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Tesis - Doctorado
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Biocarbón (Biochar) de residuos forestales y agrícolas como alternativa para capturar carbono / Guadalupe Pérez González
Pérez González, Guadalupe ; Hidalgo Moreno, Claudia María Isabel (consejera) ; Etchevers Barra, Jorge Dionisio (asesor) ; Valtierra Pacheco, Estebán (asesor) ; De Jong, Bernardus Hendricus Jozeph (asesor) ; Salgado García, Sergio (asesor) ;
Montecillo, Estado de México, México : Colegio de Postgraduados. Institución de Enseñanza e Investigación en Ciencias Agrícolas. Campus Montecillo, Edafología , 2015
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Resumen en español

Algunos residuos de las actividades agropecuarias, forestales y agroindustriales tienen el potencial de convertirse en fuentes de energía renovable, aprovechando su contenido de carbono. Esto se lleva a cabo mediante un proceso que transforma la biomasa mediante pirólisis, que es una conversión termoquímica en atmósferas reducidas en oxígeno. Como subproducto de esta transformación se genera biocarbón (biochar) y al proceso mediante el cual se produce éste se le ha denominado Sistema Biocarbón-Pirólisis (PBS). En economías de orientación agrícola y forestal, con bajo desarrollo tecnológico como la mexicana, el uso apropiado de la biomasa de los residuos (rastrojos de maíz y trigo, bagazo de caña, paja de caña, cascarilla de café, cascarillas de arroz) ofrece alternativas para reducir los costos de operación por concepto de insumos energéticos. Además, es una solución para los problemas higiénico-ambientales que pueden presentar los desechos orgánicos. En la presente investigación se trabajó con dos residuos, el primero ligado a la actividad cañera (bagazo de caña de azúcar) y el segundo asociado a la actividad forestal (aserrín). Estos residuos se seleccionaron por la importancia que representa la agregación de valor a los mismos, porque pueden ser destinados a otras actividades para iniciar fuentes de trabajo. El biocarbón es un material sólido, poroso, carbonoso y ha generado mucho interés debido a sus diversos usos para la agricultura. Hoy en día el biocarbón combinado con suelo se ha propuesto para sustituir algunos materiales usados como sustratos en viveros. Estos materiales tienen una vida corta y son costosos. Es por eso que los sustratos elaborados a partir de los residuos agrícolas como el aserrín de pino y bagazo de caña azúcar pirolizados en forma de biocarbón son una alternativa.

El objetivo general de este trabajo fue elaborar biocarbones a partir bagazo de caña de azúcar y de aserrín de pino. Se evaluó el efecto de características físicas de los residuos usados para elaborar los biocarbones, como tipo de material y tamaño de partícula, sobre las propiedades físico-químicas de los biocarbones elaborados. También se evaluó el desempeño del biocarbón de caña de azúcar como sustrato de Pinus greggii Engelm. ex Parl en vivero. Lo anterior con objeto de definir la posibilidad de reemplazar el sustrato forestal comúnmente usado en viveros nacionales, el cual está constituido por Peat moss, agrolita, vermiculita y corteza de pino al 50%. Para ello se condujeron experimentos en vivero usando Pinus greggii Engelm. ex Parl y se evaluaron las variables de crecimiento del Pinus greggii Engelm. ex Parl en los sustratos elaborados al combinar los biocarbones generados con suelo y el sustrato forestal. Se diseñaron tratamientos combinando biocarbón de bagazo de caña de azúcar y aserrín de pino ambos pirolizados a 600 °C. En el caso del aserrín de pino se usaron dos tamaños de partícula grueso (> 4mm) y fino (< 4 mm). Los resultados obtenidos indican que el tipo de material usado y el tamaño de partícula del mismo determinan las características físico-químicas de los biocarbones producidos. También se concluye que es posible usar biocarbones elaborados a partir de residuos de bagazo de caña de azúcar y aserrín de pino pirolizados a 600 °C combinados con suelo como sustratos de Pinus greggii Engelm. ex Parl en vivero. Finalmente el biocarbón de bagazo de caña de azúcar combinado con el sustrato forestal usado en México en una relación (1:9), puede sustituir al sustrato forestal constituido por Peat moss, agrolita, vermiculita y corteza de pino al 50% que es el más ampliamente usado en México. Lo anterior representaría un ahorro para los productores de pino en vivero.

Resumen en inglés

Some residues of agricultural, forestry and agro-industrial activities have the potential to become sources of renewable energy, taking advantage of its carbon content. This is accomplished by a process which transforms biomass by pyrolysis, a thermochemical conversion in reduced oxygen atmospheres. As a byproduct of this transformation biochar it is generated and the process by which this occurs has been called Biochar-Pyrolysis System (PBS). In agriculture and forestry economies facing with low technological development such as Mexico, the appropriate use of biomass waste (corn stover, bagasse, sugarcane straw, coffee husk, wheat and rice husks, sawdust) it offers alternatives to reduce operating costs by concept of energy inputs. Moreover, it is a solution for hygienic environmental problems that may occur in organic waste. In this research we worked with two residues, the first activity linked to sugarcane (sugarcane bagasse) and the second associated with forestry (sawdust). These residues were chosen because of the importance it represents the aggregation of value to them, because they can be assigned to other activities to start jobs. Biochar is a solid, porous, carbonaceous material and has generated much interest because of its various uses for agriculture. Today the soil combined with biochar has been proposed to replace some materials used as substrates in nurseries. These materials have a short life and are expensive. That's why the substrates made from agricultural waste such as sawdust pine and sugar cane bagasse pyrolyzed biochar as an alternative. The overall objective of this work was to develop biocarbones from sugarcane bagasse and pine sawdust. The effect of physical characteristics of the waste used to make the biocarbones such as material type and particle size on the physicochemical properties of processed biocarbones evaluated.

Biochar performance of sugarcane as Pinus greggii ex Parl substrate was also evaluated. nursery. This in order to define the possibility of replacing the substrate commonly used in forest nurseries national, which consists of peat moss, perlite, vermiculite and pine bark 50%. To do experiments were conducted in greenhouse using Pinus greggii. ex Parl and growth variables were evaluated Pinus greggii. ex Parl on substrates produced by combining the generated biocarbones soil and forest soil. Combining biochar bagasse sugarcane and pine sawdust pyrolyzed at 600 °C both treatments were designed. Two coarse particle size (> 4 mm) and fine (<4 mm) were used in the case of pine sawdust. The results indicate that the type of material used and the particle size thereof determine the physicochemical characteristics biocarbones produced. It also concludes that it is possible to use biocarbones made from waste bagasse from sugar cane and pine sawdust pyrolyzed at 600 ° C combined with soil and substrates Pinus greggii ex Parl nursery. Finally biochar bagasse sugar combined with forest substrate used in Mexico in a relationship (1: 9), can replace the forest substrate containing peat moss, perlite, vermiculite and pine bark 50% which is the most widely used in Mexico. This would represent a saving for producers of pine nursery.

Índice

Resumen General
Agradecimientos
Contenido
Lista de Cuadros y Figuras
Capítulo 1
Introducción General
Literatura Citada
Objetivo General
Objetivos Específicos
Hipótesis General
Hipótesis Específicas
Capítulo 2
El Biocarbón (Biochar) Como Alternativa de Aprovechamiento de Residuos Agrícolas y Forestales
Resumen
Introducción
Conclusión
Literatura Citada
Capítulo 3
Biocarbón de Residuos Agro-Industriales Usados Como Sustratos Para Plantulas de Pinus greggii Engelm. ex Parl
Resumen
Introducción
Materiales y Métodos
Resultados y Discusión
Conclusión
Literatura Citada
Capítulo 4
Evaluación de Biocarbón de Caña De Azúcar Como Sustrato Para el Desarrollo de Pinus greggii Engelm. ex Parl. en Vivero Forestal
Resumen
Introducción
Materiales y Métodos
Resultados y Discusión
Conclusión
Literatura Citada
Capítulo 5
Recomendaciones. Anexos
1.Base de datos de SAS
2. Análisis de ANOVA para las variables de crecimiento y concentración de nutrientes en biomasa aérea y radicular
3. Análisis físico-químicos de los biocarbones
4. Prueba de germinación de Pinus greggii Engelm. ex Parl. en los biocarbones
5. Porosidad de biocarbones observada con microscopio electrónico de barrido (MEB)


2.
Libro
Estado actual del conocimiento del ciclo del carbono y sus interacciones en México: síntesis a 2013 / Fernando Paz Pellat, Julio Wong González, Maira Bazan y Vinisa Saynes
Paz Pellat, Fernando (editor) ; Wong González, Julio (editor) ; Bazan, Maira (editora) ; Saynes, Vinisa (editor) ;
Toluca, Estado de México, México : Programa Mexicano del Carbono :: Colegio de Postgraduados :: Universidad Autónoma de Chapingo :: Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey , 2014
Clasificación: 577.144 / E8/2013
Bibliotecas: Campeche , Villahermosa
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Índice | Resumen en: Español |
Resumen en español

El Programa Mexicano del Carbono (PMC) tiene planteado el objetivo, entre otros, de divulgar el conocimiento en relación al Ciclo del Carbono y sus interacciones en las diversas áreas temáticas de su Comité Científico: Ecosistemas Terrestres, Ecosistemas Acuáticos, Atmósfera, Dimensión Social y Bioenergía. Por acuerdo del 2011 del PMC, se planteó una estrategia de aprovechar espacios en reuniones, congresos, simposio, etc., de sociedades científicas afines para instrumentar eventos relacionados con las áreas temáticas del Programa, de tal manera que se iniciara un diálogo y cooperación con estas sociedades y se creara sinergia en el desarrollo del conocimiento del ciclo del carbono y sus interacciones en México. Durante el Cuarto Simposio Internacional del Carbono en México, realizado en conjunto con la Universidad Autónoma Chapingo, el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey y el Colegio de Postgraduados, se registraron y presentaron trabajos de excelencia en investigación nacional e internacional sobre el ciclo del carbono en las diversas áreas temáticas. Dichos trabajos forman la estructura de este libro que reúne una visión multidisciplinaria y multi-institucional de los enfoques en la dinámica del carbono y sus complejas interacciones. Esperamos seguir coincidiendo con estas Instituciones en los próximos eventos para continuar esta tarea recién iniciada.

La orientación de este simposio hacia la síntesis nacional y regional del conocimiento del ciclo del carbono, parte de la estrategia de desarrollar modelos propios en México que se ajusten a la realidad de la información disponible, la cual es escasa e incompleta, para parametrizar modelos simples de la dinámica del carbono. Es así que las contribuciones de todos los participantes reflejan la intención del desarrollo de nuevos paradigmas de síntesis y modelación, que permitirán la consolidación de la estrategia planteada por el PMC. El Programa Mexicano del Carbono agradece a los autores de los resúmenes en extenso incluidos en este libro, su colaboración e interés en divulgar el conocimiento científico en esta importante área. Esperamos en los próximos simposios continuar con la difusión e integración de visiones y paradigmas para el desarrollo del conocimiento en México en relación al carbono.

Índice

Capítulo 1: Ecosistemas Terrestres
1.1 Estimación del carbono contenido en el bosque de Abies religiosa (H.B.K.) Schl. et Cham. en el Parque Nacional “El Chico”, Hidalgo
1.2 Captura de carbono en el sotobosque de plantaciones jóvenes de Eucalyptus grandis y E. urophylla y en pastizales aledaños en el Sureste de México
1.3 Ecuaciones alométricas para estimar biomasa y carbono en plantaciones jóvenes de Eucalyptus grandis y E. urophylla en el sureste de México
1.4 Almacenamiento de carbono en raíces de plantaciones de Eucalyptus grandis y E. urophylla en el sureste de México
1.5 El manejo del suelo afecta la reactividad del hierro y su interacción con el carbono orgánico del suelo
1.6 Simulación del incremento en la deposición de nitrógeno atmosférico y sus efectos en la descomposición de bosques tropicales estacionalmente secos
1.7 Variación espacial de la biomasa viva en las selvas de la Península de Yucatán, México
1.8 Carbono orgánico del suelo y su relación con la condición en pastizales y matorrales de Chihuahua
1.9 Resultados preliminares en la estimación de la biomasa herbácea y arbustiva en matorrales y pastizales de México usando radiómetros multi-espectrales
1.10 Dinámica de la captura de carbono derivada de los impactos antropogénicos en ecosistemas del noreste de México
1.11 Validación del modelo de cámara dinámica para la evaluación de la mineralización de carbono en suelos
1.12 Captura de carbono en ecosistemas de pastizales semiáridos del Altiplano del norte de México
1.13 Inóculos líquidos de microorganismos nativos en la mineralización del C orgánico
1.14 Emisión de CO2 de mantillo y horizontes de fermentación utilizando un respirómetro
1.15 Estimación del carbono orgánico en suelos de zonas áridas y semiáridas
1.16 Almacenes de carbono en la biomasa aérea de cuatro ecosistemas de la cuenca Platanar, Chiapas

1.17 Estimación de captura de carbono en suelos, bajo diferentes sistemas productivos agropecuarios en el municipio de Zacazonapan, estado de México
1.18 Escalando la biomasa forestal del bosque tropical seco
1.19 Generación de dos modelos para determinar el carbono de dos especies de encino
1.20 Estimación de volumen maderable en selva mediana subperennifolia en Campeche, México
1.21 Reservas de carbono orgánico en suelos de la subcuenca del río Mololoa, Nayarit
1.22 Potencial de acumulación de biomasa y carbono aéreo en bosques tropicales del Sur de Quintana Roo, México
1.23 Estimación del contenido de carbono en la zona ecológica y cultural Bosque de Tlalpan, Distrito Federal
1.24 Manejos orgánicos: ¿potencialmente viables para captura de carbono?
1.25 Retos y avances en la medición y monitoreo de carbono orgánico del suelo en México
1.26 Inventario estatal forestal y de suelos de Aguascalientes, 2012
1.27 Mapa de uso de suelo y vegetación de Aguascalientes, escala 1:50 000
1.28 Mapa de carbono orgánico de los suelos de la República Mexicana
1.29 Preparación y análisis físicos de las muestras obtenidas en el Inventario Nacional Forestal y de Suelos 2009-2012
1.30 Carbono almacenado en tres usos de suelo del monte Tláloc
1.31 Inventarios, flujos de carbono y efecto de los factores de manejo en bosques templados de la Sierra Norte de Puebla
1.32 Estimación del contenido y captura de carbono en la segunda sección del Bosque de Chapultepec, Distrito Federal
1.33 Comparación del almacenamiento de carbono y la emisión de gases de efecto invernadero en suelos de bosque mesófilo de montaña y en suelos trasformados a cultivos y potreros
1.34 Ecuación de biomasa para Pinus patula en bosques de Zacualtipán, Hidalgo
1.35 Optimization and modeling of photosynthesis in wheat: Genetic variation in light interception and radiation use efficiency

1.36 Estimación de los cambios de carbono orgánico del suelo en sistemas con higuerilla (Ricinus communis L.)
1.37 Estimación de la distribución espacial de la biomasa forestal en la península de Yucatán, usando percepción remota y datos de campo
1.38 Captura de carbono en bosque de coníferas de la Sierra Tarahumara Chihuahua, México
1.39 Carbono almacenado en selva mediana de Quercus oleoides y plantaciones de Eucaliptus urophylla y Gmelina arborea en Huimanguillo, Tabasco
1.40 Dinámica de acumulación de C orgánico en suelos vertisoles cultivados en labranza de conservación
1.41 Estimación del almacenamiento de carbono en suelo y árboles de guayaba aplicando ecuaciones alométricas en Calvillo, Aguascalientes
1.42 Variabilidad en el ciclado de C por unidades funcionales de procesamiento de nutrimentos en el suelo de dos desiertos mexicanos
1.43 Inventario estatal de emisiones de gases de efecto invernadero en el sector agricultura para el estado de México, años 2005 y 2010
Capítulo 2: Ecosistemas Acuáticos
2.1 Contenidos de carbono en distintos compartimentos de ambientes ribereños en ecosistemas forestales de montaña
2.2 Reserva de carbono en la biomasa aérea de manglar
2.3 Balance metabólico de un embalse eutrófico con variaciones de nivel: implicaciones sobre el flujo de carbono en cuerpos acuáticos tropicales
2.4 Dinámica del carbono en sedimentos y biomasa expresada como carbono de los MIB de la zona litoral de Alchichica, Puebla
2.5 Variación a largo plazo de la concentración y distribución vertical del carbono orgánico particulado en el Lago Alchichica, Puebla
2.6 Producción primaria en un lago oligotrófico tropical
2.7 Variación del flujo de carbono orgánico particulado en un lago oligotrófico con dominancia de fitoplancton de talla grande
2.8 Dinámica de la biomasa de invertebrados bentónicos en la zona profunda de un lago oligotrófico tropical

2.9 Variación horizontal de los flujos de carbono particulado en un lago tropical
2.10 Ciclo anual de la producción primaria del fitoplancton en la zona costera, SW de la Península de Baja California, México
2.11 Variabilidad espacio temporal de la asimilación de carbono en la capa de mezcla frente a Baja California durante el año 2000
2.12 Distribución de la productividad primaria fitoplanctónica frente a Baja California durante el evento La Niña 2008
2.13 Asimilación de carbono en el Sistema Lagunar Navachiste, Guasave, Sinaloa
2.14 Influencia de las surgencias costeras sobre la fracción de tamaño del fitoplancton en el área marino costera del Sistema Lagunar Navachiste, Sinaloa
2.15 Variación interanual de la pCO2 en una zona de surgencia costera en el sur de la Corriente de California
2.16 Intercambio de carbono orgánico particulado entre la laguna Yavaros y el golfo de California
2.17 Estimación de pCO2 a partir de datos in situ y de satélite en la costa noroccidental de Baja California
2.18 Dinámica del carbono y azufre en sistemas ribereños del río Amecameca
2.19 Subsaturación de carbonato en la zona de mínimo de oxígeno (ZMO) de las costas del Pacífico Tropical frente a México
2.20 Variabilidad temporal del sistema del CO2 frente a las costas de Baja California
2.21 Presencia de aguas subsaturadas con respecto a aragonita en las costas de Baja California, México
2.22 Reducida producción de CaCO3 por Porites panamensis en tres comunidades arrecifales del Pacífico mexicano
2.23 Contribución de pastos marinos y eventos de surgencia a la variabilidad estacional del sistema de carbono en zonas costeras
2.24 Variación temporal de pH y CID en las bahías de Manzanillo, Colima
2.25 Principales procesos de control del CO2 en la Bahía de Todos Santos, B.C., durante el evento de La Niña

2.26 pCO2 en la superficie del mar y atmosférica en las Bahías de Manzanillo, México
Capítulo 3: Dimensión Social
3.1 Enlazando fitorremediación de sitios contaminados y secuestro de carbono como servicio ambiental
3.2 Atlas de Suelos de Latinoamérica y el Caribe: una herramienta innovadora para el desarrollo de políticas y sensibilización
3.3 Estrategia metodológica para implementar esquemas de compensación por mejores prácticas productivas en tierras de pastoreo del estado de Nuevo León
3.4 Valoración ambiental una perspectiva socio-cultural de un ecosistema acuático como alternativa al desarrollo sustentable: caso Lago de Cuitzeo, Michoacán
3.5 Programas municipales de cambio climático, desafíos, retos y oportunidades
3.6 Hacia una evaluación integral de los servicios ambientales y compensaciones: estudios de caso en comunidades de la Meseta Purépecha, Michoacán
3.7 Mujeres rurales, maíces nativos y captura de carbono en la construcción de sistemas complejos hacia la conciencia social
3.8 La política pública y el mercado del carbono en el Programa Nacional de Cambio Climático 2013- 2018
3.9 Estrategia de mitigación-adaptación al cambio climático del sector cafetalero en la Sierra Madre de Chiapas
3.10 Modelo de diagnóstico socio ambiental para el sector silvicultura y cambio de uso de suelo en sistemas naturales y productivos del Estado de México
3.11 Análisis de optimización con múltiples criterios para la valoración de la captura de carbono en la Sierra Juárez de Oaxaca, México
3.12 Diseño de mecanismos de mercado para la mitigación del cambio climático: opciones de política pública en México
3.13 Sistemas de producción pecuaria y gases de efecto invernadero en el estado de México
3.14 Retos y oportunidades para la elaboración de inventarios de emisiones de gases de efecto invernadero sector agricultura, forestal y usos del suelo-AFOLU

3.15 La gestión de la producción forestal: Una herramienta activa de mitigación del cambio climático
3.16 Escenarios potenciales de las anomalías en los cambios estacionales de temperatura y precipitación en bosques para los años 2030 y 2050 en México
Capítulo 4: Atmósfera
4.1 Emisiones de carbono de quemas controladas en relación a cargas de combustibles en ecosistemas forestales
4.2 Incendios forestales, carbono negro y carbono orgánico en México: 2000 – 2012
4.3 Variabilidad interanual de la evapotranspiración en dos ecosistemas semiáridos en el noroeste de México
4.4 Análisis multisitio de errores aleatorios en flujos de CO2 de suelo en diferentes condiciones de humedad
Capítulo 5: Bioenergía
5.1 Estabilización de metales en suelos contaminados con biochar y microorganismos para rehabilitación
5.2 Dinámica de la materia orgánica del suelo bajo cultivo de cebada (Hordeum vulgare): efecto de la aplicación de composta y biochar
5.3 Evaluación de la tolerancia a sequía de cultivos en suelos mejorados con biochar
5.4 Variaciones en el contenido de carbono en combustibles de diferentes ecosistemas forestales
5.5 Emisiones de gases efecto invernadero para el año 2010. Sector: Procesos industriales, en el estado de México
5.6 Emisiones de gases de efecto invernadero del sector desechos en el estado de México para el año 2010
5.7 Avances en la estimación de emisiones de GEI en el sector energía para el estado de México
5.8 Proyección del carbón vegetal como fuente de energía renovable y con indicadores de ciclo de vida potencialmente favorables y positivos
5.9 Estimación de biogás como base para la implementación de un relleno sanitario intermunicipal: Jiquilpan, Sahuayo y Venustiano Carranza

5.10 México ante la problemática energética: carbón mineral versus uranio
Capítulo 6: Conferencias Magistrales
6.1 Desarrollo de capacidades para la implementación de la Ley General de Cambio Climático
6.2 Mitigación de carbono en bioenergía, agricultura y el sector forestal: perspectivas del quinto reporte global del IPCC
6.3 Plan científico del Programa de Carbono para Norteamérica (CarboNA)
6.4 Iniciativa para crear la Agencia Mexicana de Mares y Costas
6.5 El carbono en los ecosistemas terrestres de México
6.6 Hacia una síntesis de flujos de agua y carbono en ecosistemas terrestres de México