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EASYFAIRS 2010
Tecnologías para la producción de papel a partir de residuos agrícolas y plantas anuales.
D. César Aliaga BaqueroTécnico Dpto. de Sostenibilidad
ITENEEasyfairs Barcelona, 15 abril 2010
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Índice
1. Industria del papel en la actualidad
2. Uso de cultivos alternativos. Estudios realizados.
3. Problemas
4. Soluciones tecnológicas
5. Conclusiones
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
La industria papelera es la principal consumidora de la
biomasa de las plantas después de la industria
alimentaria.
El consumo de papel estácreciendo constantemente,
en especial en Europa y América del Norte.
La producción de papel ha
crecido un 56% (1991-2009) y representa el 27% a nivel
mundial
Crecimiento del 53%
(2001-2006).
Elevado impacto ambiental
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Varias publicaciones
han estudiado el impacto
ambiental del proceso de
fabricación de papel a partir de
madera
Generación de vertidos:
COD: Demanda química de oxígeno.
AOX: Compuestos orgánicos halogenados.
Generación de emisiones:
NOx y SO2.
Generación de residuos:
Necesidad de soluciones!!!!!
Sobreexplotación de recursos
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
SOLUCIONES
Mejora de parámetros de proceso.
Reciclado del papel
Nuevas fuentes de materiales
Nuevas soluciones deben ser utilizadas para controlar
el impacto ambiental
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Nuevas tecnologías para la depuración de aguas de proceso.
Utilización de energías alternativas en el proceso.
Nuevas tecnologías de blanqueo de papel.
Mejora de parámetros de proceso
Solución 1
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Reciclado del papel
Solución 2
El 66,8% del papel consumido en 2008 fue reciclado en Europa.
Industrial o comercial
Doméstico
Oficinas
ERPA (European Recovered Paper Association), 2008.
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Reciclado del papel
Solución 2
El límite teórico de reciclado de papel y cartón es del 81% ya que el 19% no puede ser recuperado por razones técnicas.
El límite práctico ha sido estimado en el 75%.
El aumento de las tasas de reciclado desde las tasas actuales (66%) hasta el 75% es progresivamente más difícil.
Deterioro paulatino de la calidad del papel recuperado
Aumento continuo de la calidad del papel.
Necesidad de utilización de fuentes de recursos más limitadas y con menor calidad.
Necesidad de encontrar nuevas soluciones!
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Nuevas fuentes de materiales
Solución 3
Materiales diferentes de la madera pueden ser empleados para:
- Refuerzo de las fibras.- Sustitución de las fibras procedentes de la madera para la fabricación de papel.
-Sector agrario principal generador de residuos orgánicos.
- España representa el 13% de la producción de residuos orgánicos agrarios.
- La industria papelera europea utiliza un 1% de fibras alternativas (CEPI, 2007).
Residuos agrarios
Plantas silvestres
Plantas cultivadas
Solución a la gestión de los residuos orgánicos
Directiva 2008/98/CE
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2. USO DE CULTIVOS ALTERNATIVOS. ESTUDIOS REALIZADOS.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
¿Es más sostenible la fabricación de papel a partir de cultivos alternativos?
Para conocer el impacto ambiental de los diferentes procesos es necesario realizar estudios de Análisis de Ciclo de Vida.
Impacto ambiental causado por un determinado producto o proceso a lo largo de su vida.
El departamento de ingeniería química de la Universidad de Santiago de Compostela ha estudiado el impacto ambiental de:
La fabricación de papel a partir de lino y cáñamo. Lino Cáñamo
Pulpeado de sosa-AQ y blanqueado TCF
Estudio 1. ACV de proceso.IndustriaIndustria
ConsumidoresConsumidores
AdministraciAdministracióónn
Envasado
Transporte
Procesado
Distribución
Consumo
Agricultura
Tratamientode residuos
Residuos
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Etapas de ciclo de vida consideradas:- Actividades agrarias.- Producción de productos químicos.- Energía empleada. - Transporte de balas de lino, cáñamo y productos químicos. - Fabricación de las fibras.-Tratamiento de los residuos generados.
Impactos:- Agotamiento de los recursos abióticos.- Calentamiento global- Agotamiento de la capa de ozono- Toxicidad humana- Ecotoxicidad agua dulce.- Ecotoxidad agua marina.- Ecotoxidad terreste.- Formación de oxidantes fotoquímicos.- Acidificación- Eutrofización
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Etapas consideradas
Actividad agraria
Producción químicos
Producción energía
- AQ- NaOH- H2O2- O2- H2SO4- NaClO3- CaO- SO2.
- Gasoil- Fertilizantes- Pesticidas- Uso de la tierra- Transporte.
Perfil de generación de la energía en España*
* Life cycle inventories of energy systems: results for current systems inSwitzerland and other UCTE countries.
TransporteTransporte en camiones de 40 tn de capacidad desde el norte de Francia a España (914 km).
Pulpeado de las fibras
Combustibles.Electricidad.Capacidad de producciónUso de químicosTratamiento de vertidosGeneración de residuos
Generación de residuos
Transporte hasta instalaciones de tratamiento. Tratamiento de residuos de proceso.
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Impactos Principales resultadosAgotamiento de los recursos abióticos. Producción de productos químicos (H2O2): 64%.
Producción de energía: 33%.
Calentamiento global. 7 tn de CO2/tn de pulpa de papel:- Producción de las fibras.- Producción de energía.- Producción de compuestos químicos.
Agotamiento de la capa de ozono. - Producción de gas natural (25%) - Producción de productos químicos (19 %)- Producción de las fibras de lino y cáñamo (15-16%)- Generación de energía (14%)
Toxicidad humana. - Producción de energía (29%).- Actividades agrarias de producción de lino y cáñamo (46%).
Ecotoxicidad agua dulce. - Producción de productos químicos tales como H2O2 y NaOH (39%).- Producción de energía (25%).- Actividades agrarias (19%).
Ecotoxidad agua marina. - Producción de energía (42%).- Producción agraria (35%).- Producción de productos químicos (22%).
Ecotoxidad terreste. - Producción de químicos (52%). - Producción de energía (22%).
Formación de oxidantes fotoquímicos. - Producción de energía (36%).- Actividades agrarias (30%)- Producción de químicos (27%)
Acidificación. - Producción agraria (43%)- Producción de energía eléctrica (30%)-- Producción de químicos (19 %)
Eutrofización. - Producción agraria (72%).
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Principales impactos
Producción químicos
Producción energía
NaOHH2O2
Emisiones de mercurio.
Vertidos de vanadio y cobre.
Emisiones: CO2, fluoruro de hidrógeno, SO2 y NOx).
Consumo de combustibles.
Cultivo en otras regiones podría dar un menor impacto!!!!Producción agraria
Alto impacto se debe al bajo rendimiento de fibras del cáñamo y el lino en la región estudiada (1 tn/ha y 1.5 tn/ha).
Y el resto de los impactos????
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Impactos secundarios
Transporte
Proceso de fabricación
Posibilidades de mejora
- Búsqueda de fuentes más cercanas- Incluir transporte marítimo.
- Calentamiento global- Capa de ozono (Halon 1211 y CO2).- Vertidos (COD, P y N) - Eutrofización
Gestión de residuos
Posibilidad de reducción con planta de cogeneración.
Generación de calor y electricidada partir de
biomasa!!!
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 2. producción sostenible de papel a partir de residuos agrarios.
- Combatir el éxodo rural - Reducción de la importación de madera.- Introducción de nuevas tecnologías y productos (modernización).- Producción de bioenergía.
Finlandia:
-68% superficie boscosa.
-La explotación de los bosques supone el 10% del PIB (30% producción industrial y 40% exportación).
- Regeneración de la masa forestal en 60-160 años.
- Importación de 13 millones de m3 de madera al año.
- Principal país europeo con la mayor experiencia y potencial de fabricación de papel.
¿Por qué se interesan en el papel a partir de
residuos agrarios?
Beneficios:
Objetivos a lograr con el estudio:
- Eficiencia.- Libre de cloro y sullfuro. - Pequeña escala.- Alta calidad.
* Sustainable pulp production from agricultural Waste. Department of Process and Environmental Engineering, University of Oulu.
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3. Problemas de la utilización de fibras alternativas.
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3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras alternativas.
Sílice1
Retención de agua2
Fibras finas y cortas3
Material no fibroso4
La sílice presente en el material se disuelve y se presentan dificultades de recuperación. Se pueden producir adherencia a las paredes del
pulper necesitando mejoras para aumentar el rendimiento.
Aumento de coste!!
Descenso de la calidad!Dificultad de realizar el proceso de desaguado. Diferencias según el tipo de fibra.
Las fibras finas producen descenso del rendimiento del proceso y las
fibras cortas descenso de la calidad.
Hojas y diversos componentes no utilizables en el proceso de
fabricación del papel.
Necesidad de pretratamiento!!
* XII World Forestry Congress 2003, Quebec, Canada. Future fibers for pulp mills in Bangladesh
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3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras alternativas.
Logística5Densidad de las fibras alternativas mucho menor al de la madera.
Ej. Paja tiene rendimiento de 0.3-0.8 tn de producto/tn de materia prima. Es rentable
transportar largas distancias estas
fibras para fabricar papel?
Algunos autores no aconsejan más de 75 km de transporte*.
Desafío¿Cómo mejorar la logística?
Recogida y fabricación de las balas.
Manejo
Transporte
Almacenamiento
Est
rate
gia
s
Quien? Cuando? Que tipo de balas? Precio de embalado?
Minimización.
Forma DensidadCapacidad del vehículoDistancia
LocalizaciónCobertura
*Oinonen and Koskivirta, 1999
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3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras alternativas.
Necesidad de nuevas
tecnologías!!!!!
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4. SOLUCIONES TECNOLÓGICAS.
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4. Soluciones tecnológicas.
Proyecto Sonopulp
Objetivo principal:
“desarrollar un proceso basado en ultrasonidos de alta potencia que permita producir pasta de papel a partir de cultivos de carácter anual y residuos agrícolas en la industria papelera”.
IndustriaIndustriaConsumidoresConsumidores
AdministraciAdministracióónn
Envasado
Transporte
Procesado
Distribución
Consumo
Agricultura
Tratamientode residuos
Residuos
Participantes:Papiertechnische Stifung PTS (Alemania)ITENE (España)CELABOR (Bélgica)Technische Universität Dresden (Alemania)University of West Hungary (Hungría)Confederation of Hungarian Clusters and Networks (Hungría)JOANNEUM (Austria)ARGE Compost & Biogas Österreich (Austria)Agrotechnology and Food Innovations A&F (Holanda)Wereld van Papier (Holanda)
Proyecto Sonopulp
Por tanto …- Proporcionar un aprovechamiento eficiente de recursos y de energía- Ampliar las fuentes de materias primas en la industria papelera, teniendo en cuenta criterios ambientales, sociales, económicos, logísticos y técnicos - Desarrollo de nuevos materiales utilizando las fibras derivadas del nuevo proceso
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4. Soluciones tecnológicas.
§ Problemas ambientales§ Escaso aprovechamiento en Europa§ Un problema para los agricultores
¡Utilizarlo como materia prima en la industria papelera aplicando
tecnología ultrasonidos de alta potencia!
§ Dificultades técnicas para aprovechamiento a gran escala
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4. Soluciones tecnológicas.
ITENE
Plantas cultivadas
Trigo
Cebada
Avena
Centeno
Arroz
Maíz
Sorgo
Algodón
Caña de azúcar
Yute
Cáñamo
Plantas silvestres Juncos
Bambú
Esparto
Propiedades químicas1
Disponibilidad en España2
Contraste con el resto de participantes
4
Listado definitivo5
Logística de aprovisionamiento3
Celulosa y lignina
Mapa europeo de disponibilidad de fibras
aptas para:
-Material de refuerzo
- Fabricación de papel
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4. Soluciones tecnológicas.
ITENE
IndustriaIndustria
ConsumidoresConsumidores
AdministraciAdministracióónn
Envasado
Transporte
Procesado
Distribución
Consumo
Agricultura
Tratamientode residuos
Residuos
Análisis de Ciclo de Vida6
Depósito del residuo de paja de arroz en los
campos
Retirada residuos paja
de arroz
CosechaCrecimientoInundación del campo
de cultivo Siembra Crecimiento
Alternativas de gestión:§ Quema de rastrojos (prohibida)§ Aprovechamiento fabricación compost§ Aprovechamiento como forraje
Ej. Arroz.
Disponer de una definición clara de las etapas de ciclo de vida de los procesos de obtención de pulpa de papel procedente de plantas anuales y residuos agrícolas.
Recopilación de informaciónacerca de proceso de cultivo, logística de aprovisionamiento, nuevo proceso de fabricación, posibilidades de gestión del residuo.
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5. CONCLUSIONES
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5. Conclusiones
Fabricación papel implica un elevado impacto ambiental.
Mejora de procesos
Soluciones:
Logística
Materiales alternativos Impedimentos:
Retención de humedad
Fibras
Material no fibroso
SíliceReciclado
Desafío tecnológico