LAYMAN`S Report LAYMAN`S Report

Climate Change Adaptation
of Structural Ceramics Indust ry
Decreasing the Firing Temperature
Using Laser Technology
LAYMAN’S Report
.
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
La industria cerámica estructural utiliza para la fabricación de los
productos cerámicos (ladrillos, tejas) temperaturas de cocción muy
elevadas, y hasta 1.300 ºC en el caso de los productos más refractarios.
Estas temperaturas no son necesarias por las propiedades mecanicas y
estructurales (por ejemplo, exhiben valores de fuerza mecánica cinco
veces superiores a los requeridos), sino por causas estéticas que
demanda el mercado actual. En el caso particular de los ladrillos
refractarios, el proceso reducirá la temperatura de cocción de 1300ºC a
900ºC, con el ahorro de energía subsecuente y la reducción de
emisiones.
Trabajos previos de algunos miembros del consorcio, han demostrado
que la energía láser puede producir este tipo de productos así como
efectos de acabado que son imposibles de obtener con el proceso
convencional, sin olvidar los beneficios ecológicos mencionados
anteriormente.
Con vistas a alcanzar estos objetivos, la tecnología láser es una
herramienta que sustituirá parcialmente la etapa de cocción, por medio
de tratamientos de superficie que permiten la conservación de las
propiedades tecnológicas de las piezas de cerámica, así como la
reducción de la temperatura de cocción.
Generalmente, las propiedades tecnológicas de estas cerámicas están
fuertemente influenciadas por su acabado superficial. Por ello, como la
tecnología láser ofrece la posibilidad de obtener el mismo acabado
superficial que el que se obtiene mediante el proceso convencional, se
obtendrán los mismos efectos pero a más bajas temperaturas
reduciendo de forma considerable la emisión de gases de efecto
invernadero.
Dependiendo de la fuente que se utilice para la estimación de
consumos (Hispalyt, Asociación Española de Fabricantes de Ladrillos y
Tejas u Oxycomb Sistemas especialista en combustión) el ahorro en el
consumo de gas natural por tonelada de producto obtenido que se
produce en la disminución de la temperatura de cocción, por ejemplo
de 1100 ºC a 800 ºC oscila entre el 23 y el 50 %, esto supondría en una
fábrica de tamaño medio (capacidad de producción 300 t/día) una
disminución de emisiones de CO2 de un mínimo de 3563 t/año y un
máximo de 7750 t/año.
LIFE09/ ENV/ES/000435
EL PROYECTO LASERFIRING (http://www.laserfiring.eu)
El objetivo principal del proyecto es desarrollar una nueva metodología
para fabricar piezas de cerámica estructurales utilizando tecnología
laser en la fase de combustión de forma que se permita
 Adaptar/modificar los procesos de fabricación de la cerámica
estructural con objeto de reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero para disminuir el impacto sobre el cambio climático
de acuerdo con la “Estrategia Europea sobre el cambio
climático” y la Comunicación de la Comisión, de 10 de enero de
2007, «Limitar el calentamiento mundial a 2ºC - Medidas
necesarias hasta 2020 y después» [COM (2007) 2 final
 Obtener una nueva gama de productos cerámicos para la
construcción obtenida a partir de un nuevo proceso en que la
disminución de las temperaturas de cocción del proceso de
fabricación permitirá una reducción del consumo energético y la
producción de gases de efecto invernadero
 Estudiar/establecer, a escala de planta piloto, los ahorros
energéticos y disminución de emisiones de gases de efecto
invernadero que se producirán con este nuevo proceso
productivo.
 Establecer los parámetros necesarios para la definición del
proceso y el balance energético de cara a su aplicación futura
en plantas de producción de carácter industrial.
EL BENEFICIARIO Y EL CONSORCIO
El proyecto se basa en investigaciones previas llevadas a cabo en ICMA
durante los últimos años. El consorcio formado por AITEMIN, ICMA,
EasyLaser and Physicgm tiene suficiente experiencia técnica y científica
en las áreas requeridas tanto para asegurar la consecución de las
tareas, como para garantizar el cumplimiento de los objetivos del
proyecto. El ICMA (Universidad de Zaragoza – CSIC) tiene una amplia
experiencia en el procesado de superficie de materiales mediante láser
para la mejora de las propiedades estéticas y tribológicas. AITEMIN es un
Instituto Tecnológico que ofrece apoyo tecnológico a la industria de la
cerámica estructural desde 1995 y contribuye con una extensa
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experiencia en el estudio de procesados cerámicos y caracterización
de materiales. Physicgm es especialista en montaje e instalación de
plantas industriales para la industria cerámica. EasyLaser (actualmente
JEANOLOGIA) tiene una excelente experiencia en desarrollo láser e
integración de sistemas láser en procesos industriales.
LOS RESULTADOS DEL PROYECTO
El objetivo principal del proyecto ha sido alcanzado de manera muy
satisfactoria, de forma que ha sido posible diseñar, construir, instalar así como
validar el funcionamiento del prototipo de una nueva linea de productos
de cerámica para la industria de la construcción.
Se han obtenido los siguientes resultados
 La tecnología láser se ha implementado para la fabricación de
cerámica estructural de manera continua, modificando el
proceso de cocción convencional y reduciendo el consumo de
combustibles cuya combustión emite CO2.
 La reducción de emisiones y el ahorro energético puede ser
cuantificados, dependiendo de la composición del mineral:
o En el caso de las arcillas de cocción blanca, productos con
resistencia significativa a las heladas, fueron obtenidos a
900ºC (resistencia alrededor de 21 MPa). La temperatura
convencional de cocción para esa arcilla blanca es
1180ºC, confiriendo una resistencia de 35-40 MPa y color
blanco en las cuatro caras. Teniendo en cuenta que los
valores obtenidos en el proyecto LASERFIRING provienen de
ladrillos fabricados in-situ en la planta piloto de AITEMIN, y
que esto mejora un 30-40% el proceso respecto a la escala
industrial, se espera que estas propiedades se reduzcan
alrededor de un 20%. Los ahorros energéticos y la
disminución en emisiones de CO2 se mantendrán entre 28 y
34% respectivamente. El procesado a temperaturas mas
bajas podría producir un deterioro de las propiedades
alrededor de 20% aunque la cocción a 800ºC constituya un
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ahorro energético de 40%.
o Con las arcillas rojas, el método LASERFIRING produce
ladrillos rojos, marrones y negros. Para obtener los mismos
resultados a nivel industrial en el caso de los ladrillos rojos y
marrones, se utiliza la misma arcilla a 900 o 925ºC,
añadiendo dióxido de Mn cuando se quiere obtener color
marrón. Los ladrillos negros industriales son obtenidos con
distintas arcillas, aditivos y diferentes formulaciones, que
dependen del fabricante. La resistencia mecánica del
ladrillo rojo y marrón cae aproximadamente entre 20 y 25
MPa, mientras que en el ladrillo negro, la caída es entre 35
y 40 Mpa. El ladrillo rojo y marrón se obtiene con
tonalidades diversas a 750ºC sin el uso de aditivos. Los
valores de resistencia mecánica varían en un rango de 1315 MPa a 750ºC y 16-20 MPa a 800ºC.
La reducción de los gases de efecto invernadero y ahorros
energéticos de 10-14% pueden ser alcanzados. En el caso
de los ladrillos negros, la reducción de las emisiones y el
ahorro energético pueden ser significativamente mayores,
ya que a 850ºC se obtiene una resistencia mecánica de 23
MPa, y a 900ºC de 30 MPa. Esto se traduciría en una
reducción de emisiones y un ahorro energético del 35%.
o Finalmente, en el caso de arcilla para gres que se fabrica,
convencionalmente, a 1250ºC, con una resistencia
compresiva de 40-45 MPa, en LASERFIRING con productos
procesados a 1000ºC y 1050ºC se obtienen valores de 20
MPa, que cumplen con las especificaciones industriales, así
como resistencia a las heladas. La reducción en emisiones
de CO2 y consumo energético es aproximadamente de un
20-30% in este caso.
 Respecto al acabado del producto (estética), se obtienen
acabados (por las cuatro caras de las piezas) con apariencia
inexistente en el mercado y con la ventaja de que los ladrillos de
color LASERFIRING no requieren la utilización de aditivos. Además,
los efectos estéticos obtenidos hasta ahora, como se indica, no
se pueden obtener con ninguna otra técnica
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conocida ni utilizada convencionalmente hasta el momento.
 Estudios llevados a cabo durante el desarrollo del proyecto
LASERFIRING indican que el equipo Industrial de Horno a Laser
podría ser construido con un ahorro asociado del 10% relativo a
las instalaciones convencionales usadas en la actualidad.
IMPACTOS Y BENEFICIOS

IMPACTO AMBIENTAL
Desde el punto de vista ambiental, el nuevo proceso tiene un impacto positivo
en el sentido de que, de acuerdo con los resultados alcanzados, el uso de la
tecnología LASERFIRNG en la fabricación de ladrillos, tejas y pavimentos,
ha permitido disminuir la temperatura del proceso de 1200ºC a 850ºC, lo
que supone una disminución de 80 – 85 toneladas en las emisiones de
CO2 por cada tonelada de producto fabricado. Por otro lado, cabe
destacar que este proyecto es muy relevante para la política y
legislación Europea
 Comunicación de la Comisión del 9 de Febrero de 2005 "Ganar la
batalla contra el cambio climático mundial " [COM(2005) 35 – Diario
Oficial C 125 del 21.5.2005]. De este modo, cualquier estrategia debe
incluir “la potenciación de la innovación, que incluye la aplicación y
el despliegue de las tecnologías existentes, y el desarrollo de nuevas
tecnologías (en particular, mediante políticas activas de apoyo que
sacan partido de la sustitución normal de los equipos)”
 Comunicación de la Comisión del 13 de Noviembre de 2008 -
Eficiencia energética: alcanzar el objetivo del 20% [COM(2008) 772 –
No publicado en el Diario Oficial]. La necesidad de aumentar la
eficiencia energética es parte del objetivo del '20-20-20', iniciativa
para 2020, que supongo un ahorro del 20% del consumo de energía
primaria y de las emisiones de gases con efecto invernadero, así
como la inclusión de 20% de energías renovables en cuanto a
consumo energético.
 El Sexto Programa de Acción de la UE (SPA), "Medio ambiente 2010:
el futuro está en nuestras manos", asegura estabilizar las
concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero a un
nivel que no cause variaciones no naturales del clima del planeta.
Según el consenso científico, el cambio climático está ocurriendo y
la actividad humana está provocando el aumento de las
concentraciones
de
gases
de
efecto
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invernadero, que es la causa principal del problema.
 El desarrollo del proyecto y sus resultados han mostrado que es
posible la adaptación y la modificación de la fabricación de la
cerámica estructural con el objetivo de reducir las emisiones de
gases y disminuir el impacto del cambio climático, en consonancia
con la “Estrategia Europea sobre cambio climático” y la
comunicación de la Comisión del 10 de Enero de 2007 “Limitar el
calentamiento mundial a 2 ºC - Medidas necesarias hasta 2020 y
después” [COM(2007) 2 final]

BENEFICIOS ECONÓMICOS.
Desde el punto de vista financiero y económico el proyecto demuestra
viabilidad técnica del proceso ya que
 La tecnología LASERFIRING genera una reducción de los costes de
producción lo que vuelve el procesado de la cerámica más
competitivo por la disminución en el consumo de energía.
 La tecnología LASERFIRING reduce los costes de fabricación lo
que permite un ahorro económico en lo que se refiere a las tasas
asociadas a las emisiones de CO2.
 Los resultados obtenidos a través de la tecnología LASERFIRING
parecen generar nuevas oportunidades en lo que se refiere a las
propiedades de los materiales cerámicos y en la aplicación de
esta “tecnología limpia” en otros sectores de la industria del vidrio
y la cerámica, ya que los ahorros en los costes de energía,
emisiones de CO2 y de uso de recursos hídricos, pueden ser muy
significativos.

TRANSFERABILIDAD
Como se ha explicado anteriormente, las soluciones del proyecto
LASERFIRING son muy ventajosas desde el punto de vista medioambiental.
Además, la ventaja asociada a esta nueva tecnología es que es
aplicable a la pasta cerámica, especialmente a la roja, confiriendo
excelentes propiedades en el acabado. Bajo este punto de vista, la
transferencia de esta tecnología no estaría limitada al ámbito de las
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cerámicas estructurales, sino incluida en ladrillos, tejas, ladrillos de
acabado de fachadas (cara-vista) y productos de tercer fuego.
 El interés por el proyecto LASERFIRING y de la solución que ofrece ha
resultado evidente para las partes interesadas.
 La potencialidad para implementar esta técnica a nivel Europeo
parece ser notable. Todos los contactos realizados a lo largo de la
implantación del proyecto han mostrado un gran interés por el mismo.
PROCESO'LASERFIRING'
Puesta'en'marcha'del'
horno'
'
Puesta'en'marcha'del'
sistema'láser'
'
Ajustar'parámetros'de'
temperatura'del'horno'para'
establecer'el'proceso'
LASERFIRING'
Ajustar'velocidad'
desplazamienta'de'la'
muestra'
Ajustar'condiciones'del'
láser'(potencia'del'láser,'
velocidad'de'escaneo'y'
frecuencia)'
Introducción'de'cerámicas'sin'tratar'
en'el'horno'láser'desde'el'secadero'
Tratamiento'en'el'HornoJLáser'
Producto'Final'
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Laboratorios de pruebas en AITEMIN
Horno escala laboratorio en el ICMA
Secciones de moldeo y extrusion en AITEMIN
Sección de molienda en AITEMIN
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Transporte y ensamblaje del horno en AITEMIN
Montaje y ajuste de los láseres
Detalle de los láseres (superior e
inferior).
Diagrama del proceso láser.
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La instalación finalizada
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Incidencia de los láseres (superior e inferior)
Incidencia en el ladrillo del láser superior
Horno en funcionamiento con el laser superior incidiendo en la cabeza de los ladrillos
Producto final obtenido con el prototipo
Varios ladrillos con diferentes terminaciones
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Jornada de Clausura y presentación de resultados del proyecto LIFE09 ENV/ES/435 - LASERFIRING
"LASERFIRING"
Asistententes a la Jornada de Clausuara
visitando el prototipo
Visitantes inspeccionando el producto final
Finalización de la Jornada de Clausura
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