N2 Aplicado · Lección 4 de 8 · 35 min

Pirólisis lenta y biocarbón: rendimiento, temperatura y carbono estable

Conversión termoquímica de la biomasa

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Describir cómo cambian el rendimiento, el carbono fijo y el poder calorífico del biocarbón con la temperatura.
Calcular el rendimiento de carbono fijo y explicar por qué es más informativo que el rendimiento total.
Evaluar con datos la hipótesis de que «más temperatura da menos carbono».

Conviene saber antes

Lección «Las rutas termoquímicas».
Curso «Caracterización», análisis próximo.

En la pirólisis lenta la biomasa se calienta sin aire durante decenas de minutos u horas. Al subir la temperatura máxima, el sólido pierde volátiles: su rendimiento baja, pero su carbono fijo y su poder calorífico suben. Antal y Grønli (2003) muestran que, controlando presión, humedad y flujo de gas, la carbonización puede acercarse al rendimiento teórico de carbono fijo en pocas decenas de minutos, ayudada por reacciones secundarias exotérmicas que forman carbón a partir de los vapores.

Zhang et al. (2017) pirolizaron cascarilla de arroz y bambú entre 200 y 800 °C (10 °C/min, 1 h a la temperatura final, en nitrógeno), con una serie completa de datos abiertos.

Figura 1Rendimiento de biocarbón y de carbono fijo según la temperatura (% del alimento seco)

El rendimiento total cae sin parar, pero el carbono fijo que queda en el sólido se estabiliza desde ≈400–500 °C: ≈22 % del alimento en la cascarilla y ≈24 % en el bambú. Por encima de ese punto, subir la temperatura cambia la calidad, no la cantidad de carbono estable.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Rendimiento de biocarbón y de carbono fijo según la temperatura (% del alimento seco)
Temperatura	Cascarilla	Bambú	Carbono fijo (cascarilla)	Carbono fijo (bambú)
300	66,76	46,67	18,5	12,4
400	52,35	33,07	22,7	18,4
500	47,49	29,43	22,4	23,6
600	44,96	27,84	22	23,8
700	44,36	27,1	21,8	23,9
800	42,99	26,3	21,2	23,4

Fuente: Zhang et al. (2017), BioResources 12(3), Tabla 2; rendimiento de carbono fijo = rendimiento × carbono fijo del biocarbón (bs) ÷ 100, derivado por biomasa360.

Y_{FC} = \frac{y_c \cdot FC_c}{100}

Rendimiento de carbono fijo: fracción del alimento seco que queda como carbono fijo en el biocarbón (con

y_c

FC_c

en %).

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$Y_{FC}$	rendimiento de carbono fijo	% del alimento seco
$y_c$	rendimiento de biocarbón	% del alimento seco
$FC_c$	carbono fijo del biocarbón	% bs

Ejemplo resuelto 1

Rendimiento de carbono fijo del biocarbón de bambú a 500 y 800 °C

Con los datos de Zhang et al. (2017) para el bambú, calcula el rendimiento de carbono fijo a 500 °C (rendimiento 29,43 %; FC 80,19 %) y a 800 °C (26,30 %; 89,08 %).

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$y_{500}, FC_{500}$	29,43; 80,19	%	Zhang et al. (2017), Tabla 2
$y_{800}, FC_{800}$	26,30; 89,08	%	Zhang et al. (2017), Tabla 2

A 500 °C.
$Y_{FC} = \frac{29{,}43 \times 80{,}19}{100} = 23{,}60\ \%$
A 800 °C.
$Y_{FC} = \frac{26{,}30 \times 89{,}08}{100} = 23{,}43\ \%$

Resultado

Y_{FC,500} \approx Y_{FC,800} \approx 24\ \%

Interpretación: Entre 500 y 800 °C el bambú pierde 3 puntos de rendimiento, pero casi nada de carbono fijo: lo que se va son volátiles residuales. El biocarbón de 800 °C es más carbono puro, no más carbono.

Ejemplo resuelto 2

Por qué el biocarbón de cascarilla rinde tanto y calienta tan poco

A 800 °C el biocarbón de cascarilla tiene un rendimiento de 42,99 % y PCS de 19,22 MJ/kg; el de bambú, 26,30 % y 32,78 MJ/kg (Zhang et al., 2017). Calcula la fracción de la energía del alimento que queda en cada sólido (PCS del alimento: cascarilla 15,10; bambú 19,29 MJ/kg).

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$y, \mathrm{PCS}_c, \mathrm{PCS}_0$	42,99; 19,22; 15,10	%, MJ/kg, MJ/kg	Zhang et al. (2017), Tabla 2 (cascarilla)
$y, \mathrm{PCS}_c, \mathrm{PCS}_0$	26,30; 32,78; 19,29	%, MJ/kg, MJ/kg	Zhang et al. (2017), Tabla 2 (bambú)

Rendimiento de energía de la cascarilla.
$y_E = 0{,}4299 \times \frac{19{,}22}{15{,}10} = 0{,}547$
Rendimiento de energía del bambú.
$y_E = 0{,}2630 \times \frac{32{,}78}{19{,}29} = 0{,}447$

Resultado

y_{E,casc} \approx 55\ \%;\quad y_{E,bambu} \approx 45\ \%

Interpretación: La ceniza explica el mayor rendimiento en masa, no en energía: la sílice no tiene poder calorífico. El mayor rendimiento energético de la cascarilla refleja sobre todo el PCS bajo del alimento (15,10 MJ/kg, diluido por la ceniza) y la retención de carbono orgánico en el sólido. Ojo con el balance de ceniza: si se conservara toda la del alimento (19,18 %), el biocarbón tendría 44,6 % de ceniza, y el reportado (47,51 %) implica recuperar ≈106 % de ella, más de lo físicamente posible (ver el balance de ceniza del curso 2). Es un biocarbón mineral, valioso como adsorbente o enmienda, pero pobre como combustible.

Hipótesis contrastadas

¿Subir la temperatura de pirólisis reduce la cantidad de carbono que se puede secuestrar en el biocarbón?

H1 Sí: el rendimiento de biocarbón cae con la temperatura, así que se secuestra menos carbono.
Evidencia a favor
- En Zhang et al. (2017) el rendimiento de la cascarilla cae de 66,76 % (300 °C) a 42,99 % (800 °C) y el del bambú de 46,67 % a 26,30 %.
- Bridgwater (2010): la pirólisis lenta a ≈400 °C deja ≈35 % de carbón; a temperaturas de gasificación, < 1 %.
Evidencia en contra
- Ronsse et al. (2013), con pino, paja de trigo, residuos verdes y algas: el rendimiento de carbono fijo fue prácticamente insensible a la temperatura máxima y al tiempo de residencia.
- En Zhang et al. (2017), el rendimiento de carbono fijo del bambú es casi constante entre 500 y 800 °C (≈23–24 %).
Fuentes: Zhang et al. (2017); Bridgwater (2010); Ronsse et al. (2013)
H2 No en el rango de la pirólisis lenta por encima de ≈400–500 °C: lo que se pierde son volátiles lábiles; el carbono fijo, más estable, se conserva.
Evidencia a favor
- Ronsse et al. (2013) también encontraron que los biocarbones de baja temperatura, con poco carbono fijo, tienen más compuestos volátiles fácilmente biodegradables.
- Antal y Grønli (2003): la carbonización bien diseñada alcanza o se acerca al rendimiento teórico de carbono fijo.
Evidencia en contra
- A 300 °C el rendimiento de carbono fijo de Zhang es menor (cascarilla 18,5 %; bambú 12,4 %) que a 500 °C: por debajo de ≈400 °C la carbonización está incompleta y la regla no aplica.
- El carbono fijo del análisis próximo no es lo mismo que el carbono estable en el suelo durante siglos; esa permanencia se evalúa con otros indicadores (por ejemplo, la relación H/C), que se ven en el curso de biocarbón.
Fuentes: Ronsse et al. (2013); Antal y Grønli (2003); Zhang et al. (2017)

Certeza media

Conclusión: Sobrevive H2, acotada: por encima de ≈400–500 °C la temperatura cambia la calidad del biocarbón (más carbono fijo, más pH, más superficie) y casi no cambia la cantidad de carbono fijo retenido; por debajo, la carbonización es incompleta. Certeza media-alta para el carbono fijo; media para traducirlo a carbono secuestrado, porque la permanencia en el suelo exige otros ensayos.

Figura 2Reactor de pirólisis lenta de laboratorio con tubo de cuarzo, navecillas con biomasa, flujo de nitrógeno y condensador

Ejercicios

Cálculo●○○
Calcula el rendimiento de carbono fijo de la cascarilla a 400 y 700 °C con la Tabla 2 de Zhang et al. (2017).
Ver la solución
400 °C: 52,35 × 43,35 ÷ 100 = 22,69 %. 700 °C: 44,36 × 49,11 ÷ 100 = 21,79 %.
Criterio●●●
El carbono fijo de la cascarilla cruda es 16,11 % (bs), pero su biocarbón retiene ≈22 % del alimento como carbono fijo. ¿Cómo es posible?
Ver la solución
El carbono fijo del análisis próximo es una definición operativa (lo que no se volatiliza a 900 °C en 7 min en un crisol), no una sustancia conservada. Durante la pirólisis lenta, parte de los volátiles se recombinan en reacciones secundarias y forman carbón nuevo (Antal y Grønli, 2003), de modo que el sólido puede retener más carbono fijo del que el ensayo atribuye a la biomasa cruda.
Caso●●○
Un proyecto de biocarbón para créditos de carbono propone operar a 800 °C «para secuestrar más carbono». ¿Qué le recomiendas?
Ver la solución
Que revise la evidencia: por encima de ≈500 °C el carbono fijo retenido casi no cambia y se pierde rendimiento y energía. Conviene elegir la temperatura por las propiedades que pide la metodología de crédito y el uso del biocarbón (estabilidad, H/C, pH, superficie), y medir el carbono estable con los ensayos que exija esa metodología.

Autoevaluación

Al subir la temperatura de pirólisis lenta, el rendimiento de biocarbón…
1. Sube
2. Baja
3. No cambia
4. Se duplica
Ver la respuesta
Respuesta: B. Baja, porque se liberan más volátiles; el carbono fijo del sólido sube.
Según Ronsse et al. (2013), el rendimiento de carbono fijo…
1. Crece mucho con la temperatura
2. Es prácticamente insensible a la temperatura y al tiempo
3. Es cero
4. Depende solo de la humedad
Ver la respuesta
Respuesta: B. Fue prácticamente insensible a la temperatura máxima y al tiempo de residencia en su estudio.
¿Por qué el biocarbón de cascarilla tiene un PCS bajo (≈19 MJ/kg a 800 °C)?
1. Porque tiene mucha humedad
2. Porque casi la mitad es ceniza (sílice)
3. Porque no se carbonizó
4. Porque tiene mucho hidrógeno
Ver la respuesta
Respuesta: B. La ceniza se concentra en el sólido: 47,51 % a 800 °C.

Referencias

Zhang, Y., Ma, Z., Zhang, Q., Wang, J., Ma, Q., Yang, Y., Luo, X., & Zhang, W. (2017). Comparison of the physicochemical characteristics of bio-char pyrolyzed from moso bamboo and rice husk with different pyrolysis temperatures. BioResources, 12(3), 4652–4669. https://doi.org/10.15376/biores.12.3.4652-4669
Ronsse, F., van Hecke, S., Dickinson, D., & Prins, W. (2013). Production and characterization of slow pyrolysis biochar: Influence of feedstock type and pyrolysis conditions. GCB Bioenergy, 5(2), 104–115. https://doi.org/10.1111/gcbb.12018
Antal, M. J., Jr., & Grønli, M. (2003). The art, science, and technology of charcoal production. Industrial & Engineering Chemistry Research, 42(8), 1619–1640. https://doi.org/10.1021/ie0207919
Antal, M. J., Jr., Allen, S. G., Dai, X., Shimizu, B., Tam, M. S., & Grønli, M. (2000). Attainment of the theoretical yield of carbon from biomass. Industrial & Engineering Chemistry Research, 39(11), 4024–4031. https://doi.org/10.1021/ie000511u
Bridgwater, A. V. (2010, 12 de octubre). Biomass pyrolysis [Presentación]. IEA Bioenergy ExCo66, York, Reino Unido. https://www.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/2013/10/ExCo66-P2-Biomass-pyrolysis-Tony-Bridgwater.pdf

Para profundizar

Antal y Grønli (2003), Industrial & Engineering Chemistry Research. — La revisión clásica de la producción de carbón vegetal: rendimiento teórico de carbono fijo, efecto de la presión y de las reacciones secundarias.
Zhang et al. (2017), BioResources. — Serie abierta de propiedades de biocarbón de cascarilla y bambú de 200 a 800 °C; útil para practicar balances.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Pirólisis lenta y biocarbón: rendimiento, temperatura y carbono estable (Versión 2026-10) [Lección del curso «Conversión termoquímica de la biomasa»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/conversion-termoquimica/pirolisis-lenta-y-biocarbon/

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