Vinagre de madera procedente de la pirólisis lenta de residuos de madera de Gmelina arborea: producción, composición química y efectos biológicos en cultivos

Abstract

La pirólisis lenta es una solución innovadora para la gestión de residuos forestales, ya que permite obtener productos energéticos como el biocarbón, gases de síntesis, alquitrán y vinagre de madera. El vinagre de madera (VM) presenta altos rendimientos y ofrece potenciales aplicaciones para la agricultura y el sector forestal. En Costa Rica hay una alta generación de residuos de madera de Gmelina arborea Roxb. ex Sm; sin embargo, existe poca información sobre los rendimientos de los productos de la pirólisis lenta de residuos forestales y sus potenciales usos en el país. Por lo tanto, los objetivos de este trabajo fueron: (i) determinar el proceso y los rendimientos de los diferentes productos (carbón vegetal, VM, bio-aceite, y gases no condensables) de la pirólisis lenta de dos formas de residuos (astillas de madera y madera maciza) de G. arborea en un prototipo de reactor semiindustrial; (ii) determinar las propiedades físicas y la composición química del VM de residuos de G. arborea; (iii) determinar los efectos del VM sobre el crecimiento, la biomasa, la clorofila, los nutrientes y el color de las plantas de lechuga (Lactuca sativa L); y (iv) evaluar la eficacia, en tres dosis diferentes del VM para controlar arvenses en una plantación de árboles de Navidad de Cupressus lusitanica Mill., evaluando el daño visual y la reducción de biomasa. Los resultados no mostraron diferencias significativas en los rendimientos de carbón vegetal (26-28%), VM (28-30%) y gases no condensables (37%), pero el rendimiento de bio-aceite fue superior en el caso de los residuos de madera maciza (7.7%). Los fenoles (32,9%) fueron identificados como la clase química dominante en el VM. El fenol 2,6-dimetoxifenol (siringol, 14,8%) fue el principal componente. Las plantas de lechuga tratadas con VM al 0,25% mostraron un aumento del contenido de clorofila; sin embargo, no se observó ninguna mejora en el crecimiento ni en la producción de biomasa. En cambio, el VM al 0,50 % produjo efectos perjudiciales en el diámetro de la lechuga, el contenido de clorofila, la producción de biomasa y causó daños visuales. Las aplicaciones de VM diluido al 75% mostraron una rápida desecación de gramíneas y arvenses de hoja ancha, proporcionando un 85-88% de lesión visual y una significativa reducción de biomasa aérea (< 40%) tras el tratamiento con 3000 y 5000 L ha-1 . En general los resultados sugieren que: (i) los residuos de madera maciza son recomendables para completar el proceso en un menor tiempo y consumiendo menor energía, pero las astillas producen carbón con mejores propiedades energéticas; (ii) el uso del VM como fertilizante foliar puede ser perjudicial y no aumenta los rendimientos de las plantas de lechuga; (iii) el VM es una potencial alternativa natural para el control de arvenses, pero se necesita mayor investigación sobre la frecuencia y momento de aplicación para mejorar su eficacia.

Slow pyrolysis is an innovative solution for the management of forest residues, as it allows obtaining energy products such as biochar, syngas, tar and wood vinegar. Wood vinegar (WV) presents high yields and offers potential applications for agriculture and forestry. In Costa Rica there is a high generation of wood residues from Gmelina arborea Roxb. ex Sm; however, there is little information on the product yields of slow pyrolysis of forest residues and their potential uses in the country. Therefore, the objectives of this work were to: (i) determine the process and yields of the different products (charcoal, WV, bio-oil, and non-condensable gases) from the slow pyrolysis of two forms of residues (wood chips and solid wood) of G. arborea in a prototype semi-industrial reactor; (ii) determine the physical properties and chemical composition of the WV from G. arborea wood residues; (iii) determine the effects of WV on growth, biomass, chlorophyll, nutrients and color of lettuce (Lactuca sativa L) plants; and (iv) evaluate the efficacy of three different doses of WV to control weeds in a Christmas tree plantation of Cupressus lusitanica Mill. by assessing visual damage and biomass reduction. Results showed no significant differences in charcoal (26-28%), WV (28-30%) and non condensable gas (37%) yields, but bio-oil yield was higher for solid wood residues (7.7%). Phenols (32.9%) were identified as the dominant chemical class in the WV. Phenol 2,6- dimethoxyphenol (syringol, 14.8%) was the major component. Lettuce plants treated with 0.25% WV showed an increase in chlorophyll content; however, no improvement in growth or biomass production was observed. In contrast, 0.50% WV produced detrimental effects on lettuce diameter, chlorophyll content, biomass production and caused visual damage. Applications of 75% diluted WV showed rapid desiccation of grasses and broadleaf weeds, providing 85-88% visual injury and significant aerial biomass reduction (< 40%) after treatment with 3000 and 5000 L ha-1 . Overall the results suggest that: (i) solid wood residues are recommended to complete the process in less time and consuming less energy, but wood chips produce charcoal with better energy properties; (ii) the use of WV as a foliar fertilizer can be detrimental and does not increase lettuce plant yields; (iii) WV is a potential natural alternative for weed control, but more research is needed on the frequency and timing of application to improve its efficacy.