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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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.


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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%).


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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????


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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!!!


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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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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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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


Envasado

Transporte

Procesado

Distribución

Consumo

Agricultura


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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§ 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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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

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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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ITENE

IndustriaIndustria

ConsumidoresConsumidores


Envasado

Transporte

Procesado

Distribución

Consumo

Agricultura


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

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César Aliaga – Técnico del departamento de [email protected]

Gracias por vuestra atención!

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