A menudo, los agricultores queman los restos de los cultivos que quedan tras la cosecha, lo que genera niveles peligrosos de neblina tóxica y desperdicia recursos potencialmente valiosos.
Pero una empresa ofrece tecnología que se utiliza en el campo para convertir los residuos agrícolas en un combustible sólido de combustión limpia.
Takachar ofrece una forma de utilizar la biomasa de manera más limpia y eficiente al concentrar el combustible y eliminar contaminantes como la humedad y la suciedad.
Para preparar los campos para la siembra, agricultores de todo el mundo suelen quemar tallos de maíz, cáscaras de arroz, heno, paja y otros residuos de la cosecha anterior. En muchos lugares, esta práctica genera enormes nubes estacionales de esmog, que contribuyen a la contaminación atmosférica que causa la muerte de 7 millones de personas en todo el mundo al año, según la Organización Mundial de la Salud.
Cada año se queman al aire libre en todo el mundo residuos agrícolas y forestales por valor de 120.000 millones de dólares: un gran desperdicio de recursos en un mundo con escasez de energía, afirma Kevin Kung SM ’13, PhD ’17. Kung trabaja para transformar esta biomasa residual en productos comercializables —y aprovechar un mercado mundial de miles de millones de dólares— a través de Takachar, la empresa derivada del MIT que fundó.
Fundada en 2015, Takachar desarrolla equipos portátiles, de bajo costo y pequeña escala para convertir la biomasa residual en combustible sólido mediante diversos tratamientos termoquímicos, entre ellos uno conocido como torrefacción con poco oxígeno. La tecnología surgió del proyecto de doctorado de Kung en el laboratorio de Ahmed Ghoniem, profesor de Ingeniería Mecánica Ronald C. Crane (1972) en el MIT.
Los combustibles de biomasa, como la madera, la turba y el estiércol animal, son una fuente importante de emisiones de carbono, pero miles de millones de personas dependen de ellos para cocinar, calentarse y cubrir otras necesidades domésticas. «Actualmente, la quema de biomasa genera el 10 % de la energía primaria utilizada en todo el mundo, y el proceso se emplea sobre todo en comunidades rurales con escasos recursos energéticos. No vamos a cambiar eso de la noche a la mañana. Hay lugares que no cuentan con otras fuentes de energía», afirma Ghoniem.
La tecnología de Takachar ofrece una forma de utilizar la biomasa de manera más limpia y eficiente al concentrar el combustible y eliminar contaminantes como la humedad y la suciedad, creando así un combustible de «combustión limpia», que genera menos humo. «En las comunidades rurales donde la biomasa se utiliza ampliamente como fuente de energía primaria, la torrefacción abordará directamente la contaminación atmosférica», afirma Ghoniem.
El tratamiento termoquímico densifica la biomasa a altas temperaturas y convierte materiales vegetales que suelen ser sueltos, húmedos y voluminosos en carbón compacto. Existen plantas de procesamiento centralizadas, pero la recogida y el transporte suponen grandes obstáculos para su aprovechamiento, afirma Kung. La solución de Takachar lleva el procesamiento al campo: hasta la fecha, la empresa ha trabajado con unos 5.500 agricultores para procesar 9.000 toneladas métricas de cultivos.
Takachar calcula que, a gran escala, su tecnología podría reducir las emisiones equivalentes de dióxido de carbono en gigatoneladas al año. («Equivalente de dióxido de carbono» es una medida utilizada para estimar el potencial de calentamiento global). En reconocimiento a su labor, en 2021 Takachar ganó el primer Premio Earthshot, en la categoría de aire limpio, dotado con un millón de libras esterlinas y financiado por la Royal Foundation del príncipe Guillermo y la princesa Kate.
Raíces en Kenia
Según cuenta Kung, Takachar surgió de un proyecto de clase que lo llevó a Kenia, lo que explica el nombre de la empresa, una combinación de takataka, que significa «basura» en suajili, y char, por el carbón vegetal, el producto final.
Era 2011 y Kung estudiaba un posgrado en Ingeniería Biológica en el MIT, centrado en la investigación del cáncer. Sin embargo, «el MIT da mucha libertad a los estudiantes para explorar, y cursé asignaturas fuera de mi departamento», cuenta. En la primavera de 2011 se matriculó en una asignatura llamada 15.966 (Laboratorio de Prestación de Servicios de Salud Global) en la Escuela de Administración Sloan del MIT. La asignatura llevó a Kung a Kenia para trabajar con una organización no gubernamental en Kibera, Nairobi, el mayor barrio marginal urbano de África.
«Entrevistamos a hogares de barrios marginales para conocer sus opiniones sobre la salud, y fue entonces cuando me fijé en el problema del carbón vegetal», cuenta Kung. Según lo describe, el carbón vegetal estaba por todas partes en Kibera: apilado al aire libre, vendido junto a la carretera y utilizado como combustible principal, incluso en interiores. Su producción contribuía a la deforestación, y su humo suponía un grave riesgo para la salud.
Deseoso de abordar este desafío, Kung obtuvo apoyo de becas de la Iniciativa de Desarrollo Internacional del MIT y del Centro de Servicio Público Priscilla King Gray para realizar más investigaciones en Kenia. En 2012 formó un equipo para crear Takachar y recibió financiación inicial del MIT IDEAS Global Challenge, el Centro Legatum del MIT para el Desarrollo y el Emprendimiento y D-Lab para producir carbón vegetal a partir de residuos orgánicos domésticos. (Este trabajo también dio lugar a Safi Organics, una empresa de fertilizantes que Kung fundó en 2016 con ayuda de MIT IDEAS. Pero esa es otra historia.)
Mientras tanto, Kung tenía otra prioridad: encontrar un tema para su tesis doctoral. De vuelta en el MIT, conoció a Alexander Slocum, profesor de Ingeniería Mecánica Walter M. May y A. Hazel May, quien durante una larga caminata y conversación a orillas del río Charles le sugirió convertir su trabajo en Kenia en una tesis. Slocum lo puso en contacto con Robert Stoner, subdirector de Ciencia y Tecnología de la Iniciativa Energética del MIT (MITEI) y director fundador del Centro Tata para Tecnología y Diseño de MITEI. A su vez, Stoner presentó a Kung a Ghoniem, quien se convirtió en su asesor doctoral, mientras Slocum y Stoner se incorporaron a su comité de tesis.
Raíces en el laboratorio del MIT
Como cabría esperar, el relato de Ghoniem sobre Takachar comienza en el laboratorio. En 2010 tenía un estudiante de maestría interesado en las energías renovables y le sugirió investigar la biomasa. Ese estudiante, Richard Bates ’10, SM ’12, PhD ’16, empezó a explorar la ciencia de la conversión de biomasa en carbón vegetal de combustión más limpia mediante la torrefacción.
La mayoría de los sistemas de torrefacción —también conocida como pirólisis a baja temperatura— utilizan fuentes de calor externas, pero el objetivo del laboratorio, explica Ghoniem, era desarrollar un reactor eficiente y autosostenible que generara menos emisiones. «Antes de ir al laboratorio a construir el dispositivo, teníamos que entender la química y la física del proceso y desarrollar modelos fundamentales de escalado», afirma.
Cuando Kung se incorporó al laboratorio en 2013, Ghoniem colaboraba con el Centro Tata para identificar tecnologías adecuadas para los países en desarrollo y basadas en gran medida en energías renovables. Kung consiguió una beca Tata y, aprovechando la investigación de Bates, desarrolló el dispositivo práctico y de pequeña escala para la conversión termoquímica de biomasa en el campo que dio origen a Takachar.
Este dispositivo, patentado por el MIT y cuyos inventores son Kung, Ghoniem, Stoner, el científico investigador del MIT Santosh Shanbhogue y Slocum, es autónomo y escalable. Quema una pequeña parte de la biomasa para generar calor; ese calor hornea el resto de la biomasa y libera gases; luego, el sistema introduce aire para permitir que esos gases ardan, lo que elimina los compuestos volátiles y genera más calor, manteniendo en marcha la reacción termoquímica.
«El secreto está en introducir la cantidad adecuada de aire en el lugar correcto para mantener el proceso», explica Ghoniem. «Si se introduce más aire, la biomasa se quemará. Si se introduce menos, no habrá suficiente calor para producir el carbón vegetal. La reacción se detendrá».
Alrededor del 10 % de la biomasa se utiliza como combustible para mantener la reacción, afirma Kung, y añade que «el 90 % se densifica en una forma más fácil de manejar y aprovechar». Señala que la investigación recibió apoyo financiero del Laboratorio Abdul Latif Jameel de Sistemas de Agua y Alimentos y del Centro Deshpande para la Innovación Tecnológica, ambos del MIT. Sonal Thengane, otro investigador posdoctoral del laboratorio de Ghoniem, participó en el esfuerzo por ampliar la tecnología en el Laboratorio Bates del MIT (sin relación con Richard Bates).
El carbón vegetal producido tiene más valor por tonelada y es más fácil de transportar y vender que la biomasa; reduce los costos de transporte en dos tercios y ofrece a los agricultores una oportunidad adicional de ingresos —y un incentivo para no quemar los residuos agrícolas—, afirma Kung. «Los agricultores obtienen más ingresos y se mejora la calidad del aire».
Raíces en India
Cuando Kung se convirtió en becario Tata, se incorporó a un programa creado para abordar los mayores desafíos del mundo en desarrollo, con especial atención a India. Según Stoner, los becarios Tata, incluido Kung, suelen visitar India dos veces al año y pasan entre seis y ocho semanas reuniéndose con partes interesadas de la industria, el gobierno y las comunidades para conocer mejor sus áreas de estudio.
«Una característica única de Tata es que se tiene en cuenta el ecosistema en su conjunto», afirma Kung, quien entrevistó a cientos de pequeños agricultores, se reunió con camioneros y visitó plantas de procesamiento de biomasa existentes durante sus viajes a India con Tata. (En el camino, también conoció al ingeniero indio Vidyut Mohan, quien se convirtió en cofundador de Takachar).
«Era muy importante que Kevin estuviera allí, recorriendo la zona, experimentando y entrevistando a agricultores», afirma Stoner. «Conoció la vida de los agricultores».
Estas experiencias ayudaron a Kung a valorar a los pequeños agricultores, algo que aún lo impulsa hoy mientras Takachar pone en marcha sus primeros programas piloto, ajusta la tecnología, amplía su equipo (que ahora cuenta con 10 personas) y se esfuerza por crear una fuente de ingresos. Así que, aunque Takachar ha recibido mucha atención y numerosos reconocimientos —desde el premio IDEAS hasta el Premio Earthshot—, Kung afirma que lo motiva la posibilidad de mejorar la vida de las personas.
Su sueño, afirma, es empoderar a las comunidades para que ayuden tanto al planeta como a sí mismas. «Nos entusiasma la perspectiva de la justicia ambiental», dice. «Nuestro trabajo lleva la producción y la eliminación o prevención de emisiones de carbono a las comunidades rurales, y les proporciona una forma de transformar residuos, ganar dinero y reducir la contaminación atmosférica».
