Tecnología de las Fábricas de Pasta de Celulosa Asociación Rural de Soriano – 18 de Julio 231 – Mercedes – Uruguay Octubre 26 2007 Tecnología de las Fábricas de Pasta de Celulosa Oscar N. Ventura Grupo de Química y Biología Molecular Departamento de Teoría y Experimentación de la Estructura de la Materia y sus Aplicaciones Facultad de Química – UdelaR – Montevideo -- Uruguay

Propósito Explicar el funcionamiento de las fábricas de pulpa de celulosa

Composición de la madera La madera está compuesta de células anchas que sirven para conducir el agua a lo largo del tronco y de fibras finas que le otorgan la resistencia típica. Las fibras están empaquetadas muy densamente (alrededor de 1 millón de fibras por 1 cm3 de madera) La madera tiene algunos componentes químicos principales (celulosa, lignina y hemicelulosa) que integran el 95% de su masa y componentes menores (ácidos grasos, fitoesteroles, terpenos, metales). El proceso general de extracción de celulosa consiste en separar la celulosa de los demás componentes de la madera.

Primer paso: chipeado Los troncos preparados y los desechos de aserraderos se trocean para convertirlos en chips que se envían a continuar el proceso. Los desechos de este proceso (sobre todo corteza) se queman para producir vapor y energía.

Segundo paso: Proceso Kraft Los chips se conducen hacia una gigantesca olla a presión (el digestor) donde se los cocina con una solución de NaOH (hidróxido de sodio) y Na2S (sulfuro de sodio). En ese proceso se destruyen los enlaces químicos de la lignina que es lo que mantiene atrapada la celulosa

Tercer paso: Recuperación La celulosa con alguna lignina residual es conducida a la línea de fibras, mientras que el licor negro se deriva a un ciclo de recuperación de químicos

Tercer paso: Recuperación La caldera de recuperación desempeña un papel fundamental, dado que por el fondo se recuperan las sustancias químicas inorgánicas, mientras que la materia orgánica se quema para producir energía

Cuarto Paso: Proceso de blanqueo La celulosa obtenida del proceso Kraft aún tiene un 1 a 2% de lignina que no se elimina. Esta lignina no solamente colorea el papel sino que también afecta la estabilidad cromática (el papel amarillea con el tiempo) Por lo tanto, es necesario blanquear el producto obtenido del Kraft (i.e. eliminar la lignina remanente).

Cuarto Paso: Proceso de blanqueo El blanquado se realiza con una o más sustancias químicas oxidantes. Las plantas más viejas (muchas en Argentina) usan cloro elemental mientras que las plantas más modernas lo hacen con ozono (TCF) o empleando pretratamientos con ozono y peróxido de hidrógeno seguido de un tratamiento con dióxido de cloro (ECF-light)

Cuarto Paso: Proceso de blanqueo La secuencia usada por Botnia (proceso ECF Light) es A-D-Eop-D-P donde entra las dos etapas D de blanqueo con dióxido de cloro se intercala una etapa de blanqueo con Oxígeno y Agua Oxigenada

Proceso de blanqueo con CLORO El uso de cloro libre es un proceso sumamente contaminante que no está permitido en los países desarrollados para plantas nuevas. Entre los contaminantes la cloración produce policloro dibenzo-p-dioxinas y policloro dibenzo-p-furanos (PCDD/Fs) conocidos con el nombre de dioxinas. EL CLORO SE UNE AL ANILLO ORGANICO – ESTO ES MALO

Proceso de blanqueo con OZONO El blanqueado con ozono es mejor desde el punto de vista ambiental ya que no se forman compuestos clorados (TCF). Pero los papeles producidos por este método necesitan un mayor consumo de árboles, pueden reciclarse menos veces y amarillean con el tiempo NO HAY CLORO QUE SE UNA AL ANILLO ORGANICO – ESTO ES BUENO

Proceso de blanqueo con ClO2 El blanqueado con dióxido de cloro es análogo al blanqueado con ozono, ya que no se incorporan átomos de cloro a los fragmentos orgánicos. Esto se llama método ECF (Sec. Medio Ambiente Argentina). No se forman dioxinas. En lo que se llama ECF Light (Botnia, Ence) se hace un pretratamiento con ozono y peróxido de hidrógeno. No se forman dioxinas. NO HAY CLORO UNIDO AL ANILLO ORGANICO – ESTO ES BUENO

ECF es la tecnología dominante

ECF es la tecnología dominante

Quinto paso: Tratamiento de Efluentes Otro paso importante es el tratamiento de los efluentes hecho microbiológica-mente en grandes piletas de aireación. Nótese que los efluentes no pueden tener sustancias tóxicas para los microorganismos (en general para los seres vivos) porque si no el proceso se pararía por destrucción de las bacterias. Nótese la torre de enfriamento (Temperatura ambiente!!) 30% de la inversión FISURAS

Polución: efluentes líquidos Industrias finlandesas: más producción y más limpia

Polución: efluentes líquidos Industrias finlandesas: más producción y más limpia AOX (compuestos clorados) kg/ton NO CONFUNDIR AOX CON DIOXINAS – NO HAY DIOXINAS POLICLORADAS EN EL AOX DE ECF

DIOXINAS Son muy tóxicas en los animales de laboratorio (defectos de nacimiento, cáncer, problemas de piel, daño al hígado, inmunodepresión). Hay una variación en la toxicidad muy grande entre las especies. El riesgo para los seres humanos no ha sido comprobado. Se lo asume por inferencia. ESTO SE LLAMA FURANO 1 3 2 4 Por la presencia de varios átomos de cloro se llaman POLICLORADAS (p.ej. Tetracloradas)

DIOXINAS No se producen dioxinas tetracloradas en la operación de las plantas de celulosa que usan los métodos ECF o ECF Light (2B en la figura). Se producen pequeñas cantidades de mono y diclorados que son compuestos naturales. El incremento total por sobre el nivel natural presente en el río es 1% en el peor caso posible (caudal mínimo de 500 m3/s en lugar de 4.500 m3/s)

Eutroficación El P puede traer problemas en el río Uruguay porque ya está sobrecargado

Eutroficación Solución: menor uso de agroquímicos para los cultivos de soja en ER Solución: tratamiento de las aguas servidas de Fray Bentos

Polución: contaminantes atmosféricos

Polución: contaminantes atmosféricos

Polución: contaminantes atmosféricos

Botnia: Cumplimiento BATs Efluentes Líquidos

Botnia: Cumplimiento BATs Efluentes Gaseosos

PRESENTE Y FUTURO: Progreso de la Industria Minimización del consumo de agua Maximización de Producción de Energía a Partir de la Biomasa Minimización de la descarga a la atmósfera Minimización de los desechos sólidos

PRESENTE Y FUTURO: Progreso de la Industria Crecimiento de la demanda de papel Protección del ecosistema: eliminación de la producción de dioxinas Protección del ecosistema: disminución de la demanda biológica de oxígeno

PRESENTE Y FUTURO: Progreso de la Industria Protección del ecosistema: eliminación de la producción de dioxinas

PRESENTE Y FUTURO: Las Biorefinerías