Carbonización hidrotermal: una vía sostenible para valorizar residuos orgánicos húmedos

Teresa A. Centeno y Álvaro Amado Fierro.

Grupo de Materiales Carbonosos del Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR-CSIC).

La carbonización hidrotermal se postula como una tecnología clave para transformar residuos orgánicos en soluciones prácticas para sectores con alta demanda de recursos naturales.

La gestión de los residuos orgánicos se ha convertido en uno de los grandes retos ambientales de Europa. Solo en la Unión Europea, el potencial técnico de biomasa residual asciende a 852 millones de toneladas al año, procedentes de actividades agrícolas, forestales, industriales y urbanas[1]. A pesar de este enorme recurso, las cifras actuales muestran que aún queda mucho por avanzar. En 2023, de las 229,1 Mt de residuos municipales generadas, el 22 % terminó en vertedero, el 25 % se incineró, el 29 % se recicló y apenas el 19 % se compostó[2]. La tasa global de reciclaje, en torno al 48 % en 2020, continúa lejos del 60 % exigido por el Pacto Verde Europeo y la Directiva Marco de Residuos.

La situación en España refleja estas dificultades. En 2020, solo se recicló el 40,6 % de los residuos municipales [3], mientras que el vertedero siguió siendo la opción predominante, con un 49,4 %. La normativa nacional establece que para 2035 se debe alcanzar un 65 % de preparación para la reutilización y reciclado, y reducir el vertido al 10 %. Sin embargo, la futura exclusión del material bioestabilizado procedente de los tratamientos mecánico-biológicos (TMB) como fracción reciclada, una medida prevista para 2027, podría reducir la tasa efectiva de reciclaje hasta alrededor del 20 % [4].

Tradicionalmente, el compostaje y la digestión anaerobia han sido las tecnologías preferidas para tratar los residuos biodegradables. Pero cuando se trata de materiales de composición compleja, como el bioestabilizado de los TMB o incluso la propia fracción orgánica sin tratar, estos métodos pueden resultar insuficientes para integrarlos de forma eficiente en una economía circular. En este escenario, las tecnologías termoquímicas ofrecen una alternativa versátil para convertir residuos en energía y materiales de alto valor añadido de forma rápida. Entre ellas, la carbonización hidrotermal (Hydrothermal Carbonization, HTC) destaca por su capacidad para procesar directamente residuos orgánicos húmedos, evitando las costosas etapas de secado que requieren tecnologías termoquímicas más convencionales, como la pirólisis, la gasificación o la incineración. Esta característica la convierte en una herramienta especialmente prometedora para mejorar la valorización de numerosos residuos biodegradables y reducir la dependencia del vertedero.

Carbonización hidrotermal: transformar residuos en recursos

El proceso HTC se perfila como una alternativa particularmente eficaz para el tratamiento de corrientes de residuos húmedas, heterogéneas y/o con elevado contenido inorgánico, minimizando costes energéticos y emisiones. Esta tecnología opera en medio acuoso, a temperaturas moderadas (150–250 °C) y bajo presiones autógenas (0,5–4 MPa), lo que elimina la necesidad de realizar un secado previo del residuo. En estas condiciones, el agua en estado subcrítico actúa simultáneamente como reactivo, disolvente y catalizador, favoreciendo la transformación rápida y eficiente de la materia orgánica.

El tratamiento da lugar a tres fracciones diferenciadas:

• Gases, generados en proporciones muy reducidas (habitualmente 2–5 % del peso de la materia prima), compuestos principalmente por CO₂.
• Un efluente líquido, que contiene compuestos orgánicos solubles y nutrientes (5–35 %).
• El hidrocarbón o hydrochar, que constituye el producto mayoritario del proceso (50–80 % de la masa inicial). Se trata de un sólido rico en carbono, estable, sin patógenos y de fácil manipulación. Presenta un grado intermedio de carbonización que permite conservar entre el 60 % y el 80 % del carbono original, así como una superficie altamente funcionalizada cuya composición y propiedades pueden ajustarse mediante la elección del residuo de partida y de las condiciones de operación. Estas características convierten al hidrocarbón en un material versátil, apto para múltiples aplicaciones: desde biocombustible sólido hasta enmienda para suelos, pasando por su uso como aditivo en materiales de construcción u otros sectores productivos. Su capacidad para estabilizar carbono y su adaptabilidad lo sitúan como un producto estratégico en la transición hacia modelos de producción más sostenibles y circulares.

Investigación multidisciplinar en Asturias: del laboratorio al piloto industrial

En los últimos años, el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR-CSIC) ha desarrollado una intensa labor de investigación centrada en la aplicación de la carbonización hidrotermal para la gestión de residuos industriales y municipales. Su investigación abarca tanto la optimización del proceso como el diseño de aplicaciones reales a gran escala del hidrocarbón en sectores industriales y medioambientales, con el objetivo de promover soluciones sostenibles y circulares.

Este esfuerzo investigador se ha visto reforzado por la colaboración estratégica del Consorcio para la Gestión de los Residuos Sólidos de Asturias (COGERSA), que ha permitido la instalación de un reactor piloto de carbonización hidrotermal alimentado con vapor sobrecalentado procedente de su horno de incineración de residuos hospitalarios, así como el acceso a un amplio abanico de residuos para ensayo en condiciones reales. Este equipo piloto permite evaluar el tratamiento de diversos flujos de residuos y el aprovechamiento del hidrocarbón resultante, acercando la tecnología HTC al ámbito industrial y a su futura implementación práctica.

Las contribuciones de diversos grupos de la Universidad de Oviedo completan un enfoque multidisciplinar que abarca química, ingeniería, suelos, minería y ciencia de materiales. Gran parte de estos avances se recoge en la tesis doctoral “Valorización sostenible de residuos biomásicos por carbonización hidrotermal en un escenario de economía circular”, recientemente defendida por Álvaro Amado Fierro (Universidad de Oviedo, 2025).

Biocombustibles sólidos para una siderurgia más limpia

Un reciente estudio desarrollado por investigadores del INCAR-CSIC ha demostrado que los hidrocarbones obtenidos a partir de maderas tratadas fuera de uso (muebles viejos, residuos de construcción, etc.) y bagazo de manzana (generado en la producción industrial de zumos y sidras) presentan un poder calorífico similar al de carbones de baja calidad utilizados habitualmente para calentar los hornos altos y muy superior al de la biomasa sin tratar. Los resultados revelan que estos hidrocarbones pueden sustituir hasta un 20 % del carbón pulverizado en hornos altos sin afectar el rendimiento térmico del proceso, reduciendo así la dependencia del carbón y las emisiones de CO₂ en un sector altamente intensivo en carbono como la industria siderúrgica.

Además, en colaboración con investigadores de la Universidad de Radboud (Paises Bajos), se han desarrollado métodos quimiométricos que permiten predecir la calidad del hidrocarbón sin ensayos destructivos, una herramienta clave para su control en plantas industriales.

Remediación de suelos contaminados

Los hidrocarbones también muestran un notable potencial como enmiendas para suelos degradados por metales pesados. Ensayos conjuntos del INCAR-CSIC y la Universidad de Oviedo con suelos de zonas mineras han comprobado que la incorporación de diversos hidrocarbones mejora la retención de nutrientes, estabiliza el pH y reduce la movilidad de metales como plomo o cobre. Estos efectos facilitan la recuperación del suelo y la seguridad ambiental.

Sin embargo, los estudios también advierten que la respuesta no es uniforme; en ciertos casos se observó un aumento en la movilidad del arsénico, lo que subraya la necesidad de ajustar las condiciones de aplicación y validar cada intervención en campo al tipo de suelo que se quiere descontaminar.

En conjunto, los resultados confirman que los hidrocarbones pueden actuar como amortiguadores químicos en suelos contaminados, siempre que se diseñen estrategias específicas según el tipo de residuo, de contaminante, y las características del terreno.

Morteros con menor huella de carbono

La incorporación de hidrocarbón como sustituto parcial de cemento en morteros ofrece nuevas oportunidades para reducir el uso de clínker, uno de los principales responsables de las elevadas emisiones de CO₂ del sector de la construcción. Los estudios realizados por el INCAR-CSIC y la Universidad de Oviedo muestran que, aunque su uso en morteros estructurales no es viable debido a la notable pérdida de resistencia mecánica, resulta prometedor en aplicaciones como tabiques separadores y revestimientos, donde mejora las propiedades térmicas y eléctricas del material.

En minería subterránea, la sustitución parcial del cemento por hidrocarbones en mezclas de relleno (cemented paste backfill) ha demostrado ser aún más efectiva. En esta aplicación, se pueden reemplazar porcentajes elevados sin comprometer la resistencia mecánica, al tiempo que se mejora la trabajabilidad y se contribuye a la captura de carbono a largo plazo.

En resumen, la carbonización hidrotermal se postula como una tecnología clave para transformar residuos orgánicos en soluciones prácticas para sectores con alta demanda de recursos naturales. Su integración en procesos industriales requerirá la colaboración entre investigación, empresas y administraciones, así como del desarrollo de herramientas predictivas que optimicen el proceso, y un marco regulatorio facilitador, por ejemplo, mediante una consideración de fin de residuo para el hidrocarbón que cumpla unos criterios de calidad. Con estas bases, la tecnología HTC presenta las mejores perspectivas para dejar de ser una alternativa experimental y convertirse en una estrategia integral de valorización de residuos y reducción de emisiones, alineada con los objetivos europeos de descarbonización y economía circular.

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[1] T.A. Centeno, M.A. Díez, L. Del Zotto, E. Bocci, S. Stendardo, D. Barisano, A. Di Carlo, M. Kopsch, D2.1 Selection of biomass feedstocks, GICO Project, European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme, 2021

[2] European Commission, Municipal waste by waste management operations, Eurostat (2025)

[3] Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Plan Estatal Marco de Gestión de Residuos, 2023. https://www.miteco.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/participacionpublica/residuos-2023-consulta-e-informacionpublica-pemargestionresiduos-yestudioambientalestrategica.html (Consulta: 10 de mayo de 2025)

[4] European Environment Agency (EEA), Early warning assessment related to the 2025 targets for municipal waste and packaging waste, 2022. https://www.eea.europa.eu/publications/many-eumember-states/spain/view (Consulta: 5 de junio de 2025)