¿Podemos sacar provecho del humo o es un contaminante más?

Manuel Romero Villa »

El humo que se genera durante la combustión de la madera contiene más de 1200 sustancias distintas, muchas de ellas con un importante potencial. ¿Podríamos transformar este subproducto en una herramienta sostenible con aplicaciones en campos como la medicina, alimentación o incluso la energía?

La tecnología actual y sobre todo la química como ciencia no solo lo permite, sino que lo hace posible.

Habitualmente, solemos percibir el humo como un gas contaminante generado durante la combustión de elementos vegetales o por combustibles fósiles.

Al observar una nube de humo procedente de una chimenea industrial, de una barbacoa en nuestro jardín o procedente de un incendio forestal, lo identificamos como un gas irrespirable, irritante y tóxico en muchos casos. Por ello, solemos considerarlo simplemente como un peligroso contaminante para nuestro entorno.

Ahora bien, si lo estudiamos desde un punto de vista científico, veremos más allá de una simple nube de gas descubriendo sus amplias y sorprendentes aplicaciones en sectores industriales que nunca relacionaríamos con este subproducto que puede llegar a ser nocivo para la salud si no se procesa.

El presente artículo pretende poner sobre la mesa las múltiples propiedades de un producto del cual habitualmente poco o ningún provecho se le atribuye, pero que procesado de la forma adecuada aprovechando todas las posibilidades que nos brinda la ciencia, podemos obtener un subproducto útil y sostenible.

¿Qué es el humo?

El humo es una compleja mezcla heterogénea de distintos compuestos químicos encontrándose en distintas fases.

Su composición varía según los materiales quemados y de las condiciones de combustión pero en la mayoría de casos suele incluir los siguientes compuestos:

Gases:

• Dióxido de carbono (CO₂): Principal producto de la combustión completa.
• Monóxido de carbono (CO): Producto de la combustión incompleta, es tóxico.
• Vapor de agua (H₂O): El agua liberada de los materiales al quemarse.
• Óxidos de nitrógeno (NO_x): Gases que contribuyen a la contaminación del aire y a la lluvia ácida.
• Óxidos de azufre (SOx): Gases generados por la quema de materiales que contienen azufre, como ciertos combustibles fósiles.
• Metano (CH₄): Gas que a veces se libera en la quema de biomasa.
• Dióxido de azufre (SO₂): Puede generarse en la quema de carbón o petróleo.

Partículas sólidas:

• Hollín o carbón negro: Compuesto por partículas carbonosas muy pequeñas que resultan de la quema incompleta de combustibles.
• Cenizas minerales: Son residuos sólidos que no se queman completamente, como restos de metales o sales.
• Material particulado fino (PM2.5 y PM10): Pequeñas partículas de materia que pueden penetrar profundamente en los pulmones y causar problemas respiratorios.

Compuestos orgánicos volátiles (COV):

• Hidrocarburos no quemados: Restos de combustibles o materia orgánica que no se quemaron completamente.
• Aldehídos (como el formaldehído): Son compuestos que contribuyen a la irritación de las vías respiratorias.
• Benceno y otros aromáticos: Compuestos químicos que pueden ser cancerígenos y que se generan en la quema de combustibles fósiles y biomasa.
• Policíclicos aromáticos: Un grupo de sustancias químicas que pueden ser tóxicas y carcinógenas.

Otros compuestos:

• Metales pesados: El humo a veces contiene trazas de metales como plomo, mercurio o cadmio, dependiendo del material quemado.
• Radicales libres: Moléculas muy reactivas que pueden causar daño a los tejidos humanos y que están presentes en el humo.
• Dioxinas y furanos: Compuestos muy tóxicos que pueden formarse al quemar ciertos materiales, especialmente plásticos o compuestos que contienen cloro.

Por grupos funcionales podemos encontrar

• Compuestos que contienen grupos carbonilo (C=O). Pueden clasificarse en aldehídos y cetonas. Los más comunes procedentes de la combustión de la madera el formaldehído (CH₂O) y el acetaldehído (C₂H₄O)
• Fenoles, que son compuestos orgánicos que contienen un grupo hidroxilo (–OH) unido a un benceno. 
• Ácidos naturales. Los ácidos presentes en el humo pueden ser tanto ácidos inorgánicos como orgánicos, y contribuyen a la acidez del humo. Ejemplos comunes son el ácido acético (C₂H₄O₂) y el ácido fórmico (CH₂O₂)

En una primera inspección a estos compuestos, ya vemos que hay sustancias muy conocidas como por ejemplo el ácido acético y el fenol que se usan ampliamente en la industria, aunque también hay compuestos muy perjudiciales para la salud, como los policíclicos aromáticos o el formaldehído.

Aprovechamiento del humo

Sorprendentemente, existen muchas aplicaciones en las que se pueden emplear tanto los compuestos procedentes o procesados del humo, como alguna de sus propiedades físicas.

Estos son algunos ejemplos:

1. Captura de calor residual: El calor que contiene el humo de procesos industriales puede recuperarse y utilizarse para generar energía en forma de electricidad o calor, lo que aumenta la eficiencia energética de las plantas industriales.

2. Producción de biocarbón: Parte de los sólidos presentes en el humo pueden transformarse en biocarbón (carbón vegetal), un material que mejora la fertilidad del suelo y actúa como sumidero de carbono, contribuyendo a mitigar el cambio climático.

3. Recuperación de compuestos químicos:
   • Ácidos: El humo contiene ácidos como el ácido acético, que puede utilizarse en la industria química y farmacéutica.
   • Carbonilos y Fenoles: Estos compuestos son valiosos en la industria de los plásticos y resinas, ya que se emplean en la producción de materiales como la baquelita.
   • Alquitrán y creosota: Estos subproductos del humo se utilizan como conservantes de madera, impermeabilizantes y en la fabricación de productos químicos.

4. Captura de CO₂

El humo también puede ser una fuente para la captura de dióxido de carbono, una técnica que ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y que cada día está cobrando más importancia.

Dos casos de éxito

La mejor forma de hacer que el humo sea sostenible obviamente es no producirlo, pero hay situaciones y procesos en los que no podemos ni evitarlo ni procesarlo, como por ejemplo el que se produce en un incendio forestal.

No obstante, hay otros casos en los que sí puede ser reutilizado sin que acabe siendo un contaminante.

Considerando la variedad de sustancias presentes en el humo, como se mencionó anteriormente, existen numerosos ejemplos que podrían analizarse en detalle. Pondremos dos de ejemplos que, si bien no abarcan en toda su amplitud el aprovechamiento del humo como subproducto, si nos dejan una clara idea de cómo reprocesándolo adecuadamente podemos obtener un aprovechamiento sostenible y además rentable para la industria.

El humo como subproducto de la producción de carbón vegetal

En un pequeño pueblo de Alemania llamado Bodenfelde, existe una fábrica de carbón vegetal, partiendo de tala sostenible de haya, que produce más de 60 000 TM de carbón al año. Este fabricante no solo ha sabido producir este producto de forma sostenible, sino que ha sabido reutilizar prácticamente todo el humo que se produce emitiendo a la atmósfera únicamente vapor de agua.

Por un lado, el 99,9 % de las sustancias producidas durante la carbonización se reutilizan y, por otro lado, con el reaprovechamiento térmico, este fabricante contribuye al suministro de electricidad renovable de Alemania. Como resultado y caso de éxito, lograron ser la primera industria biorrefinería CO₂-negativa de Alemania.

1. De la madera procedente de tala sostenible o de empresas locales de fabricación de muebles, se fabrica carbón vegetal, para lo cual se realiza un proceso de destilación que consiste en la descomposición térmica de la madera en ausencia de oxígeno, lo que permite la carbonización y por tanto la producción de carbón empleado en diferentes formas en la industria tales como, filtros de carbón activo o carbón prensado para barbacoa sin emisión de humos.

2. Durante la destilación, se producen una serie de subproductos que se extraen de la condensación del humo, un líquido oscuro y denso que no es otra cosa que las sustancias del humo condensadas y concentradas en base acuosa.

3. Al mismo tiempo se extraen principalmente el metanol o alcohol metílico, ampliamente empleado en la industria, y el ácido piroleñoso, más conocido como vinagre de madera. El vinagre de madera es una materia prima básica para la fabricación de acetato de etilo y acetato de metilo, con un gran número de utilidades en la industria.

4. El principal compuesto del ácido piroleñoso por otro lado, es el ácido acético, que una vez aislado y purificado es suministrado a la industria farmacéutica donde tiene multitud de aplicaciones como por ejemplo conservante, reactivo para la síntesis de medicamentos, ajustador de pH y como solvente.

5. Una fracción de esta descomposición es el aceite de alquitrán, otro subproducto derivado de la condensación y concentración del humo. Este subproducto se procesa de tal forma que se convierte en un producto primario para la producción de aromas alimenticios.

6. El subproducto restante, en su mayoría alquitrán, se suministra para la industria química con diferentes aplicaciones.

Esta industria alemana es un claro ejemplo de reutilización del humo de forma rentable y sostenible en lugar de emitirlo a la atmósfera con los peligros para la salud pública y medio ambiente que ello conlleva.

El humo como producto primario empleado en la industria alimentaria

Los hombres de las cavernas tenían que encender fuego para calentarse, iluminarse o protegerse de las alimañas. Descubrieron entonces que los trozos de carne procedente de la caza que tenían colgados en sus cuevas tenían una duración mucho mayor que los que no estaban expuestos al humo de sus hogueras. Fue entonces cuando el ser humano descubrió la propiedad de conservación que tiene el humo.

Al mismo tiempo la carne adquiría un sabor ahumado característico y que en nuestros días se busca en productos ahumados de calidad. Fue, pues, la segunda aplicación que se le podía dar en alimentación.

Los compuestos carbonílicos que se fijan en la superficie de la carne durante su exposición al humo, además le otorgan un color característico dorado y atractivo que distinguía esa carne de la de color rosado y sanguinolento poco atractivo para el ser humano que la carne cortada de los animales tiene.

Fue así cuando nació la utilización del humo en lo que a la postre sería la industria cárnica.

Conservación, sabor y color. Son las propiedades que humo aporta a los productos alimenticios.

En la industria alimentaria moderna existen un sinfín de ejemplos en los que los productos de una forma u otra están ahumados, productos que vemos en los supermercados y comemos cada día: salchichas, beicon, productos tradicionales, especias, patatas fritas, etc..

Técnicas de ahumado

Desde que la industria alimenticia se extendió por todo el planeta, se han aplicado distintas técnicas de ahumado a estos productos. Todas ellas pasan por la quema de leña y emisión a la atmósfera de los gases contaminantes del humo que además favorecen el efecto invernadero como por ejemplo CO₂.

Una técnica ancestral y que aún hoy se emplea es la quema de madera en salas con embutidos colgados y con libre emisión a la atmósfera. También existen hornos industriales con ahumadores sofisticados que van desde la generación de humo por fricción en tacos de madera como la de quema sin llama de virutas para generar humo.

El resultado es que aún hoy miles de toneladas de CO₂ y otros contaminantes se emiten a la atmósfera por procesos de ahumado alimenticios.

Existe una industria que lleva aplicando una solución sostenible, saludable y rentable a este problema. Esta solución, que si bien es cierto está ya muy extendida tanto en América como en Europa y parte de Asia, aún no cubre ni el 10 % de la cantidad total del ahumado de los productos alimenticios a nivel global. Veámosla. 

Humo condensado para la industria alimenticia

De la industria maderera se obtiene una gran cantidad de viruta y aserrín como subproducto. Este subproducto sin tratar se suministra a la industria de producción de humos condensados.

1. El aserrín se seca hasta conseguir una homogeneidad en la humedad.
2. Mediante un generador de humo, se produce una pirolización para generar una nube de humo.
3. El humo es dirigido a un condensador donde es rociado con agua potable para capturar sus componentes.4
4. En unos depósitos este humo condensado se deja reposar para que las partículas sólidas insolubles queden sedimentadas en forma de precipitado.
5. Los componentes solubles son transferidos a unos tanques de almacenamiento donde se envejece para asegurar la extracción de la mayor parte de las sustancias peligrosas.
6. Posteriormente y mediante una serie de filtrados, se obtiene un producto primario con los compuestos que dan la funcionalidad del humo.
7. Este producto en base acuosa se conoce en el sector alimenticio como humo líquido, producto ampliamente utilizado en la industria de la alimentación.

El humo en fase líquida, mediante un sistema de atomización, puede regenerarse y ser empleado en ahumadores industriales.

Esta atomización se produce directamente sobre el producto de tal forma que no hay emisiones a la atmósfera de contaminantes o agentes responsables del efecto invernadero.

En esta gráfica comparativa, se evalúa el impacto medioambiental del humo líquido en comparación con sistemas industriales convencionales de ahumado.

Conclusión

El humo, que se ha considerado históricamente un subproducto nocivo y contaminante, tiene un gran potencial como recurso sostenible y útil en numerosos sectores industriales. Desde la generación de energía a través de la recuperación de calor hasta su aplicación en la industria alimentaria o química. Este compuesto bien aprovechado, puede ser una fuente de sustancias muy útiles y sostenibles.

Los casos de éxito analizados, como la reutilización integral en la industria de carbón vegetal en Alemania o la producción de humo condensado para alimentos, evidencian que es posible minimizar el impacto medioambiental y al mismo tiempo obtener beneficios económicos.

Estas iniciativas nos enseñan que, con tecnología adecuada y procesos bien diseñados, podemos transformar lo que antes era un residuo dañino en una fuente de oportunidades para combatir el cambio climático y avanzar hacia una economía circular.

Por lo tanto, el humo no es simplemente un contaminante más, sino un recordatorio de que incluso los desechos más problemáticos pueden convertirse en soluciones innovadoras cuando se abordan desde un enfoque científico y sostenible. La química como ciencia, nos enseña a aplicar estas tecnologías para aprovechar al máximo los recursos que tenemos, reduciendo nuestra huella de carbono y construyendo un futuro más limpio, sano y eficiente.

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Bibliografía

• https://profagus.de
• https://clean-smoke-coalition.eu
• https://Sciencedirect.com
• Wikipedia