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FIBRAS NO MADERERAS

FIBRAS NO MADERERAS. Profesor: Francisco López Valdobin. Fibras no madereras. EL MATERIAL LIGNOCELULÓSICO ES UNA FUENTE RENOVABLE DE MATERIAS PRIMAS.

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FIBRAS NO MADERERAS

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Presentation Transcript

  1. FIBRAS NO MADERERAS Profesor: Francisco López Valdobin

  2. Fibras no madereras EL MATERIAL LIGNOCELULÓSICO ES UNA FUENTE RENOVABLE DE MATERIAS PRIMAS Se denominan materiales lignocelulósicos (MLC) a los distintos tipos de biomasa de origen vegetal que tienen como característica común el estar compuestos mayoritariamente por polisacáridos (celulosa y hemicelulosas) y por lignina. NUEVAS MATERIAS PRIMAS -Abundancia -Carácter renovable -Bajo coste Forestal: generados en los bosques, constituyen la principal fuente de MLC, con el 70% del total. Agrícola: como tallos y hojas de maíz, paja de cereales, podas de frutales y viñedos, etc. Industrial: desechos de algunas industrias alimentarias, la cebada después del malteado en la producción de cerveza o el bagazo de la caña de azúcar, y de industrias de transformación de la madera como la carpintería, fabricación de muebles o fabricación de pasta de papel (serrín, astillas, cortezas, etc.). Urbano: más de la mitad en peso de las basuras (que se generan a una velocidad de 0.7 kg/persona·día) están formadas por materiales como papeles, cartones, etc., de composición celulósica.

  3. Los materiales lignocelulósicos como fuente renovable de materias primas -Estrategias más prometedoras de fraccionamiento  etanol dentro de un esquema de “biorrefinería” -Energía y subproductos valorizables  interesante campo de desarrollo científico y tecnológico

  4. En este ámbito  inclusión del MLC entre las fuentes de energía -Intención de las Directivas Europeas (15% para el año 2010) -Intención de grupos empresariales Tres tipos de biomasa vegetal: -Azúcares -Almidones -MLC

  5. Materias primas alternativas a la madera Utilización de especies no-madereras 10,8% 1,5% 0,7% 89,3% 98,5% 99,3% Uso creciente de materias primas no madereras • López, F., Alaejos, J., Díaz, M.J., García, M.M. y Alfaro, A. (2004). Vegetales no madereros para la fabricación de pasta celulósica. Ingeniería Química. V. 418, p. 141-144.

  6. Fibras no madereras Disponibilidad de los materiales lignocelulósicos Producción mundial y española de algunos materiales agrícolas (millones de toneladas métricas) Total mundial España-Crecimiento en zonas más aridas que los 1999 2000 1999 2000árboles. Trigo 588 587 5.0 7.1 -Producción anual de biomasa por ha supe- Arroz 394 403 0.8 0.8 rior a la mayoría de árboles. Algodón 85 87 0.4 -Posibilidad de cosechas anuales (frente al Maíz 583 601 3.8 4.0 ciclo 8-30 años de los árboles). Avena 0.5 0.8 -Recolección más sencilla. Cebada y 13.3 19.0 -Pueden tener carácter residual, con coste Centeno 307 275 0.2 0.2 prácticamente cero. Sorgo 0.1 0.1 Fuentes: Food and Agricultural Organization (http://www.fao.org): United States Department of Agriculture (http://www.usda.gov y http://www.nass.usda.gov). Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación de España (http://www.maypa.es y http://www.neptuno.net/dage/)

  7. Fibras no madereras Perspectivas de mercado y producción de pastas de papel. Materias primas -          Análisis de la producción de papel y cartón

  8. Papel recuperado Fibras no madereras Fibras madereras Materias primas para la elaboración de pastas celulósicas Producción de pastas celulósicas Papel recuperado Consumo y recogida de papel en España Tasa de recogida, utilización y reciclaje en España Fibras no madereras Exportaciones e importaciones en España

  9. MATERIAS PRIMAS NO MADERERAS CARACTERÍSTICAS COMPOSICIÓN (base seca) • Menor contenido lignina • Mayor contenido sílice y cenizas • Desfibrado y deslignificación más fáciles • Inconvenientes de recolección y almacenaje Otros Componentes estructurales de la pared celular Cenizas, extractos Hemicelulosas Lignina Celulosa 39-52 20-30 16-27 Frondosas Coníferas 41-44 18-27 20-31 Materiales no madereros 5-29 24-43 12-36

  10. Fibras no madereras -          Longitud y diámetro de fibras de materiales lignocelulósicos no madereros (Alaejos, 2003)

  11. Fibras no madereras -          Composición química de algunas fibras naturales

  12. Fibras no madereras -        Paja de cereales

  13. Fibras no madereras -        Paja de cereales

  14. Fibras no madereras -        Paja de arroz

  15. Fibras no madereras -        Bagazo de caña de azúcar

  16. Fibras no madereras -        Esparto, Abacá y Sisal Esparto Fibras de Abacá Agave / Sisal

  17. Fibras no madereras -        Especies de bambú ensayadas para la producción de pastas

  18. Fibras no madereras -        Kenaf

  19. Fibras no madereras Herbáceas anuales: Switchgrass (Panicum virgatum L), sanreed (Calmovilfa longifolia Scribn.), cordgrass (Spartina pectinata L.) y big bluestem (Andropogon gerardii Vitman).

  20. Fibras no madereras Herbáceas anuales: Miscanthus Sinensis Composición química del Miscanthus sinensis Propiedades de diferentes y hojas de papel de hierba elefante mediante diversos procesos de pasteado Propiedades de la pasta celulósica de la hierba de elefante, empleando procesos depasteo etanol-sosa y etanol.

  21. Fibras no madereras Propiedades de pastas de Reed Canary Grass (Phalaris arundinacea) obtenidas mediante proceso a la sosa con antraquinona Propiedades de pastas de Cardo (Cynara cardunculus L.) realizadas mediante proceso al sulfato.

  22. Referencias de las especies no madereras ensayados o/y utilizadas para la fabricación de pasta Fibras no madereras

  23. Fibras no madereras PAJA DE CEREALES TALLOS DE GIRASOL PODAS DE OLIVO TALLOS DE ALGODONERA SARMIENTOS DE VID PROCESO KRAFT

  24. Evaluación de la producción de biomasa y adaptación a la zona de cultivo de las 25 especies/variedades seleccionadas. Autohidrólisis y deslignificación sobre 6 de ellas El ensayo consistió: Producción de plantas a partir de semillas de: Leucaena diversifolia Leucaena collinsii Leucaena leucocephala Chamaecytisus proliferus Prosopis Retama monosperma Arundo donax Phragmites Sesbania Paulownia Bacterias del género Rhizobium a los 3 meses Se transplantan a parcelas de cultivo (Campo de prácticas de la Escuela Politécnica de la Rábida)

  25. Fibras no madereras -         

  26. Caracterización físico-química de pastas celulósicas y hojas de papel obtenidas a partir de las distintas variedades de especies de Leucaena en cosechas sucesivas tras uno y dos años de crecimiento Pastas celulósicas Rendimiento Holocelulosa (%) Lignina (%) -celulosa (%) Especie 1 2 1 2 1 2 Índice kappa Viscosidad A un año A dos años • Díaz, M.J., García, M.M., Eugenio, M.E., Tapias, R., Fernández, M., López, F.Variations in fiber ana pulp of leucaena varieties. Industrial Crops ana Products, 26, 142-150. (2007). • López, F., García, M.M., Yáñez, R., Tapias, R., Fernámdez, M., Díaz, M.J. Leucaena species valoration for biomass ana paper productions in one ana two years harvest. Bioresource Technology. Mkmmmm?¿?¿

  27. Caracterización físico-química de pastas celulósicas y hojas de papel obtenidas a partir de las distintas variedades de especies de Leucaena en cosechas sucesivas tras uno y dos años de crecimiento Hojas de papel Índice de tracción Índice de estallido Índice de desgarro A un año A dos años

  28. Caracterización físico-química de pastas celulósicas y hojas de papel obtenidas a partir de las distintas variedades de especies de Tagasaste (Chamaecytisus proliferus) en cosechas sucesivas tras uno y dos años de crecimiento Pastas celulósicas Rendimiento Holocelulosa (%) Lignina (%) -celulosa (%) Procedencia 1 2 1 2 1 2 Viscosidad Índice kappa

  29. Caracterización físico-química de pastas celulósicas y hojas de papel obtenidas a partir de las distintas variedades de especies de Tagasaste (Chamaecytisus proliferus) en cosechas sucesivas tras uno y dos años de crecimiento Hojas de papel Índice de estallido Índice de tracción Índice desgarro

  30. AUTOHIDRÓLISIS + ORGANOSOLV DE PAULOWNIA FORTUNEI. Datos experimentales hojas de papel

  31. Evaluación de la producción de biomasa y adaptación a la zona de cultivo de las 14 especies seleccionadas Tipos de aprovechamiento Medidasde diámetro y altura • 1: a un año de edad desde la siembra • 1+1: a un año de edad tras rebrotar después de haber sido cortado cuando tenían un año • 2: a dos años de edad desde la siembra Producción de biomasa total Las especies menos productivas en los 3 tipos de aprovechamiento: • Prosopis juliflora, • Retama monosperma Las especies más productivas en los 3 tipos de aprovechamiento: • Leucaena leucocephala • Leucaena diversifolia • Fernández, M., Taoias, R., Alaejos, J., Salvador, L., Gónzález, J.A., Alfaro, A., García, M., López, B., Díaz, M.J., Alesso, P. Leguminosas leñosas de rápido crecimiento para la produción de biomasa. Vida Rural (207), 58-64. (2005) • López, F., Alaejos, J., Díaz, M.M., García, M.M., Alfaro, A. Vegetales no madereros para la fabricación de pasta celulósica. Ingeniería Química (418), 1471-144. (2004)

  32. Fibras no madereras -         

  33. Fibras no madereras -         

  34. Regresión múltiple Modelos polinómicos para cada variable independiente Representación gráfica Aplicación de un diseño experimental para la modelización y optimización de la obtención de pasta celulósica mediante un proceso organosolv a partir de Leucaena diversifolia Diseño experimental factorial de composición central Variables independientes Variables dependientes Caracteristicas químicas de las pastas:Solubles en NaOH al 1%, Solubles en agua caliente, extraíbles en alcohol benceno, holocelulosa, celulosa, kappa, rendimiento Caracteristicas físicas de las hojas de papel:índice de tracción Expresión de normalización 5 variables independientes variando a 3 niveles 28 ensayos • García, M.M., Yáñez, R., Perez, A., López, F.Evaluation of soda-anthraquinone-etanol pulping of leucaena diversifolia fibres for paper production. Industrial & Engineering Chemistry Research. enviado (2007).

  35. AUTOHIDRÓLISIS + ORGANOSOLV DE PAULOWNIA FORTUNEI. Modelización por sistemas de inferencia neuroborrosos

  36. Procesos de deslignificación organosolv Fibras no madereras y otros materiales

  37. Forrajera Podas frecuentes para favorecer rebrote Composición similar a la alfalfa residuos lignocelulósicos pastas azúcares celulósicas Características del tagasaste Chamaecytisus proliferus var. palmensis • Pertenece a la familia Fabaceae (Genisteae) • Endémica de la Isla de Palma (I. Canarias) • Arbusto perenne (5-7 m) de rápido crecimiento • Desarrollo óptimo en condiciones mediterráneas - Vive en altitudes 0-1000 m - Soporta amplios rangos de temperaturas - Resistente a heladas, sequías y viento - Precipitaciones entre 500-800 mm Elevada productividad 15,5-18 t·ha/año - Prefiere suelos arenosos superficiales bien drenados (densidad1000 pies/ha) Ramillo duro Hojas • Muy frugal y resistente 40,8% 40,1% • Especie con múltiples usos: forraje, restauración de suelos degradados, apicultura, combustible Ramillo blando 19,1%

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