenidos que permitir�, mitigar y controlar la contaminaci�n ambiental.

�                    Las caracter�sticas f�sicas y el poder cal�rico hacen factible el uso de los residuos de la granadilla como biomasa.

�                    Se determin� que la aplicaci�n del biochar es una estrategia efectiva para mejorar la calidad del suelo y reducir el impacto ambiental de los residuos agr�colas.

�                    Su capacidad para retener agua y nutrientes lo convierte en una herramienta clave para la sostenibilidad agr�cola.

�                    �Adem�s, su contribuci�n al secuestro de carbono representa una alternativa viable para mitigar el cambio clim�tico. La regeneraci�n de suelos degradados y la optimizaci�n del uso de fertilizantes lo posicionan como un insumo esencial en la agricultura sostenible.

�                    Los estudios recientes han confirmado que su aplicaci�n a largo plazo mejora la productividad de los cultivos y la resiliencia de los ecosistemas agr�colas.

 

Referencias

      1.            Andr�s, C., Rojas-Gonz�lez, F., Ciliana Fl�rez-Montes, I., Diego, I., & L�pez-Rodr�guez, F. (2018). Prospectivas de aprovechamiento de algunos residuos agroindustriales.

      2.            Archundia, D.-, Ver�nica, L., & Otoniel, B.-D. (2017). Emisi�n de gases de efecto invernadero en dos sitios de disposici�n final de residuos s�lidos urbanos en M�xico.

      3.            Coacalla-Castillo, C. E., Cabrera, J. P., Nicanor, A., & Orellana, S. (2020). Indicadores de gesti�n en el manejo integral de residuos s�lidos de la municipalidad de Aymaraes. http://orcid.org/0000-0002-6076-1800http://orcid.org/0000-0002-0837-0079http://orcid.org/0000-0001-7631-3765http://www.ciget.pinar.cu/ojs/index.php/publicaciones/article/view/554/1617

      4.            MARCO VINICIO CEPEDA CAGUANO. (2023). PROPUESTA DE MANEJO INTEGRAL DE LOS RESIDUOS S�LIDOS ORG�NICOS DEL MERCADO MUNICIPAL DE PALLATANGA COMO ALTERNATIVA PARA MITIGAR LA CONTAMINACI�N AMBIENTAL MEDIANTE LA ELABORACI�N DE COMPOST.

      5.            Mery Esperanza Ruiz Guajala, Elsy Marcela �lvarez Jimenez, & Hermel David Ort�z Rom�n. (2017). MANEJO INTEGRAL DE DESECHOS S�LIDOS EN LOS PRINCIPALES BARRIOS DE UN GOBIERNO AUT�NOMO DESCENTRALIZADO PARROQUIAL.

      6.            Rojas Gonzalez, A. F., & Fl�rez Montes, C. (2019). Valorizaci�n de residuos de frutas para combusti�n y pir�lisis. Revista Polit�cnica, 15(28), 42�53. https://doi.org/10.33571/rpolitec.v15n28a4

      7.            Ruiz Morales, M. (2017). Contexto y evoluci�n del plan de manejo integral de residuos s�lidosen la universidad iberoamericana ciudad de M�xico. Revista Internacional de Contaminacion Ambiental, 33(2), 337�346. https://doi.org/10.20937/RICA.2017.33.02.14

      8.            Shagui Miranda, D. G. (2022). Optimizaci�n de rutas de recolecci�n de los residuos s�lidos urbanos del centro cantonal Taisha en la Provincia de Morona Santiago.

      9.            Silvia Silva Laya, & Sim�n P�rez Mart�nez. (2010). Sustentabilidad de fincas productoras de durazno en El Jarillo, Estado Miranda, Venezuela.

   10.            V�zquez-Cuecuecha, O. G., Garc�a-Gallego, E., & Ch�vez-G�mez, J. A. (2023). Physical and chemical characterization of the fruits of three varieties of Prunus persica L. Batsch in Tlaxcala. Revista Mexicana de Ciencias Agricolas, 14(5), 90�99. https://doi.org/10.29312/remexca.v14i5.3197

 

 

� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).