thumb|250px|Carbón vegetal. El carbón vegetal es un residuo de carbono, negro y ligero, que se produce al calentar fuertemente la madera (u otros materiales vegetales) hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C, en ausencia de aire, en un mínimo de oxígeno para eliminar toda el agua y los componentes volátiles. Es un material combustible sólido, frágil y poroso con un alto contenido en carbono (del orden del 98 %).
En la versión tradicional de este proceso de pirólisis, llamado carbonización, a menudo formando una carbonera, el calor se suministra quemando parte del propio material de partida, con un suministro limitado de oxígeno. El material también puede calentarse en una retorta cerrada. Las briquetas de carbón vegetal modernas que se utilizan para cocinar al aire libre pueden contener muchos otros aditivos, por ejemplo, carbón.
Este proceso ocurre de forma natural cuando la combustión es incompleta, y a veces se utiliza en la datación por radiocarbono. También ocurre de forma inadvertida al quemar madera, como en una chimenea o estufa de leña. La llama visible en estas se debe a la combustión de los gases volátiles exudados cuando la madera se convierte en carbón vegetal. El hollín y el humo que suelen desprender los fuegos de leña son el resultado de la combustión incompleta de esos volátiles. El carbón vegetal arde a una temperatura más alta que la madera, sin apenas llama visible, y no libera casi nada más que calor y dióxido de carbono (un kilogramo de carbón vegetal contiene entre 680 y 820 gramos de carbono, que al combinarse con el oxígeno de la atmósfera forman entre 2,5 y 3 kg de dióxido de carbono).
El poder calorífico del carbón vegetal oscila entre 29 000 y 35 000 kJ/kg, muy superior al de la madera, que oscila entre 12 000 y 21 000 kJ/kg.
Historia La producción de carbón de madera en lugares donde hay abundancia de madera se remonta a tiempos antiguos. Por lo general, comienza con el apilamiento de tochos de madera en sus extremos para formar una pila cónica. Se dejan aberturas en la parte inferior para admitir aire, con un pozo central que sirve de chimenea. Toda la pila se cubre con césped o arcilla humedecida. La cocción se inicia en el fondo de la chimenea y se extiende gradualmente hacia fuera y hacia arriba. El éxito de la operación depende del ritmo de la combustión. En condiciones medias, la madera produce un 60% de carbón vegetal en volumen, o un 25 % en peso; los métodos de producción a pequeña escala suelen producir sólo un 50% en volumen, mientras que los métodos a gran escala permitían obtener rendimientos superiores, de alrededor del 90%, en el . La operación es tan delicada que generalmente se dejaba en manos de los carboneros profesionales. A menudo vivían solos en pequeñas cabañas para atender sus pilas de leña. Por ejemplo, en las Montañas del Harz de Alemania, los carboneros vivían en cabañas cónicas llamadas Köten que se conservan en la actualidad. thumb|left|180px|Un horno de carbón abandonado cerca de Walker, Arizona, Estados Unidos. La producción masiva de carbón vegetal (en su apogeo empleaba a cientos de miles de personas, principalmente en los bosques alpinos y vecinos) fue una de las principales causas de deforestación, especialmente en Europa Central. En Inglaterra, muchos bosques se gestionaban como vástagos, que se cortaban y volvían a crecer cíclicamente, de modo que se disponía de un suministro constante de carbón vegetal. Las quejas (ya en el período estuardo, 1603 a 1714) sobre la escasez pueden estar relacionadas con los resultados de la sobreexplotación temporal o la imposibilidad de aumentar la producción para satisfacer la creciente demanda. La creciente escasez de madera fácil de recolectar fue un factor importante en el cambio a los equivalentes de combustible fósil, principalmente carbón mineral y lignito para uso industrial a finales del siglo XVIII.
El proceso moderno de carbonización de la madera, ya sea en trozos pequeños o como serrín en hierro fundido retorta, se practica extensamente donde la madera es escasa, y también para la recuperación de subproductos valiosos (metanol, ácido piroligno, alquitrán de madera), que el proceso permite. La cuestión de la temperatura de la carbonización es importante; según J. Percy, la madera se vuelve marrón a , de un color marrón-negro intenso después de algún tiempo a , y una masa fácilmente pulverizable a . El carbón hecho a es marrón, blando y friable, y se inflama fácilmente a ; hecho a temperaturas más altas es duro y quebradizo, y no se inflama hasta que se calienta a unos .
En Finlandia y Escandinavia, el carbón vegetal se consideraba el subproducto de la producción de alquitrán de madera. El mejor alquitrán procedía del pino, por lo que se talaban los pinares para la pirólisis del alquitrán. El carbón vegetal residual se utilizaba ampliamente como sustituto del metalúrgico coque en los altos hornos para la fundición. La producción de alquitrán provocó una rápida deforestación local. El fin de la producción de alquitrán a finales del dio lugar a una rápida repoblación forestal de las zonas afectadas.
La forma estadounidense de la briqueta de carbón vegetal fue inventada y patentada por Ellsworth B. A. Zwoyer, de Pensilvania, en 1897 y fue producida por la Zwoyer Fuel Company. El proceso fue popularizado por Henry Ford, que utilizó subproductos de madera y serrín de la fabricación de automóviles como materia prima. Ford Charcoal pasó a convertirse en la Kingsford Company.
Carboneras thumb|Tradicionalmente se obtenía carbón vegetal mediante la realización de carboneras. Hasta principios del siglo XX, en todas las zonas rurales aun era común ver la figura del carbonero, oficio ahora en vías de extinción, cuyo trabajo consistía en cubrir totalmente enormes pilas de leña con musgo y ramas tiernas, la carbonera. Luego prendía la leña (parte inferior), y dejaba que se quemara durante días. Después, subía hasta la cima de la pila y pisaba.
Cuando la capa estaba estable y no temblaba, señal de que todo estaba secado y endurecido, abría la pila y obtenía el preciado combustible. Pero muchos murieron al hundirse en la pila, todavía sin endurecer, lo cual convertía la profesión en un oficio arriesgado.
Su trabajo se dividía en dos tareas: la tala de la madera y su transporte hacia la zona de carboneo, y el montaje de las pilas y el control del proceso de carbonización. El sueldo se repartía equitativamente entre estas dos tareas realizadas.
Según su procedencia tenía diversos nombres: carbón de encina, cisco de roble, picón''', cada uno de los cuales tenía una aplicación característica.
Actualidad En la actualidad, sigue siendo muy común la utilización de pilas de leña, que ahora se produce en hornos en el suelo. Son hoyos que se cubren con hojas de hierro para tapar alguna entrada de aire y sea muy elevada la temperatura para la cocción de leña. Las altas temperaturas se encargan de secar todo tipo de vegetal y así producir el carbón.
Usos thumb|Binchōtan o carbón blanco. Carbón tradicional japonés. thumb|Briquetas de carbón vegetal realizadas con serrín
El carbón vegetal es el primer material de carbón utilizado por el hombre y su uso data probablemente desde el mismo momento en que se comienza a utilizar el fuego; dado que los trozos de madera carbonizada que quedarían en algunas hogueras pueden considerarse un carbón vegetal rudimentario. De hecho, existen pruebas de que en muchas pinturas rupestres de hace más de 15 000 años el carbón vegetal se utilizaba para marcar el contorno de las figuras, además de usarse como pigmento de color negro cuando se mezclaba con grasa, sangre o cola de pescado.
El carbón vegetal se usa mayoritariamente como combustible, no solo de uso doméstico sino también industrial, especialmente en los países en vías de desarrollo. La producción de carbón vegetal tiene un importante impacto ambiental que es necesario disminuir.
Forja del hierro Otro uso fundamental del carbón vegetal en la historia de la humanidad es su empleo en la metalurgia. La metalurgia del hierro, comenzada ya unos 1200 años a.C. y que se desarrolla en Europa durante la Edad del Hierro” (700a.C. hasta el 68d.C.), no hubiese sido posible sin el carbón vegetal ya que las elevadas temperaturas que se requieren para fundir los minerales no pueden alcanzarse utilizando simplemente madera o los combustibles de la Edad del Hierro. Además, el carbono que contiene el carbón vegetal actúa como reductor de los óxidos del metal que forman los minerales y con la técnica apropiada parte de este carbono puede alearse con el hierro para dar lugar al acero, mucho más duro que el hierro, lo cual fue fundamental en el desarrollo de armas y herramientas más resistentes. Era el combustible utilizado en la llamada forja catalana, para la producción de acero.
El uso del carbón vegetal en metalurgia ha perdurado hasta nuestros días, aunque otros combustibles como el coque metalúrgico lo han reemplazado casi por completo, en la actualidad y especialmente en países con abundantes recursos forestales y economías en desarrollo existe un resurgimiento del uso del carbón vegetal en metalurgia, dado que además su uso representa, al menos en principio, un menor impacto ambiental que el del coque metalúrgico. El carbono se puede encontrar en las aleaciones hierro-carbono, tanto en estado ligado (Fe3C, cementita), como en estado libre (C). De una forma genérica, al aumentar el porcentaje en carbono, las aleaciones Fe-C aumentan su dureza y rigidez y pierden ductilidad. Se considera que una aleación de hierro es un acero si contiene menos de un 2% de carbono, si el porcentaje es mayor recibe el nombre de fundición.
Otras aplicaciones Otra de las aplicaciones del carbón vegetal es la fabricación de pólvora. La pólvora negra se compone de un 75% de salitre (nitrato de potasio), un 12% de azufre y un 13% de carbón vegetal. Estos ingredientes al quemarse producen un gas que tiende a ocupar un volumen 400 veces mayor que la mezcla original, produciendo una fuerte presión en las paredes del recipiente que los contiene.
Dado que el carbón vegetal es un material poroso, otra de sus aplicaciones es su uso como absorbente (capacidad de atrapar moléculas o iones). Así, se sabe que la madera carbonizada se usaba como absorbente médico en el antiguo Egipto y que en el año 400a.C. Hipócrates recomendaba filtrar con carbón el agua para beber. El carbón vegetal no posee una textura porosa tan desarrollada como la de los carbones activados. No obstante, resulta más simple y barato de producir, por lo que a pesar de ser un absorbente relativamente mediocre, si se compara con los carbones activados, se utiliza en determinadas aplicaciones que no requieren de una gran capacidad de absorción. También se usa para adsorber moléculas de un tamaño relativamente grande (como los colorantes), dado que la mayoría de la porosidad de los carbones vegetales está dentro del campo de los macroporos (anchura del poro>50nm). Una aplicación relativamente importante es la clarificación de bebidas alcohólicas como el vino, cerveza, whisky, etc.