Biocarbón en concreto: una alternativa sostenible para mejorar el desempeño estructural y ambiental

Biochar in concrete: a sustainable alternative for improving structural and environmental performance

Linares González, Yazmin O.^1* Zamora Zamora, Jorge Emmanuel² Sánchez Tizapa, Sulpicio³ Salazar, Ricardo⁴ Alonso Silverio, Gustavo Adolfo⁵

¹ Centro de Innovación, Competitividad y Sostenibilidad. Universidad Autónoma de Guerrero.

² Centro de Investigación en Computación. Instituto Politécnico Nacional.

³ Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Guerrero.

⁴ SECIHTI. Universidad Autónoma de Guerrero.

⁵ Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Guerrero.

Recibido: 28-feb-2026 · Aceptado: 26-mar-2026 · Publicado: 30-ago-2026

Autor de correspondencia: 11170767@uagro.mx

Palabras clave: Biocarbón; Concreto sostenible; Resistencia a compresión; Economía circular

Keywords: Biochar; Sustainable concrete; Compressive strength; Circular economy

RESUMEN

La producción de cemento es componente esencial del concreto, y es responsable de aproximadamente el 7–8 % de las emisiones globales de dióxido de carbono. En un contexto de crisis climática, la industria de la construcción enfrenta el reto de reducir su impacto ambiental sin comprometer la resistencia de las estructuras. Este tema es relevante porque el concreto está presente en viviendas, puentes e infraestructura cotidiana. Mejorar su sostenibilidad significa disminuir emisiones asociadas al entorno construido y avanzar hacia ciudades más responsables con el medio ambiente. Este artículo analiza el uso del biocarbón (un material obtenido a partir de residuos orgánicos mediante pirólisis) con una función de aditivo para el concreto. Se explica cómo su estructura porosa permite retener y liberar agua durante el proceso de fraguado, favoreciendo el curado. Asimismo, se revisan los rangos de incorporación en los que el biocarbón puede integrarse sin afectar el desempeño mecánico del concreto. La evidencia científica muestra que, en dosificaciones controladas, el biocarbón puede incrementar la resistencia a compresión hasta en un 20–24 %, mientras que porcentajes superiores al 5 % pueden generar disminuciones. Además, su uso permite revalorizar residuos, aportando beneficios ambientales. El futuro del concreto podría integrar materiales como el biocarbón dentro de las estrategias de construcción sostenible, siempre que se garantice su estandarización y seguridad estructural.

ABSTRACT

The production of cement, an essential component of concrete, is responsible for approximately 7–8% of global carbon dioxide emissions. In the context of the climate crisis, the construction industry faces the challenge of reducing its environmental impact without compromising the strength and durability of structures. This issue is relevant because concrete is present in homes, bridges, and everyday infrastructure. Improving its sustainability means reducing emissions associated with the built environment and moving towards more environmentally responsible cities. This article analyzes the use of biochar (a material derived from organic waste through pyrolysis) as a concrete additive. It explains how its porous structure allows it to retain and release water during the setting process, promoting curing. It also reviews the incorporation ranges in which biochar can be integrated without affecting the mechanical performance of concrete. Scientific evidence shows that, at controlled doses, biochar can increase compressive strength by up to 20–24%, while doses above 5% can decrease it. In addition, its use allows for the revaluation of organic waste, providing environmental benefits. The future of concrete could integrate biochar into sustainable construction strategies, provided that its standardization and structural safety are ensured.

¿Por qué es importante este tema?

Cada vez que se construye una casa, un puente o un edificio, se utiliza concreto. Y detrás de ese concreto hay un material que pocas veces se cuestiona: el cemento. Lo que no siempre se menciona es que la producción de cemento es responsable de aproximadamente el 7–8 % de las emisiones globales de dióxido de carbono, derivadas tanto del proceso químico de descarbonatación como del alto consumo energético en la fabricación del clínker [1]. En un planeta que enfrenta una crisis climática sin precedentes, seguir construyendo como lo hemos hecho durante décadas ya no es una opción sostenible. El concreto es indispensable para el desarrollo de la infraestructura moderna. Es resistente, versátil y relativamente económico. Sin embargo, su impacto ambiental es alarmante, principalmente por el cemento Portland. Frente a esta realidad, investigadores y profesionales de la ingeniería han buscado alternativas que permitan reducir la cantidad de cemento en las mezclas sin sacrificar el desempeño del material.

En los últimos años, el biocarbón ha emergido como una propuesta prometedora. Se trata de un material obtenido a partir de residuos a través de un proceso de pirólisis, que produce el carbono. Se reporta que su incorporación como adiciónate influye positivamente en el proceso de curado y en las propiedades mecánicas del concreto [2], [3]. Además de sus efectos físicos el biocarbón presenta una ventaja ambiental: proviene de residuos orgánicos o forestales. Esta característica lo posiciona como un material alternativo para contribuir a estrategias de reducción de emisiones globales que produce el sector de la construcción [4].

En ese contexto surge la pregunta: ¿Es posible utilizar biocarbón como aditivo para producir un concreto más sostenible sin comprometer su capacidad mecánica? Se requiere comprender cómo interactúa el biocarbón con el material en qué proporciones puede incorporarse y cuáles son los efectos sobre la resistencia y el comportamiento mecánico.

Este artículo aborda como biocarbón es una alternativa sostenible en la fabricación de concreto. Se explican sus características generales, cómo interactúa con el cemento y qué efectos puede generar sobre la resistencia mecánica. Asimismo, a partir de la evidencia científica, se identifican los rangos de adición en los que el biocarbón puede aportar beneficios al desempeño del material. De esta manera, se plantea su incorporación hacia el desarrollo de concreto con menor impacto ambiental y mayor coherencia con los principios de sostenibilidad en la construcción.

¿Qué sabíamos antes?

El desarrollo del concreto ha estado centrado principalmente en mejorar su resistencia y durabilidad. La preocupación ambiental no formaba parte del diseño de mezclas [5]. El cemento Portland se convirtió en el estándar mundial por su confiabilidad estructural, facilidad de producción y disponibilidad. A medida que aumentaba la demanda de infraestructura, también crecía el consumo de cemento, y con ello, sus emisiones asociadas. Esto impulsó la búsqueda de materiales complementarios capaces de reducir la cantidad de cemento sin afectar el desempeño estructural [6].

Las primeras estrategias se enfocaron en la incorporación de materiales cementantes como ceniza volante, fibras de agave o humo de sílice [7], (Figura 1). Estos materiales demostraron ser viables para mejorar la resistencia a compresión y reducir parcialmente el contenido de clínker. Sin embargo, su disponibilidad depende de regiones específicas, lo que dificulta su uso generalizado a nivel mundial.

**Figura 1.** *Evolución hacia el concreto sostenible: del cemento Portland al biocarbón*

En este contexto comenzaron a explorarse otros materiales de origen orgánico. Inicialmente, el biocarbón fue estudiado en suelos agrícolas por su capacidad de retener nutrientes y mejorar la calidad del terreno [8]. Su aplicación en materiales de concreto no fue inmediata, ya que existía incertidumbre sobre su compatibilidad y su impacto en la resistencia mecánica.

Posteriormente, estudios experimentales reportaron que, dentro de ciertos rangos de adición, el biocarbón puede mantener e incluso incrementar la resistencia a compresión del concreto, dependiendo de su dosificación [2], [9]. Este hallazgo cambió la percepción inicial que consideraba al biocarbón únicamente como un residuo orgánico. Este doble efecto “estructural y ambiental” marca un cambio paradigmático en la forma de abordar el diseño de mezclas sostenibles.

¿Cómo funciona la nueva propuesta?

La propuesta que se describe en este artículo: adicionar el biocarbón en la mezcla del concreto fresco, para reducir el impacto ambiental sin comprometer su desempeño mecánico. Se busca, contribuir a la huella ambiental que genera la industria de la construcción a nivel mundial e incorporar al concreto un material que aumenta la resistencia a la compresión agregando así un residuo revalorizado.

El funcionamiento de esta propuesta puede entenderse de manera general y resumida en las siguientes etapas (Figura 2):

1. Durante el mezclado: El biocarbón por su estructura altamente porosa absorbe parte del agua disponible en la mezcla. Esta absorción inicial debe ser considerada en el diseño de mezcla inicial ya que se observa una modificación en la trabajabilidad del concreto fresco, dependiendo de la dosificación empleada.

2. Durante el fraguado y el curado: Durante el periodo de (7, 14 y 28 días), el agua retenida en los poros del biocarbón se libera gradualmente. Actuando como un mecanismo de curado adicional, favoreciendo la hidratación continua del concreto, reduciendo el riesgo de micro-fisuración, lo cual ha sido documentado como uno de los factores que explican mejoras en resistencia cuando se emplean dosificaciones adecuadas [10].

3. En el estado endurecido: Si la proporción utilizada es adecuada, el biocarbón actúa reduciendo vacíos. En este escenario, la resistencia se mantiene o incluso mejora. Si la dosificación es excesiva, puede generarse un efecto de dilución del cemento que impacta negativamente en el comportamiento mecánico. Por ello, la propuesta no está en “agregar más”, está en identificar el rango óptimo de adición [2].

Comparada con otras estrategias de reducción de emisiones en el concreto [11], esta propuesta presenta las siguientes ventajas: (i) revalorización de residuos orgánicos, (ii) no hay necesidad de modificar los procesos de producción del concreto. Y a diferencia de otros materiales que se emplean como suplementarios cuya disponibilidad depende de regiones específicas, el biocarbón puede producirse a partir de diversos residuos orgánicos o forestales lo que amplía su potencial de replicación.

Casos prácticos y aplicaciones

El aprovechamiento del biocarbón permite transformar residuos orgánicos en soluciones con impacto ambiental. Su aplicación actual se encuentra en el ámbito de los materiales de construcción, donde puede incorporarse como adición en el concreto.

Se ha reportado que, cuando se emplea en dosificaciones especificas el biocarbón mejora la resistencia a compresión. Por ejemplo, se documentan incrementos de resistencia a compresión de hasta un 20–24 % [12]. En otros casos, mejoras cercanas al 15–18 % han sido observadas a 28 días bajo condiciones específicas de dosificación y tamaño de partícula [9]. Sin embargo, también se ha reportado que cuando la adición supera el 5 ± 1 % en peso del cemento, puede producirse una disminución en la resistencia [12].

El potencial de aplicación del concreto con biocarbón se ha estudiado en: Elementos estructurales convencionales [12]; Prefabricados [13]; Concretos de alto desempeño [3]; diseños de mezcla modificados con otros aditivos [14-15]

Su incorporación resulta especialmente atractiva en proyectos donde se busca sostenibilidad, y la reducción de emisiones asociadas a materiales es un criterio relevante. Asimismo, en regiones con alta disponibilidad de residuos orgánicos, el uso de biocarbón podría integrarse en cadenas de producción locales, promoviendo modelos de economía circular vinculados al sector construcción.

¿Qué significa esto para ti?

Aunque el biocarbón en el concreto pueda parecer un tema lejano, en realidad está relacionado con la calidad de vida de las personas. Cada edificio, vivienda o infraestructura construida con materiales de menor impacto ambiental contribuye, aunque sea de forma gradual, a la reducción de emisiones que afectan el clima global. Optar por materiales más sostenibles es una decisión que impacta el entorno en el que vivimos. Las ciudades del futuro requerirán infraestructura resistente, pero también responsable con el medio ambiente. En ese contexto, el uso de alternativas como el biocarbón representa una manera concreta de integrar sostenibilidad en la vida cotidiana.

El uso de biocarbón promueve un modelo de economía circular, en el que residuos agrícolas o forestales dejan de considerarse desechos y tienen una revalorización. La transición hacia concretos más responsables también puede influir en normativas, certificaciones ambientales y políticas públicas orientadas a la construcción sostenible.

Para ingenieros, arquitectos e investigadores, la incorporación del biocarbón abre nuevas líneas de especialización. El diseño de mezclas sostenibles, la evaluación de huella de carbono de materiales, la industria de la construcción está evolucionando hacia modelos donde el desempeño estructural ya no es el único criterio de evaluación. La sostenibilidad se está convirtiendo en un parámetro prioritario, provocando demanda de profesionales con conocimiento en materiales, comportamiento mecánico y evaluación ambiental. El desarrollo de concretos modificados con biocarbón también puede generar oportunidades en investigación aplicada, transferencia tecnológica y emprendimientos enfocados en producción local de biocarbón.

Sin embargo, la adopción de nuevas alternativas también implica desafíos. El biocarbón depende su proceso de producción y dosificación. La falta de estandarización puede generar resultados variables si no se controla adecuadamente su calidad al ser el concreto un material crítico para la seguridad de las personas, por lo que cualquier modificación debe solventarse cuidadosamente. Desde una perspectiva ética, la ingeniería enfrenta el reto de equilibrar resistencia, durabilidad, costo y responsabilidad ambiental. Incorporar biocarbón en el concreto es una alternativa que refleja el compromiso del sector con un desarrollo más sostenible.

El futuro que nos espera

Actualmente, los estudios que involucran al biocarbón se centran en evaluar resistencia a compresión, flexión, comportamiento microestructural, durabilidad y capacidad de almacenamiento de carbono. Se están explorando variables como el tamaño de partícula, la temperatura de pirólisis. El enfoque ha cambiado en “si funciona”, buscando “cómo optimizarlo”. Esta transición marca una etapa de madurez en la que el biocarbón deja de ser un material experimental y comienza a consolidarse como una alternativa en desarrollo sostenible.

A corto plazo, es probable que continúen integrándose en investigaciones académicas y proyectos orientados a concreto sostenible. También es posible que comiencen a desarrollarse guías técnicas o recomendaciones sobre rangos óptimos de incorporación, basadas en la evidencia acumulada. La identificación de porcentajes que mantengan el desempeño mecánico sería la contribución más importante para su adopción en procesos constructivos.

En una visión de largo plazo, si se logra estandarizar su producción y garantizar calidad constante, el biocarbón podría incorporarse en normativas técnicas y certificaciones de construcción sostenible. En el futuro, podríamos ver combinaciones donde el concreto incorpore adiciones sostenibles, refuerzos alternativos y tecnologías de seguimiento del comportamiento estructural en tiempo real. Esta convergencia permitiría integrar sostenibilidad, desempeño y control estructural dentro de un mismo sistema.

A pesar de su potencial, aún existen desafíos importantes, la falta de normativas específicas dificulta su implementación, además, es necesario continuar investigando su desempeño a largo plazo, particularmente en términos de durabilidad y comportamiento frente a agentes agresivos. La sostenibilidad no puede comprometer la seguridad estructural. Superar estos obstáculos requerirá colaboración entre investigadores, industria y organismos normativos. Solo así el biocarbón podrá pasar de ser una alternativa a convertirse en aditivo en el diseño de concretos sostenibles.

Contribución de autores

Linares González, Yazmin O.: Conceptualización, Curación de datos, Análisis formal, Investigación, Metodología, Visualización, Redacción — borrador original, Redacción — revisión y edición.

Zamora Zamora, Jorge Emmanuel: Conceptualización, Análisis formal, Investigación, Metodología, Supervisión, Visualización, Redacción — revisión y edición.

Sánchez Tizapa, Sulpicio: Conceptualización, Análisis formal, Investigación, Metodología, Supervisión, Validación, Visualización, Redacción — revisión y edición.

Salazar, Ricardo: Conceptualización, Metodología, Redacción — revisión y edición.

Alonso Silverio, Gustavo Adolfo: Conceptualización, Análisis formal, Investigación, Metodología, Supervisión, Validación, Visualización, Redacción — revisión y edición.

Referencias

[2] S. Li et al., “Effect and mechanisms of biochar particle size and dosage on the hydration process and mechanical properties of cementitious materials,” Constr. Build. Mater., vol. 472, Apr. 2025, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2025.140931.

[3] J. Du, Y. Wang, Y. Bao, D. Sarkar, and W. Meng, “Valorization of wasted-derived biochar in ultra-high-performance concrete (UHPC): 1 pretreatment, characterization, and environmental benefits 2,” 2023. [Online]. Available: https://www.elsevier.com/open-access/userlicense/1.0/

[4] S. Tan, W. Liu, L. Qing, Y. Li, and X. Ren, “Evaluation on the ability of carbon capture, utilization and storage of cementitious pastes incorporated with CO2-free and CO2-saturated biochar,” Constr. Build. Mater., vol. 482, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2025.141691.

[5] N. Marandi and S. Shirzad, “Sustainable cement and concrete technologies: a review of materials and processes for carbon reduction,” Sep. 01, 2025, Springer Science and Business Media Deutschland GmbH. doi: 10.1007/s41062-025-02213-5.

[6] A. Arvizu-Montes, O. Guerrero-Bustamante, R. Polo-Mendoza, and M. J. Martinez-Echevarria, “Integrating Life-Cycle Assessment (LCA) and Artificial Neural Networks (ANNs) for Optimizing the Inclusion of Supplementary Cementitious Materials (SCMs) in Eco-Friendly Cementitious Composites: A Literature Review,” Sep. 01, 2025, Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/ma18184307.

[7] A. Huillca and W. Rodríguez, “Effects of Partial Replacement of Cement by Sugarcane Bagasse Ash on the Settlement and Compressive Strength of Concrete,” Revista Politecnica, vol. 54, no. 2, pp. 109–117, Nov. 2024, doi: 10.33333/rp.vol54n2.10.

[8] I. Bhandari, R. Kumar, A. Sofi, and N. S. Nighot, “A systematic study on sustainable low carbon cement – Superplasticizer interaction: Fresh, mechanical, microstructural and durability characteristics,” Sep. 01, 2023, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e19176.

[9] H. Egodagamage et al., “Enhancement of impact resistance of alkali-activated slag concrete through biochar supplementation,” Structural Concrete, vol. 25, no. 5, pp. 3630–3647, Oct. 2024, doi: 10.1002/suco.202300469.

[10] M. Boumaaza, A. Belaadi, H. Alshahrani, M. Bourchak, and M. Jawaid, “Response Surface Methodology Optimization of Palm Rachis Biochar Content and Temperature Effects on Predicting Bio-Mortar Compressive Strength, Porosity and Thermal Conductivity,” Journal of Natural Fibers, vol. 20, no. 1, 2023, doi: 10.1080/15440478.2022.2162184.

[11] M. Mendes Santos, “Biochar vs. Hydrochar in Cementitious Materials: A Comparative Review of Properties, Performance, and Circular-Economy Trade-offs,” Carbon Circularity, vol. 1, no. 1, pp. 1–24, Aug. 2025, doi: 10.54963/cc.v1i1.1646.

[12] Q. Zhang et al., “Investigation of the macro performance and mechanism of biochar modified ultra-high performance concrete,” Case Studies in Construction Materials, vol. 21, Dec. 2024, doi: 10.1016/j.cscm.2024.e03595.

[13] N. Ahmed, A. Tahsin, F. M. Nishat, and W. Ashraf, “Functionalized biochar for carbon neutral/negative cementitious composites with superior performances,” Constr. Build. Mater., vol. 458, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2024.139143.

[14] A. Jafari and P. Sadeghian, “Biochar and recycled gypsum drywall in concrete: role and effects on compressive behavior, microstructure, and carbon footprint,” J. Sustain. Cem. Based. Mater., 2024, doi: 10.1080/21650373.2024.2428987.

[15] A. Sirico et al., “Biochar from wood waste as additive for structural concrete,” Constr. Build. Mater., vol. 303, Oct. 2021, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124500.