Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Introducido en Brasil a través del estado de Bahía a comienzos del siglo XX, el agave es originario de México y se utiliza para elaborar productos como la fibra de sisal (Agave sisalana) y el tequila (Agave tequilana), además de néctares y edulcorantes. Este país sudamericano es el mayor productor mundial de A. sisalana, con 93 mil toneladas de fibra en 2024, según el Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE). Actualmente, el agave también se estudia como fuente de biocombustibles, pero uno de los desafíos de su cultivo con este fin es el período inicial de crecimiento de la planta.

“El agave es una planta que crece lentamente y después se dispara; el tiempo que tarda hasta alcanzar ese crecimiento acelerado es de dos años y medio a tres años”, afirma Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, líder del Laboratorio de Genómica y Bioenergía (LGE) del Instituto de Biología de la Universidad Estatal de Campinas (IB-Unicamp) y coordinador del trabajo.

En un intento por acelerar este crecimiento, el equipo del LGE ha estudiado el biocarbón, entre otras sustancias. También conocido como biochar, este material rico en carbono se obtiene mediante la degradación térmica de materia orgánica a través de un proceso conocido como pirólisis, una combustión que ocurre con el oxígeno presente en la molécula del combustible. “Demostramos que, con los mejores tratamientos a base de biocarbón, logramos generar un 60 % más de biomasa”, afirma Pereira.

Pedro Henrique Narciso Ferreira, también del LGE y primer autor del trabajo, explica que las características del biocarbón dependen en gran medida de la biomasa, es decir, del tipo de materia que le da origen. “Probamos tres tipos diferentes de biomasa para producir el biochar: caña de azúcar, café y agave. Queríamos comprobar si tenían efectos similares en el suelo, en los microorganismos y en el crecimiento de la planta, e investigar las características del biocarbón obtenido de cada una.”

El objetivo era encontrar un equilibrio entre mejorar la calidad del suelo, favoreciendo el crecimiento de la planta, y aumentar la cantidad de carbono secuestrado, ya que el biocarbón constituye una vía prometedora para este fin reconocida mundialmente. “Dependiendo de la temperatura de pirólisis, es posible favorecer un tipo específico de biochar”, resume Ferreira. “Queríamos algo que mejorara la calidad del suelo, que fuera beneficioso para la planta y que permitiera alcanzar buenas tasas de secuestro de carbono”.

Juliet Emilia Santos de Sousa, integrante del LGE y del Grupo de Estudios e Investigación en Geoquímica de Suelos de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP), explica que, si la temperatura durante la pirólisis es demasiado elevada, el material resultante puede llegar a ser tan recalcitrante que no se libere en el suelo. “Otro aspecto importante es que los suelos son muy diferentes. Si pensamos únicamente en el color, que es un atributo que llama la atención, en el semiárido encontramos suelos blancos, negros y rojos. Basta observarlos para darse cuenta de que cada uno posee propiedades diferentes y, por lo tanto, interactuará con el biochar y con la planta de una manera distinta.”

Según los autores del trabajo, publicado en la revista Biomass and Bioenergy, no todos los suelos se benefician del uso de biochar, y los estudios indican que este tiene un mayor impacto positivo en los suelos tropicales que en los templados. Cuando se utiliza biochar en un suelo rico en carbono, no se observa un efecto aparente. En general, los suelos arenosos admiten una mayor cantidad de biochar, mientras que los suelos que ya contienen una buena cantidad de materia orgánica admiten menos.

La FAPESP apoyó el proyecto mediante una beca de Doctorado Directo concedida a Ferreira. Los estudios del equipo, que forman parte del Programa Brazilian Agave Development (Brave), cuentan con el apoyo de Shell Brasil mediante la cláusula de investigación y desarrollo de los contratos de producción de petróleo fiscalizados por la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP).

Caña de azúcar, café y agave

En el primer experimento, el equipo utilizó biochar derivado del bagazo de caña de azúcar, producido mediante pirólisis rápida en un reactor de lecho fluidizado. En este tipo de reactor, las partículas sólidas se mantienen suspendidas y son agitadas por un flujo ascendente de gas o líquido, haciendo que el conjunto se comporte como un fluido, lo que optimiza la transferencia de calor. El biochar se incorporó al suelo en macetas en proporciones del 0 % (grupo de control), 5 %, 10 % y 20 % del volumen total de la maceta. Las plantas fueron monitoreadas durante 26 semanas. Transcurrido ese período, el equipo evaluó la biomasa y los parámetros biométricos de la planta, además de caracterizar física, química y biológicamente las muestras de suelo de las macetas.

En el segundo experimento, se utilizó biochar producido a partir de la cáscara de Coffea arabica. El diseño experimental siguió la misma estructura del ensayo con biochar de bagazo de caña de azúcar y el estudio se llevó a cabo durante un período de nueve semanas.

El tercer experimento evaluó el efecto del biochar derivado de la biomasa de agave, producido y caracterizado por el Laboratorio de Biotecnología Aplicada a la Bioenergía y al Medio Ambiente (Bioma) de la Facultad de Ingeniería Agrícola (Feagri) de la Unicamp. En este caso, se utilizaron plantas de A. sisalana propagadas in vitro. El experimento siguió el mismo diseño de los dos anteriores y los datos presentados corresponden a las primeras ocho semanas de desarrollo de las plantas.

“La pirólisis genera biochar, aceite y gas. Por lo general, este aceite es líquido. Pero, en el caso del agave, el proceso de pirólisis genera una grasa que obstruye las tuberías del reactor. El gran desafío es desarrollar un reactor que evite esta obstrucción para que no sea necesario detener el proceso”, revela Jean Constantino Gomes da Silva, coautor del artículo.

El investigador desarrolló un reactor específico para este fin y, de este modo, el grupo logró producir biochar de agave utilizando tanto las hojas como el bulbo de la planta. “Ya estamos pensando en una posible refinería que funcione con los residuos del procesamiento del agave.”

Resultados

Para evaluar el crecimiento de la planta, el grupo midió el área foliar. “Tenemos una cámara con la que fotografiamos la planta desde arriba y podemos hacer un seguimiento de su crecimiento mediante el análisis del área foliar. Con un software, contabilizamos los píxeles de la imagen y los convertimos en centímetros cuadrados. De esta manera, podemos hacer un seguimiento del desarrollo de la planta semanal o quincenalmente, sin destruirla”, afirma Ferreira. Según el investigador, la dosis de biocarbón utilizada tuvo un mayor impacto en el área foliar que el tipo de biomasa empleado como materia prima.

“El biocarbón al 10 % aumentó el área foliar y la biomasa de Agave sisalana. Las concentraciones intermedias, independientemente del origen del biocarbón, resultaron mejores para la microbiota y el crecimiento vegetal, pero con concentraciones mayores, como el 20 %, observamos un crecimiento igual al del grupo de control o incluso una reducción del crecimiento de la planta”, explica el primer autor.

Según el grupo, las dosis moderadas (del 5 % al 10 %) aumentaron la actividad microbiana y la función de las enzimas que ponen los nutrientes a disposición del agave. “El uso de biocarbón estimula todo tipo de microorganismos, pero la interacción de la rizosfera con el biocarbón, es decir, las moléculas que las raíces van secretando, termina estimulando únicamente a los que son beneficiosos para la planta. Esto ocurre de manera natural. Pero el grupo también está estudiando inóculos sintéticos para ‘forzar’ una situación más favorable para los microorganismos que son beneficiosos para el crecimiento de la planta”, resume el coautor Marcelo Falsarella Carazzolle. Además, los investigadores están seleccionando los microorganismos que resultan de mayor interés.

“Creemos que el biocarbón provoca una alteración del perfil enzimático asociado a los microorganismos beneficiosos para el agave, porque las plantas inducen el crecimiento de los microorganismos adecuados mediante los exudados, que son sustancias secretadas por las raíces”, añade Pereira.

Según Gabrielle Henriquetto Cassiano, también integrante del equipo, la actividad enzimática depende en gran medida de los nutrientes del suelo. “La mineralización de los nutrientes, que estará mediada por la actividad de las enzimas, puede ser mayor o menor dependiendo de la disponibilidad de estos nutrientes tanto para la planta como para la microbiota, las dos fuentes que absorberán estos elementos.”

Biocombustibles y créditos de carbono

Según Pereira, la idea es utilizar el agave cultivado con biocarbón para generar diferentes productos. “Con plantas destinadas a la producción de etanol, produciremos etanol. También produciremos biogás y CO₂ puro, que es muy valioso. A modo de comparación: el etanol cuesta 600 dólares por tonelada. El CO₂ cuesta entre 500 y 1.200 dólares por tonelada y actualmente nosotros lo liberamos a la atmósfera.”

Para el científico, el biocarbón es realmente el “oro negro”, como lo ha denominado la prensa internacional. “El biocarbón enterrado en el suelo genera el crédito de carbono más valioso que existe. Se han llegado a obtener 200 o 250 dólares por tonelada. Una empresa asociada a nuestro grupo, en un contrato con Francia, afirma que vende la tonelada por hasta 500 dólares.”

La producción y el uso de biochar se están convirtiendo en una política pública en Brasil. El Ministerio de Desarrollo, Industria, Comercio y Servicios (MDIC), junto con la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT), creó la Comisión de Estudio Especial 328 para establecer la estructuración técnica del biocarbono pirogénico en Brasil, con énfasis en el biocarbón.

El artículo Influence of biochar on Agave development and on soil characteristics from a Brazilian semi-arid region puede leerse en: https://sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0961953425009080.