foto 2 - Easyfairs

EASYFAIRS 2010
Tecnologías para la producción de
papel a partir de residuos agrícolas y plantas
anuales.
D. César Aliaga Baquero
Técnico Dpto. de Sostenibilidad
ITENE
Easyfairs Barcelona, 15 abril 2010
Índice
1.
Industria del papel en la actualidad
2.
Uso de cultivos alternativos. Estudios realizados.
3.
Problemas
4.
Soluciones tecnológicas
5.
Conclusiones
2
1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
3
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 está
creciendo constantemente,
en especial en Europa y
América del Norte.
Elevado impacto
ambiental
La producción
de papel ha
crecido un 56%
(1991-2009) y
representa el
27% a nivel
mundial
Crecimiento
del 53%
(2001-2006).
4
1.
INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Sobreexplotación de recursos
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!!!!!
5
1.
INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Mejora de parámetros de proceso.
SOLUCIONES
Reciclado del papel
Nuevas fuentes de materiales
Nuevas soluciones deben
ser utilizadas para controlar
el impacto ambiental
6
1.
Solución
1
Mejora de
parámetros
de proceso
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.
7
1.
INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Industrial o comercial
Solución
2
Oficinas
Reciclado
del papel
Doméstico
El 66,8% del papel consumido en 2008 fue reciclado en Europa.
ERPA (European Recovered Paper Association), 2008.
8
1.
INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Solución
2
Reciclado
del papel
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
75%.
práctico ha sido estimado en el
El aumento de las tasas de reciclado desde las
tasas actuales (66%) hasta el 75% es
progresivamente más difícil.
Necesidad de encontrar
nuevas soluciones!
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.
9
1.
INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD
Materiales diferentes de la madera pueden ser empleados para:
Solución
3
Nuevas
fuentes de
materiales
- Refuerzo de las fibras.
- Sustitución de las fibras procedentes de la madera para la
fabricación de papel.
Residuos
agrarios
Plantas
cultivadas
-Sector agrario principal generador de
residuos orgánicos.
Plantas
silvestres
Directiva
2008/98/CE
- España representa el 13% de la
producción de residuos orgánicos agrarios.
- La industria papelera europea utiliza
un 1% de fibras alternativas (CEPI,
2007).
Solución a la gestión de
los residuos orgánicos
10
2. USO DE CULTIVOS ALTERNATIVOS. ESTUDIOS
REALIZADOS.
11
2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
Agricultura
Consumidores
Procesado
Industria
Tratamiento
de residuos
Envasado
¿Es más sostenible la
fabricación de papel a partir de
cultivos alternativos?
Residuos
Transporte
Consumo
Distribución
Administració
Administración
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
12
2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
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
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
- Gasoil
- Fertilizantes
- Pesticidas
- Uso de la tierra
- Transporte.
Actividad agraria
Producción químicos
Etapas
consideradas
Producción energía
Transporte
- AQ
- NaOH
- H2O2
- O2
- H2SO4
- NaClO3
- CaO
- SO2.
Perfil de generación de
la energía en España*
Transporte en camiones de 40 tn de
capacidad desde el norte de Francia a
España (914 km).
Pulpeado de las
fibras
Combustibles.
Electricidad.
Capacidad de producción
Uso de químicos
Tratamiento de vertidos
Generación de residuos
Generación de
residuos
Transporte hasta instalaciones de
tratamiento.
Tratamiento de residuos de
proceso.
* Life cycle inventories of energy systems: results for current systems in
Switzerland and other UCTE countries.
14
2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
15
2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
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.
-
Ecotoxicidad agua dulce.
Ecotoxidad agua marina.
Producción de energía (29%).
Actividades agrarias de producción de lino y cáñamo (46%).
- Producción de productos químicos tales como H2O2 y NaOH (39%).
- Producción de energía (25%).
- Actividades agrarias (19%).
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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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
Producción químicos
Principales
impactos
Producción energía
NaOH
H2O2
Emisiones de mercurio.
Vertidos de vanadio y
cobre.
Emisiones: CO2, fluoruro de
hidrógeno, SO2 y NOx).
Consumo de combustibles.
Producción agraria
Cultivo en
otras
regiones
Alto impacto se debe al bajo
podría dar
rendimiento de fibras del
un menor
cáñamo y el lino en la región
estudiada (1 tn/ha y 1.5 tn/ha). impacto!!!!
Y el resto de los
impactos????
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 1. ACV de proceso.
Posibilidades
de mejora
Transporte
Impactos
secundarios
Proceso de
fabricación
- Búsqueda de
fuentes más
cercanas
- Incluir transporte
marítimo.
- Calentamiento global
- Capa de ozono (Halon
1211 y CO2).
- Vertidos (COD, P y N)
- Eutrofización
Posibilidad de reducción
con planta de
cogeneración.
Gestión de residuos
Generación de calor y
electricidada partir de
biomasa!!!
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2. CULTIVOS ALTERNATIVOS
Estudio 2. producción sostenible de papel a partir de residuos
agrarios.
Finlandia:
-68% superficie boscosa.
-La explotación de los bosques supone el 10% del PIB
(30% producción industrial y 40% exportación).
¿Por qué se interesan
en el papel a partir de
residuos agrarios?
- 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.
Objetivos a lograr con el estudio:
Beneficios:
- Combatir el éxodo rural
- Reducción de la importación de madera.
- Introducción de nuevas tecnologías y productos
(modernización).
- Producción de bioenergía.
- 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.
19
3. Problemas de la utilización de fibras alternativas.
20
3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras
alternativas.
1
Sílice
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!!
2
Retención de agua
3
Fibras finas y cortas
Dificultad de realizar el proceso de desaguado.
Diferencias según el tipo de fibra.
Descenso de la calidad!
Las fibras finas producen descenso del rendimiento del proceso y las
fibras cortas descenso de la calidad.
Necesidad de
pretratamiento!!
4
Material no fibroso
Hojas y diversos componentes no utilizables en el proceso de
fabricación del papel.
* XII World Forestry Congress 2003, Quebec, Canada. Future fibers for pulp mills in Bangladesh
21
3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras
alternativas.
5
Logística
Densidad 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.
Desafío
¿Cómo mejorar la logística?
Estrategias
Recogida y
fabricación de las
balas.
Quien? Cuando? Que tipo de
balas? Precio de embalado?
Manejo
Minimización.
Transporte
Forma
Densidad
Capacidad del
vehículo
Distancia
Almacenamiento
Es rentable
transportar largas
distancias estas
fibras para fabricar
papel?
Localización
Cobertura
Algunos autores
no aconsejan
más de 75 km
de transporte*.
*Oinonen and Koskivirta, 1999
22
3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras
alternativas.
Necesidad de
nuevas
tecnologías!!!!!
23
4. SOLUCIONES TECNOLÓGICAS.
24
4. Soluciones tecnológicas.
Agricultura
Consumidores
Procesado
Industria
Tratamiento
de residuos
Envasado
Proyecto Sonopulp
Residuos
Transporte
Consumo
Distribución
Administració
Administración
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”.
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
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)
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4. Soluciones tecnológicas.
Problemas ambientales
§ Escaso aprovechamiento
en Europa
§ Un problema para los
agricultores
§
Dificultades técnicas
para
aprovechamiento a
gran escala
§
¡Utilizarlo como materia
prima en la industria
papelera aplicando
tecnología ultrasonidos de
alta potencia!
26
4. Soluciones tecnológicas.
ITENE
Celulosa
y lignina
Trigo
Cebada
Avena
Centeno
Plantas cultivadas
1
Propiedades químicas
2
Disponibilidad en España
3
Logística de
aprovisionamiento
4
Contraste con el resto de
participantes
5
Listado definitivo
Arroz
Maíz
Sorgo
Algodón
Caña de azúcar
Yute
Cáñamo
Plantas silvestres
Juncos
Bambú
Esparto
Mapa europeo de
disponibilidad de fibras
aptas para:
-Material de refuerzo
- Fabricación de papel
27
4. Soluciones tecnológicas.
6
ITENE
Agricultura
Consumidores
Procesado
Industria
Tratamiento
de residuos
Análisis de Ciclo de Vida
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.
Envasado
Recopilación de información
acerca de proceso de cultivo, logística de
aprovisionamiento, nuevo proceso de
fabricación, posibilidades de gestión del
residuo.
Residuos
Transporte
Consumo
Distribución
Administració
Administración
Ej. Arroz.
Crecimiento
Cosecha
Depósito del residuo de
paja de arroz en los
campos
Inundación del campo
de cultivo
Retirada
residuos paja
de arroz
Siembra
Crecimiento
Alternativas de gestión:
§ Quema de rastrojos (prohibida)
§ Aprovechamiento fabricación compost
§ Aprovechamiento como forraje
28
5. CONCLUSIONES
29
5. Conclusiones
Fabricación papel implica un elevado impacto ambiental.
Desafío tecnológico
Soluciones:
Mejora de procesos
Sílice
Reciclado
Materiales alternativos
Retención de humedad
Impedimentos:
Fibras
Material no fibroso
Logística
30
Gracias por vuestra
atención!
César Aliaga – Técnico del departamento de Sostenibilidad
[email protected]
31