El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo y el decimoquinto elemento más abundante en la Tierra. El nombre "carbono" proviene de la palabra latina carbo , que significa carbón. Aunque el carbono había estado presente durante siglos en forma de hollín y carbón, no fue hasta 1772 que se descubrieron sus usos reales. Cuando los átomos de carbono se unen entre sí de varias maneras, se los denomina alótropos de carbono, como el grafito, el carbono amorfo y el diamante.

Se une con otros átomos pequeños, incluidos otros átomos de carbono, y puede desarrollar muchos enlaces covalentes estables, formando una variedad de compuestos útiles. El biocarbono o biocarbón se encuentra en forma de carbón vegetal, que son fuentes sostenibles de carbono que reemplazan al carbón fósil.

Los estudios han demostrado que el carbón vegetal puede funcionar incluso mejor que el carbón fósil en las reacciones químicas al tiempo que reduce nuestra huella de carbono. El biocarbón se produce a partir de la pirólisis de diferentes biomasas (combustión limitada de oxígeno y temperaturas de 450 grados centígrados a 1350 grados centígrados).

La lista de usos del carbón es inmensa: base para tinta en impresoras de chorro de tinta; elaboración de bebidas carbonatadas; extintores de incendios, como dióxido de carbono, que desplazan el oxígeno; hielo seco en refrigeración; freón, en refrigeración; decorativos en joyería; fabricación de dispositivos y herramientas resistentes al calor y cortadores de metal. El monóxido de carbono, extraído por un proceso metalúrgico, se utiliza para obtener diversos elementos y compuestos, como reductor en la conversión de óxidos metálicos naturales en metal puro, siendo utilizado en la fabricación de productos como alcoholes, ácidos, ésteres, etc.

El carburo de calcio se utiliza como agente de soldadura para cortar metales, preparar acetileno y otros compuestos orgánicos. Las fibras de carbono contienen múltiples usos porque tienen los atributos de un material ligero, fuerte y duradero. Estas fibras se pueden utilizar en la fabricación de cañas de pescar, raquetas de tenis, cohetes y aviones.

El cuerpo humano contiene grandes cantidades de carbono, siendo un macronutriente presente en todas las partes del cuerpo. El dióxido de carbono juega un papel importante para ayudar a mantener el pH de la sangre. El dióxido de carbono es un importante gas de efecto invernadero que mantiene la Tierra caliente al atrapar la energía térmica del sol en nuestra atmósfera. Sin embargo, la humanidad corre un grave riesgo cuando no controla la emisión antropogénica de dióxido de carbono.

Varias ciudades y países desaparecerán bajo los océanos; el cambio climático conducirá a la extinción selectiva de varias especies; sequías en vastas áreas; inundaciones; y el hambre en todo el planeta. Brasil será uno de los países que más sufrirá estos efectos del exceso de dióxido de carbono en la atmósfera.

Los diferentes usos del dióxido de carbono incluyen la respiración, siendo absorbido por las plantas durante la fotosíntesis, manteniendo el ciclo en el ecosistema. Y en la fabricación de combustibles, polímeros, fertilizantes, proteínas, etc. El negro de humo es un pigmento negro que tradicionalmente se produce por carbonización de materiales orgánicos, siendo utilizado como refuerzo del caucho en las industrias de neumáticos; pigmento estabilizador ultravioleta; agente conductor o aislante en una variedad de aplicaciones; fabricación de cauchos no neumáticos; procesos constructivos y metalúrgicos y grafito.

Los nanotubos de carbono son moléculas cilíndricas de láminas enrolladas de átomos de carbono de una sola capa (grafeno), conocidas como nanotubos de carbono. Los usos son: escobillas para motores eléctricos, compuestas de nanotubos de carbono; óptica; emisión electrónica de nanotubos de carbono; almacen de energia; conductividad eléctrica en plásticos; y nanotecnología.

Nanotubos de Carbon

Los compuestos de carbono o carbohidratos pueden reemplazar a los combustibles fósiles como el carbón y el petróleo, utilizándose en centrales eléctricas, automóviles y otras industrias (Figura 2). Alrededor del 18% del cuerpo humano está compuesto de carbono, ya que se comportan como los componentes básicos de nuestro cuerpo en forma de hidrocarburos. Las pieles, las células, el cabello, todo está hecho de carbono.

Los hidratos de carbono, como el azúcar, la glucosa, la fructosa, la maltosa, etc, son los compuestos de carbono que nos proporcionan energía. El fenol es muy importante, utilizado en laboratorios e industrias. Los ácidos carboxílicos, los alcoholes y los ésteres se utilizan para fabricar vinagre, bebidas alcohólicas y perfumes, respectivamente.

Otro uso importante es el mercado mundial del plástico reforzado con carbono, que representa una de las mayores plataformas económicas del sector, siendo dominado por el negro de humo producido a partir del petróleo y, recientemente, con rellenos de alta tecnología como el carbono o las fibras de carbono nanoestructuradas ( nanotubos de carbono , grafeno y óxido de grafeno ). Según los datos obtenidos, el grafeno monocapa se vende a 200 euros el centímetro cuadrado, mientras que el óxido de grafeno cuesta 100.000 euros el kilogramo. Por otro lado, el negro de humo se vende a alrededor de 1 euro el kilogramo.

El carbón vegetal, o biocarbón, es una forma amorfa de carbón, producido por pirólisis, siendo un material procesado por descomposición termoquímica de materia orgánica a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno, con alta área superficial y abundantes grupos funcionales. El componente de carbono en biochar es relativamente estable, propuesto originalmente como un correctivo para almacenar carbono en el suelo. Biochar tiene valores multifuncionales, que incluyen la corrección del suelo; portador de nutrientes y microbios; agente inmovilizador para la remediación de metales tóxicos y contaminantes orgánicos en suelo y agua; catalizador para aplicaciones industriales; material poroso para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y compuestos olorosos;

Complemento alimenticio para mejorar la salud animal y la eficiencia en la ingesta de nutrientes y uso en sensores electroquímicos o biosensores que reemplazan al grafeno . El material que pasó por el proceso de pirólisis mostró un aumento en el área superficial específica, lo que promueve una mejor compatibilidad entre los componentes del compuesto. Solo como ejemplo, la eliminación del negro de carbón en pigmentos gracias al uso de biocarbón, con un 2 a 20%, y con una mejora en las propiedades mecánicas.

El biocarbón es un excelente aditivo para composites a base de fibras naturales en matrices termoplásticas, mejorando significativamente sus propiedades, como una mayor estabilidad térmica, resistencia al deterioro, etc. Su peso ligero lo hace atractivo en relación a las cargas minerales, considerando, por ejemplo, la reducción de peso en automóviles. Se produce a partir de cualquier lignocelulósico, lo que hace que todo el proceso sea más económico.

El carbono forma un gran número de elementos consigo mismo (catenación) así como con otros elementos, lo que demuestra la importancia de este elemento. Sin embargo, el carbono antropogénico, si no se reduce o utiliza en procesos químicos (carboquímica), conducirá a la destrucción total del planeta.