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EASYFAIRS 2010
Tecnologías para la producción depapel a partir de residuos agrícolas y plantasanuales.
D. César Aliaga BaqueroTécnico Dpto. de Sostenibilidad
ITENEEasyfairs Barcelona, 15 abril 2010
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Índice
1. Industria del papel en la actualidad2. 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 laprincipal consumidora de la
biomasa de las plantas
después de la industriaalimentaria .
El consumo de papel estácreciendo constantemente,
en especial en Europa y América del Norte.
La producciónde papel ha
crecido un 56%(1991-2009) y
representa el27% a nivelmundial
Crecimientodel 53%(2001-2006).
Elevado impactoambiental
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Variaspublicaciones
han estudiado elimpactoambiental del
proceso defabricación de
papel a partir demadera
Generación de vertidos:COD: Demanda química de oxígeno.
AOX: Compuestos orgánicoshalogenados.
Generación de emisiones:NOx y SO2.
Generación de residuos:
Necesidad desoluciones!!!!!
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 debenser utilizadas para controlar
el impacto ambiental
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Nuevas tecnologías para ladepuración de aguas de proceso.
Utilización de energías alternativasen el proceso.
Nuevas tecnologías de blanqueo depapel.
Mejora deparámetrosde proceso
Solución1
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Recicladodel papel
Solución2
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
Recicladodel papel
Solución2
Ellímite teórico de reciclado de papel ycartón es del 81% ya que el 19% no puede serrecuperado por razones técnicas.
Ellímite práctico ha sido estimado en el75%.
El aumento de las tasas de reciclado desde lastasas actuales (66%) hasta el 75% esprogresivamente más difícil.
Deterioro paulatino de la calidad del papelrecuperado
Aumento continuo de la calidad del papel.
Necesidad de utilización de fuentes derecursos más limitadas y con menor calidad.
Necesidad de encontrarnuevas soluciones!
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1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Nuevasfuentes demateriales
Solución3
Materiales diferentes de la madera pueden ser empleados para:
- Refuerzo de las fibras.- Sustitución de las fibras procedentes de la madera para lafabricación de papel.
-Sector agrario principal generador deresiduos orgánicos.
- España representa el 13% de laproducción de residuos orgánicos agrarios.
- La industria papelera europea utilizaun 1% de fibras alternativas (CEPI,2007).
Residuosagrarios
Plantassilvestres
Plantascultivadas
Solución a la gestión delos residuos orgánicos
Directiva2008/98/CE
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2. USO DE CULTIVOS ALTERNATIVOS. ESTUDIOSREALIZADOS.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
¿Es más sostenible lafabricación de papel a partir decultivos alternativos?
Para conocer el impacto ambiental de losdiferentes procesos es necesario realizar
estudios de Análisis de Ciclo de Vida.
Impacto ambiental causado por undeterminado producto o proceso a lo largode su vida.
El departamento de ingeniería química dela Universidad de Santiago de Compostelaha estudiado el impacto ambiental de:
La fabricación de papel a partir de lino ycáñamo. Lino Cáñamo
Pulpeado de sosa-AQ y blanqueado TCF
Estudio 1. ACV de proceso.Industria Industria
Consumidores Consumidores
Adminis t raci Adminis t raci ó ó n n
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 yproductos 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
Etapasconsideradas
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 dela energía en España*
* Life cycle inventories of energy systems: results for current systems inSwitzerland and other UCTE countries.
Transporte Transporte en camiones de 40 tn decapacidad desde el norte de Francia aEspaña (914 km).
Pulpeado de lasfibras
Combustibles.
Electricidad.Capacidad de producciónUso de químicosTratamiento de vertidosGeneración de residuos
Generación deresiduos
Transporte hasta instalaciones detratamiento.Tratamiento de residuos deproceso.
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 resultados Agotamiento 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
Principalesimpactos
Producción químicos
Producción energía
NaOHH2O2
Emisiones de mercurio.
Vertidos de vanadio ycobre.
Emisiones: CO2 , fluoruro dehidrógeno, SO2 y NOx).
Consumo de combustibles.
Cultivo enotrasregionespodría darun menor
impacto!!!!Producción agraria
Alto impacto se debe al bajorendimiento de fibras delcáñamo y el lino en la regiónestudiada (1 tn/ha y 1.5 tn/ha).
Y el resto de losimpactos????
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Impactossecundarios
Transporte
Proceso defabricación
Posibilidadesde mejora
- Búsqueda defuentes máscercanas- Incluir transportemarítimo.
- Calentamiento global- Capa de ozono (Halon1211 y CO2).- Vertidos (COD, P y N)- Eutrofización
Gestión de residuos
Posibilidad de reduccióncon planta decogeneración.
Generación de calor yelectricidada partir de
biomasa!!!
Estudio 1. ACV de proceso.
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 2. producción sostenible de papel a partir de residuosagrarios.
- 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 ypotencial de fabricación de papel.
¿Por qué se interesanen 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 ofProcess 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 fibrasalternativas.
Sílice1
Retención de agua2
Fibras finas y cortas3
Material no fibroso4
La sílice presente en el material se disuelve y se presentan dificultadesde recuperación. Se pueden producir adherencia a las paredes delpulper 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 lasfibras cortas descenso de la calidad.
Hojas y diversos componentes no utilizables en el proceso defabricación del papel.
Necesidad depretratamiento!!
* 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 fibrasalternativas.
Logística5 Densidad de las fibras alternativas muchomenor al de la madera.Ej. Paja tiene rendimiento de 0.3-0.8 tn deproducto/tn de materia prima. Es rentable
transportar largasdistancias estas
fibras para fabricarpapel?
Algunos autoresno aconsejanmás de 75 kmde transporte*.
Desafío¿Cómo mejorar la logística?
Recogida yfabricación de lasbalas.
Manejo
Transporte
Almacenamiento
E s t r a t e g
i a s
Quien? Cuando? Que tipo debalas? Precio de embalado?
Minimización.
FormaDensidadCapacidad delvehículoDistancia
LocalizaciónCobertura *Oinonen and Koskivirta, 1999
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3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibrasalternativas.
Necesidad denuevas
tecnologías!!!!!
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4. SOLUCIONES TECNOLÓGICAS.
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4. Soluciones tecnológicas.
§ Problemas ambientales§ Escaso aprovechamientoen Europa§ Un problema para losagricultores
¡Utilizarlo como materiaprima en la industriapapelera aplicando
tecnología ultrasonidos dealta potencia!
§ Dificultades técnicasparaaprovechamiento agran escala
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4. Soluciones tecnológicas.
ITENE
Plantas cultivadas
Trigo
Cebada
Avena
Centeno Arroz
Maíz
Sorgo
Algodón
Caña de azúcar
YuteCáñamo
Plantas silvestres Juncos
Bambú
Esparto
Propiedades químicas1
Disponibilidad en España2
Contraste con el resto departicipantes
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Listado definitivo5
Logística deaprovisionamiento3
Celulosa y lignina
Mapa europeo dedisponibilidad de fibras
aptas para:-Material de refuerzo- Fabricación de papel
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4. Soluciones tecnológicas.
ITENE
Industria Industria
Consumidores Consumidores
Adminis t raci Adminis t raci ó ó n n
Envasado
Transporte
Procesado
Distribución
Consumo
Agricultura
Tratamientode residuos
Residuos
Análisis de Ciclo de Vida6
Depósi to de l r e s iduo depa j a de a r ro z en lo s
c a m p o s
Re t i r adare s iduos pa j a
de a r roz
CosechaCrecimiento Inundación del campode cultivo Siembra Crecimiento
Al te rna t iv as de ges t i ón : § Quema de r a s t ro jo s (p roh ib ida ) § Aprovechamien t o f ab r i cac ión compos t § Aprovechamien to como fo r r a j e
Ej. Arroz.
Disponer de una definición clara delas etapas de ciclo de vida delos procesos de obtención depulpa de papel procedente deplantas anuales y residuosagrícolas.
Recopilación de informaciónacerca de proceso de cultivo, logística deaprovisionamiento, nuevo proceso defabricación, posibilidades de gestión delresiduo.
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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
FibrasMaterial no fibroso
SíliceReciclado
Desafío tecnológico
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César Aliaga – Técnico del departamento de [email protected]
Gracias por vuestraatención!