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FIBRAS NO MADERERAS

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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

FIBRAS NO MADERERAS

Profesor: Francisco López Valdobin

slide2

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.

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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

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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

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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.
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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/)

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Fibras no madereras

Perspectivas de mercado y producción de pastas de papel. Materias primas

-          Análisis de la producción de papel y cartón

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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

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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

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Fibras no madereras

-          Longitud y diámetro de fibras de materiales lignocelulósicos no madereros (Alaejos, 2003)

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Fibras no madereras

-          Composición química de algunas fibras naturales

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Fibras no madereras

-        Paja de cereales

slide13

Fibras no madereras

-        Paja de cereales

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Fibras no madereras

-        Paja de arroz

slide15

Fibras no madereras

-        Bagazo de caña de azúcar

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Fibras no madereras

-        Esparto, Abacá y Sisal

Esparto

Fibras de Abacá

Agave / Sisal

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Fibras no madereras

-        Especies de bambú ensayadas para la producción de pastas

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Fibras no madereras

-        Kenaf

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Fibras no madereras

Herbáceas anuales: Switchgrass (Panicum virgatum L), sanreed (Calmovilfa longifolia Scribn.), cordgrass (Spartina pectinata L.) y big bluestem (Andropogon gerardii Vitman).

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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.

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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.

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

Fibras no madereras

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Fibras no madereras

PAJA DE CEREALES

TALLOS DE GIRASOL

PODAS DE OLIVO

TALLOS DE ALGODONERA

SARMIENTOS DE VID

PROCESO KRAFT

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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)

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Fibras no madereras

-         

slide29

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?¿?¿
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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

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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

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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

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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)
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Fibras no madereras

-         

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Fibras no madereras

-         

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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).
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AUTOHIDRÓLISIS + ORGANOSOLV DE PAULOWNIA FORTUNEI. Modelización por sistemas

de inferencia neuroborrosos

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Procesos de deslignificación organosolv

Fibras no madereras y otros materiales

caracter sticas del tagasaste

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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