Tecnologías para la producción de papel a partir de residuos agrícolas y plantas anuales.

Transcripción

1 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

2 Índice 1. Industria del papel en la actualidad 2. Uso de cultivos alternativos. Estudios realizados. 3. Problemas 4. Soluciones tecnológicas 5. Conclusiones 2

3 1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD 3

4 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% ( ) y representa el 27% a nivel mundial Crecimiento del 53% ( ). 4

5 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

6 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

7 1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD Solución 1 Mejora de parámetros de proceso Nuevas tecnologías para la depuración de aguas de proceso. Utilización de energías alternativas en el proceso. Nuevas tecnologías de blanqueo de papel. 7

8 1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD Industrial o comercial Solución 2 Reciclado del papel Oficinas Doméstico El 66,8% del papel consumido en 2008 fue reciclado en Europa. ERPA (European Recovered Paper Association),

9 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 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. 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

10 1. INDUSTRIA DEL PAPEL EN LA ACTUALIDAD Materiales diferentes de la madera pueden ser empleados para: Solución 3 - Refuerzo de las fibras. - Sustitución de las fibras procedentes de la madera para la fabricación de papel. Nuevas fuentes de materiales Residuos agrarios Plantas cultivadas Plantas silvestres -Sector agrario principal generador de residuos orgánicos. Directiva 2008/98/CE - España representa el 13% de la producción de residuos orgánicos agrarios. Solución a la gestión de los residuos orgánicos - La industria papelera europea utiliza un 1% de fibras alternativas (CEPI, 2007). 10

11 2. USO DE CULTIVOS ALTERNATIVOS. ESTUDIOS REALIZADOS. 11

12 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 1. ACV de proceso. Industria Tratamiento de residuos Agricultura Procesado Consumidores Envasado Es más sostenible la fabricación de papel a partir de cultivos alternativos? Residuos Consumo Transporte Distribución 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

13 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 13

14 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 1. ACV de proceso. Actividad agraria - Gasoil - Fertilizantes - Pesticidas - Uso de la tierra - Transporte. Etapas consideradas Producción químicos Producción energía - AQ - NaOH - H2O2 - O2 - H2SO4 - NaClO3 - CaO - SO2. Perfil de generación de la energía en España* Transporte Pulpeado de las fibras Transporte en camiones de 40 tn de capacidad desde el norte de Francia a España (914 km). 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

15 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 1. ACV de proceso. 15

16 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. - 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%). 16

17 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 1. ACV de proceso. Producción químicos NaOH H2O2 Emisiones de mercurio. Vertidos de vanadio y cobre. Principales impactos Producción energía Emisiones: CO2, fluoruro de hidrógeno, SO2 y NOx). Consumo de combustibles. 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). Cultivo en otras regiones podría dar un menor impacto!!!! Y el resto de los impactos???? 17

18 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 1. ACV de proceso. Transporte Posibilidades de mejora - Búsqueda de fuentes más cercanas - Incluir transporte marítimo. Impactos secundarios Proceso de fabricación - 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!!! 18

19 2. CULTIVOS ALTERNATIVOS Estudio 2. producción sostenible de papel a partir de residuos agrarios. -68% superficie boscosa. Objetivos a lograr con el estudio: - Eficiencia. - Libre de cloro y sullfuro. - Pequeña escala. - Alta calidad. Finlandia: -La explotación de los bosques supone el 10% del PIB (30% producción industrial y 40% exportación). - Regeneración de la masa forestal en 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: - Combatir el éxodo rural - Reducción de la importación de madera. - Introducción de nuevas tecnologías y productos (modernización). - Producción de bioenergía. * Sustainable pulp production from agricultural Waste. Department of Process and Environmental Engineering, University of Oulu. 19

20 3. Problemas de la utilización de fibras alternativas. 20

21 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 Dificultad de realizar el proceso de desaguado. Diferencias según el tipo de fibra. Descenso de la calidad! 3 Fibras finas y cortas 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

22 3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras alternativas. 5 Logística Cómo mejorar la logística? Densidad de las fibras alternativas mucho menor al de la madera. Ej. Paja tiene rendimiento de tn de producto/tn de materia prima. Desafío Es rentable transportar largas distancias estas fibras para fabricar papel? Estrategias Recogida y fabricación de las balas. Manejo Transporte Almacenamiento Quien? Cuando? Que tipo de balas? Precio de embalado? Minimización. Forma Densidad Capacidad del vehículo Distancia Localización Cobertura Algunos autores no aconsejan más de 75 km de transporte*. *Oinonen and Koskivirta,

23 3. Problemas de la fabricación de papel a partir de fibras alternativas. Necesidad de nuevas tecnologías!!!!! 23

24 4. SOLUCIONES TECNOLÓGICAS. 24

25 4. Soluciones tecnológicas. Industria Tratamiento de residuos Agricultura Procesado Consumidores Proyecto Sonopulp Residuos Envasado Transporte Consumo Distribución 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) 25

26 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

27 4. Soluciones tecnológicas. ITENE Celulosa y lignina Trigo Cebada 1 Propiedades químicas Avena Centeno 2 Disponibilidad en España Plantas cultivadas Arroz Maíz Sorgo 3 Logística de aprovisionamiento Algodón Caña de azúcar 4 Contraste con el resto de participantes Yute Cáñamo 5 Listado definitivo Plantas silvestres Juncos Bambú Esparto Mapa europeo de disponibilidad de fibras aptas para: -Material de refuerzo - Fabricación de papel 27

28 4. Soluciones tecnológicas. ITENE 6 Análisis de Ciclo de Vida Industria Tratamiento de residuos Agricultura Procesado Envasado Consumidores 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. Residuos Consumo Transporte Recopilación de información acerca de proceso de cultivo, logística de aprovisionamiento, nuevo proceso de fabricación, posibilidades de gestión del residuo. Distribución Administración Ej. Arroz. Crecimiento Cosecha Inundación del campo de cultivo Siembra Crecimiento Depósito del residuo de paja de arroz en los campos Retirada residuos paja de arroz Alternativas de gestión: Quema de rastrojos (prohibida) Aprovechamiento fabricación compost Aprovechamiento como forraje 28

29 5. CONCLUSIONES 29

30 5. Conclusiones Fabricación papel implica un elevado impacto ambiental. Desafío tecnológico Soluciones: Mejora de procesos Reciclado Materiales alternativos Impedimentos: Sílice Retención de humedad Fibras Material no fibroso Logística 30

31 Gracias por vuestra atención! César Aliaga Técnico del departamento de Sostenibilidad 31