1. Diseño general del estudio
Se realizó una caracterización integral de la madera y del carbón vegetal producido a partir de especies leñosas con presencia y/o uso potencial en la provincia de Guantánamo (Cuba). El enfoque metodológico combinó: (i) muestreo de biomasa leñosa y carbón vegetal; (ii) preparación y acondicionamiento de muestras; (iii) determinaciones físico-químicas de la madera (propiedades energéticas y composición); (iv) evaluación del carbón vegetal mediante análisis próximo y elemental; y (v) tratamiento estadístico de los resultados para comparación entre especies y con valores de referencia de la literatura.
2. Material vegetal y especies evaluadas
Se consideraron especies invasoras y de uso local prioritario para bioenergía (p.ej., marabú Dichrostachys cinerea var. africana, aroma Mimosa asperata, leucaena Leucaena leucocephala, neem Azadirachta indica), así como especies nativas o naturalizadas de interés complementario (p.ej., algarrobo, majagua, búcare/búcaro, cedro) cuando su biomasa se obtiene como residuo de podas, aclareos o manejo forestal. La inclusión de especies de alto valor maderable se restringió a biomasa residual, evitando su recomendación para fines energéticos.
3. Áreas de muestreo y procedencia territorial
El muestreo se diseñó para representar condiciones de disponibilidad y manejo en la provincia. Se priorizaron zonas del valle de Guantánamo y áreas rurales y costeras donde la biomasa invasora es recurrente, incluyendo territorios asociados a los municipios de Niceto Pérez, San Antonio del Sur, Imías, Maisí y Guantánamo (periurbano y rural). La selección de sitios se realizó atendiendo a: (i) presencia dominante de la especie; (ii) accesibilidad; (iii) evidencias de aprovechamiento local (limpiezas agrícolas, poda, tala selectiva); y (iv) homogeneidad del rodal o mancha vegetal.
4. Muestreo de madera
Para cada especie y sitio, se recolectaron trozas y ramas leñosas representativas del diámetro de aprovechamiento habitual para carbón (p.ej., 2–10 cm para especies arbustivas; >10 cm en árboles podados o aclareados). Por especie se constituyeron muestras compuestas a partir de al menos 5–10 individuos (según disponibilidad), de modo que se capturara la variabilidad intraespecífica. Las muestras se etiquetaron y transportaron en condiciones que evitaran humedad adicional o contaminación con suelo y material mineral.
5. Preparación y acondicionamiento de muestras de madera
En laboratorio, las muestras se limpiaron mecánicamente (eliminación de corteza suelta, tierra y material ajeno), se astillaron y se trituraron. Posteriormente se tamizaron para obtener fracciones adecuadas a cada análisis:
- Poder calorífico: fracción fina (≤1 mm) o pelletizada.
- Análisis elemental: fracción fina homogénea (≤0.5–1 mm).
- Cenizas y volátiles: fracción fina estándar (≤1 mm).
Las muestras se secaron en estufa a 105 ± 2 °C hasta masa constante para expresar resultados en base seca y minimizar el efecto de la humedad.
6. Determinación de propiedades de la madera
6.1 Contenido de humedad
La humedad se determinó por el método gravimétrico: diferencia entre masa húmeda y masa seca tras secado a 105 ± 2 °C hasta peso constante, expresándose como porcentaje respecto a masa húmeda y/o seca según el requerimiento del análisis.
6.2 Poder calorífico
El poder calorífico superior (PCS) de la madera se determinó mediante calorimetría de bomba (p.ej., norma tipo ASTM/ISO aplicable), utilizando muestras secas y homogéneas. Cuando fue necesario, se calculó el poder calorífico inferior (PCI) a partir del PCS considerando el contenido de hidrógeno y humedad residual, siguiendo conversiones estándar.
6.3 Contenido de cenizas
Se realizó incineración de una masa conocida de muestra seca en mufla a temperatura controlada (típicamente 550–600 °C) hasta masa constante. El resultado se expresó como % de cenizas sobre base seca.
6.4 Materia volátil y carbono fijo (madera)
La materia volátil se determinó por calentamiento controlado en atmósfera restringida según procedimientos normalizados (métodos tipo ASTM/ISO para biomasa). El carbono fijo se calculó por diferencia:
%CF = 100 – (%Volátiles + %Cenizas) en base seca.
6.5 Análisis elemental de madera (CHNS-O)
La composición elemental C, H, N y S se determinó mediante analizador elemental (CHNS). El oxígeno se estimó por diferencia:
%O = 100 – (%C + %H + %N + %S + %Cenizas) en base seca.
7. Producción y muestreo del carbón vegetal
7.1 Obtención del carbón
El carbón vegetal se obtuvo mediante carbonización en condiciones representativas del contexto local: hornos artesanales o semiartesanales (tipo tierra/metal, según disponibilidad), controlando en la medida de lo posible variables operativas: tiempo de carbonización, carga de leña, grado de cierre de aireación y etapa de enfriamiento. Para asegurar comparabilidad, se buscó un régimen de pirólisis lenta equivalente a temperaturas finales típicas de 450–600 °C, compatibles con carbón de uso doméstico y de exportación.
7.2 Muestreo y acondicionamiento
De cada lote de carbón por especie se tomaron submuestras de diferentes puntos del horno (superior, medio y base), formando una muestra compuesta para reducir sesgos por heterogeneidad térmica. El carbón se trituró y tamizó (≤1 mm), y se almacenó en recipientes herméticos para evitar rehumectación.
8. Caracterización del carbón vegetal
8.1 Análisis próximo del carbón
Se determinó:
- Humedad: secado a 105 ± 2 °C hasta masa constante.
- Materia volátil: calentamiento en condiciones normalizadas sin aporte de oxígeno durante un tiempo y temperatura estándar (método tipo ASTM/ISO para carbón).
- Cenizas: combustión completa en mufla (≈700–750 °C para carbón) hasta masa constante.
- Carbono fijo: calculado por diferencia:
%CF = 100 – (%Volátiles + %Cenizas + %Humedad)
según base de cálculo seleccionada (base seca o base tal cual).
8.2 Poder calorífico del carbón
El PCS del carbón se determinó por calorimetría de bomba usando muestra seca y finamente molida. Se realizaron repeticiones para cada especie y se reportaron medias y desviación estándar.
8.3 Análisis elemental (CHNS-O)
Se determinó C, H, N y S mediante analizador elemental. El oxígeno se estimó por diferencia (incluyendo cenizas), del mismo modo que para la madera. Este análisis permitió evaluar la calidad energética y el potencial de emisiones (p.ej., bajo S y N).
9. Control de calidad, replicación y tratamiento estadístico
Cada determinación analítica se realizó al menos por triplicado (n ≥ 3) por muestra compuesta y especie. Se aplicaron controles de blancaje, calibración instrumental y verificación con materiales de referencia cuando estuvieron disponibles. Los resultados se expresaron como media ± desviación estándar. Para comparar especies se utilizaron análisis descriptivos y, cuando procedió, pruebas de comparación de medias (p.ej., ANOVA y post hoc) con un nivel de significancia habitual (α = 0.05). Se emplearon rangos y valores de referencia de literatura científica para validar consistencia y contextualizar resultados.
10. Integración con información territorial y disponibilidad de biomasa
La caracterización se complementó con información secundaria sobre distribución territorial de las especies y superficies potenciales de aprovechamiento (hectáreas por municipio o zona), procedente de reportes institucionales, proyectos de manejo de tierras invadidas y fuentes técnico-científicas. Esta integración permitió vincular parámetros de calidad del carbón con la realidad de disponibilidad y manejo del recurso a escala local.