Laboratorio nacional de investigación del Servicio Forestal de los Estados Unidos
El Laboratorio de Productos Forestales (FPL) es el laboratorio nacional de investigación del Servicio Forestal de los Estados Unidos , que forma parte del USDA . Desde su apertura en 1910, la FPL ha brindado investigación científica sobre madera, productos de madera y sus usos comerciales en asociación con agencias académicas, industriales, tribales, estatales, locales y otras agencias gubernamentales. [1] El laboratorio tiene su sede en Madison, Wisconsin . El objetivo del Laboratorio de Productos Forestales es promover bosques saludables y economías basadas en los bosques mediante el uso eficiente y sostenible de los recursos madereros de la nación. [2]
Historia
A finales del siglo XIX, crecía la conciencia de que los recursos madereros eran finitos y que un uso cuidadoso podía ampliarlos. En 1887 BE Fernow , jefe de la División de Silvicultura del Departamento de Agricultura informó:
El administrador forestal debe conocer bien las propiedades en las que se basa el uso de la madera y su tecnología, si desea producir una cosecha de determinada calidad útil para fines definidos. Nuestra ignorancia de esta dirección ha sido sumamente fructífera al fomentar un uso derrochador de nuestros bosques naturales, y la misma ignorancia engaña incluso al plantador de bosques de hoy en día al elegir la madera que planta y la localidad a la que la adapta. Cómo se ha sacrificado el nogal negro como material para cercas, cómo el valioso roble castaño se ha podrido en los bosques sin ser utilizado, cómo se ha despreciado la cicuta y se ha dejado de lado cuando podría haberse utilizado con éxito para alargar la duración del suministro de pino blanco , cómo las maderas ahora se utilizan en tamaños innecesariamente grandes y se aplican a usos para los cuales no están adaptadas, mientras que otras maderas se descuidan para usos para los cuales están adaptadas --- todas estas desafortunadas aplicaciones erróneas se deben o han sido debido a la falta de conocimiento de las propiedades tecnológicas de nuestras maderas. [3]
Entre 1890 y 1910, la investigación sobre el manejo de la madera y la reforestación se desarrolló en varias universidades estadounidenses. Se realizaron investigaciones sobre las propiedades mecánicas de diversas maderas en Purdue y en universidades de Washington, California, Oregón y Colorado. Yale organizó estudios sobre conservación y secado en horno. En Boston había una fábrica de celulosa experimental, junto con estudios sobre la química y la conservación de la madera. [3]
El Laboratorio de Productos Forestales fue concebido en 1907 por McGarvey Cline, jefe de la Oficina de Utilización de la Madera del Servicio Forestal de Estados Unidos. Cline vio la necesidad de una instalación de investigación centralizada para mejorar la coordinación entre los centros de investigación regionales. Junto con el jefe del Servicio Forestal, Gifford Pinchot , Cline seleccionó el campus de la Universidad de Wisconsin como lugar para este nuevo laboratorio porque Madison tenía buen acceso a las líneas ferroviarias, estaba cerca de recursos madereros y la Universidad de Washington tenía una buena reputación en materia de investigación científica. [3]
En 1910 se completó el edificio de Productos Forestales en 1509 University Avenue (ahora Edificio de Ingeniería y Ciencia de Materiales), que albergaba a 45 investigadores en ocho divisiones: Física de la madera, Ensayos de la madera, Pulpa y papel, Preservación de la madera, Química de la madera, Destilación de la madera, Ingeniería de la madera, y Patología. [3] La defensa de la investigación por parte de Raphael Zon condujo a la organización de las primeras Estaciones Experimentales Forestales Federales y el Laboratorio de Productos Forestales bajo la Rama de Investigación, que se formó en 1915. [4] [5]
La nueva ubicación del Laboratorio, ilustrada entre los años 1930 y 1940.
El trabajo del laboratorio creció y en 1919 ya hubo una propuesta para una nueva instalación. Finalmente fue financiado en 1928. La Universidad de Washington proporcionó 10 acres (4,0 ha) en el extremo oeste del campus y el Servicio Forestal construyó el nuevo laboratorio en 1931 y 1932. El edificio fue diseñado por Holabird y Root of Chicago en estilo internacional . a falta de ornamentación, las ventanas de cinta y las ventanas de esquina. La huella del edificio tiene forma de U, con el bloque central de seis pisos de altura. En el interior, el suelo del vestíbulo es de terrazo y las puertas y molduras de madera están teñidas y barnizadas en Nogal Americano . El segundo piso está adornado con roble blanco y rojo , el tercero con castaño , el cuarto con abedul claro y el quinto con color goma roja . Se agregaron anexos bajos al edificio principal del laboratorio en 1935 y en la década de 1950, y a lo largo de los años se agregaron varias dependencias independientes, como el edificio de pruebas de incendios de 1934. [3]
La investigación de la FPL ha mejorado la calidad de vida de casi todos los estadounidenses al facilitar avances en vivienda, embalaje, reciclaje y conservación de los recursos forestales. [6] Específicamente, los investigadores de la FPL desarrollaron tableros de partículas, madera laminada encolada, arco laminado, procesos de pulpa de papel y cajas de tableros de fibra y cajones de madera. [7] Las FPL también han hecho numerosas contribuciones importantes al país durante su historia, incluida la investigación crucial para las fuerzas armadas durante tiempos de guerra. [6]
Descripción general
La misión del Laboratorio de Productos Forestales es identificar y realizar investigaciones innovadoras sobre la utilización de madera y fibra que contribuyan a la conservación y productividad del recurso forestal, sustentando así los bosques, la economía y la calidad de vida. La FPL está organizada en siete Unidades de Trabajo de Investigación primarias. Estas unidades utilizan los recursos de prueba de varios laboratorios y depósitos de información ubicados dentro de numerosas instalaciones del campus de FPL. Cinco áreas principales de enfoque son el centro de toda la investigación de FPL. La colaboración en esta investigación se lleva a cabo con varias otras agencias federales; gobiernos estatales, locales y tribales; industria privada e instituciones académicas.
Áreas de énfasis de la investigación
Biomasa leñosa subutilizada : Los bosques de Estados Unidos contienen una cantidad significativa de biomasa leñosa de pequeño diámetro y subutilizada . Las masas de árboles sobrepobladas aumentan el riesgo de incendios forestales catastróficos y daños debidos a insectos, enfermedades y sequías. Reducir estos rodales puede ayudar a reducir los riesgos, pero puede ser muy costoso y puede exceder el valor de la biomasa que se elimina. El uso comercial de material de raleo crea un mercado para productos de valor agregado y es una forma de mejorar la economía de las operaciones de raleo destinadas a mejorar la salud forestal. Desde 1993, el Laboratorio de Productos Forestales (FPL) ha centrado algunos de sus muchos esfuerzos de investigación en caracterizar e identificar usos potenciales para materiales de pequeño diámetro y de raleo. Los investigadores de FPL también brindan tecnología para ayudar a las comunidades rurales a crear negocios exitosos a partir de los subproductos del manejo de ecosistemas . Algunos proyectos han explorado el potencial del material estructural "en redondo" de pequeño diámetro para usos en puentes, paseos marítimos, estructuras de senderos, refugios para picnic, cobertizos de almacenamiento y otros edificios de tipo rústico.
Nanotecnología : La investigación en nanotecnología presenta un gran potencial para mejorar el rendimiento y la capacidad de servicio de los productos de madera. Como tal, la FPL está preparada para ser la principal instalación federal para la aplicación de la nanociencia en la investigación de productos forestales. Las posibles aplicaciones de la nanotecnología incluyen materiales compuestos de madera con nanosensores integrados para medir y reaccionar ante fuerzas estructurales, cargas, humedad y temperaturas. Los recubrimientos nanomicrobianos y resistentes al agua sobre madera para su uso en áreas propensas a inundaciones y zonas de huracanes podrían mejorar la salud, la seguridad y la resiliencia de la madera en estas áreas. El desarrollo de productos de alto valor a partir de recursos madereros infravalorados utilizando nanocristales de celulosa y componentes de celulosa nanofibrilada también puede mejorar el rendimiento y la durabilidad de los tableros de fibra , los tableros de partículas y los productos estructurales encolados para su uso en una amplia gama de aplicaciones estructurales.
Biorrefinería forestal y utilización de biomasa : la FPL está bien posicionada para buscar oportunidades de investigación para mejorar la economía de la producción de combustible para el transporte, bioenergía y productos químicos a partir de biomasa leñosa . El desarrollo de biorrefinerías rentables ayuda a reducir el costo de la gestión forestal , mejora la salud de los bosques, promueve prácticas de gestión forestal sostenible, reduce la dependencia de los combustibles fósiles y disminuye la producción de gases de efecto invernadero . Décadas de extinción de incendios han interrumpido el ciclo natural de incendios de los bosques estadounidenses, lo que ha dado como resultado aproximadamente 8.400 millones de toneladas secas de material que deben retirarse de los Bosques Nacionales para mejorar su resiliencia. Este material está disponible para la producción de productos de madera, productos químicos y energía, pero se necesitan usos rentables para el material para reducir los costos de la gestión forestal . Los conceptos comerciales que se centran en convertir recursos madereros en combustibles líquidos y materias primas químicas se están volviendo competitivos en términos de costos. A medida que aumentan las preocupaciones internacionales sobre el calentamiento global y la generación de gases de efecto invernadero , el apoyo gubernamental a los biocombustibles está aumentando y probablemente reduce los riesgos de inversión. Los combustibles derivados de la biomasa generalmente se consideran neutros en cuanto a gases de efecto invernadero porque la cantidad de dióxido de carbono liberado durante la combustión es igual a la cantidad absorbida de la atmósfera y secuestrada por la planta mediante la fotosíntesis .
Investigación de estructuras avanzadas : en el pasado, las estructuras se diseñaban principalmente en función de cuestiones de vida y seguridad. Hoy en día, el diseño estructural también incluye funcionalidad, impacto ambiental y economía. La ingeniería basada en el desempeño abarca estas consideraciones en el diseño estructural y está ganando impulso entre arquitectos e ingenieros. La ingeniería basada en el desempeño implica el diseño, evaluación y construcción de instalaciones de ingeniería que satisfagan demandas futuras inciertas. Los conceptos requieren un alejamiento de las convenciones empíricas y basadas en la experiencia hacia un proceso de diseño y evaluación más firmemente arraigado en la predicción precisa del desempeño estructural bajo una descripción realista de los factores de carga ambientales que experimenta la estructura. Este enfoque también enfatiza monitorear la salud del sistema estructural, evaluar las características de desempeño e identificar la necesidad de renovación o nueva construcción. Constituye la base de las estrategias para revitalizar nuestra decadente infraestructura.
Compuestos avanzados : durante décadas, los materiales compuestos de madera se han utilizado para crear productos básicos de valor agregado para la construcción y el mobiliario del hogar (por ejemplo, madera contrachapada , tableros de partículas , tableros de fibra , tableros duros ). Más recientemente, han aparecido en el mercado productos compuestos de origen biológico basados en fibras naturales y productos híbridos, como los compuestos de madera y plástico. Se están desarrollando nuevas tecnologías de compuestos, como los nanocompuestos, como compuestos de bajo volumen y alto valor. Cada una de estas tecnologías agrega un valor considerable a diversas materias primas de madera y biofibras, incluida la madera de pequeño diámetro, la madera cultivada en plantaciones, los residuos agrícolas e industriales, las especies exóticas e invasoras y los materiales de demolición y reciclados. Los compuestos de base biológica también son una salida para la extracción y el raleo de madera, lo que ayuda a los administradores forestales a restaurar los ecosistemas dañados y promueve prácticas de gestión forestal sostenible . Los avances recientes en la investigación de la madera y los biocompuestos han llevado a una nueva comprensión entre los materiales, el proceso y el rendimiento de los compuestos. Los avances en los biocompuestos de ingeniería afectan a una amplia gama de productos compuestos, incluidos productos básicos económicos y productos especializados de alto rendimiento.
Unidades de Trabajo de Investigación
Durabilidad y protección de la madera : mejora de la durabilidad y la protección de la madera mediante un mejor diseño de edificios, avances en conservantes de madera de baja toxicidad y mejoras en la seguridad contra incendios.
Economía y estadística : proporcionar información, análisis y proyecciones económicas y mejorar la eficiencia de la investigación mediante el desarrollo, la evaluación y la aplicación de la investigación estadística moderna.
Ciencias de los compuestos de ingeniería : comprender las relaciones entre materiales, procesos y rendimiento para diseñar biocompuestos que beneficien a los usuarios y al mismo tiempo promuevan la sostenibilidad de los recursos forestales vírgenes y reciclados.
Propiedades de ingeniería de la madera, materiales y estructuras a base de madera : mejorar la caracterización de las propiedades mecánicas y físicas de la madera y los productos a base de madera que son importantes en el diseño de ingeniería y fomentar su uso eficiente en sistemas de construcción de madera.
Investigación sobre fibras y ciencias químicas : formular procesos eficientes para convertir la madera en productos químicos y fibras, desarrollar usos económicamente viables para recursos madereros subutilizados y mejorar métodos para recuperar y reutilizar productos forestales como papel usado y escombros de construcción.
Instituto de Tecnología Microbiana y Bioquímica : Desarrollar biotecnología y nanotecnología para la conversión de madera y fibra a través de investigaciones que contribuyan a la utilización eficiente de la madera y a una mejor salud forestal.
Ciencia e ingeniería de biopolímeros forestales : comprensión de las propiedades básicas de la madera y otros materiales utilizados junto con la madera para mejorar sus propiedades, mejorar su vida útil y desarrollar nuevos usos.
Laboratorio de Ingeniería Mecánica y Teledetección (EMRSL): El EMRSL realiza pruebas físicas y mecánicas en una amplia gama de materiales, sistemas de construcción y estructuras para su uso en el desarrollo de códigos de construcción y diseño estructural . Las pruebas de productos y estructuras pueden incluir muestras que varían en tamaño, desde palillos de dientes hasta vigas estructurales completas y maquetas de edificios tridimensionales.
Laboratorio de pruebas de papel : El Laboratorio de pruebas de papel se centra principalmente en analizar los grados de impresión y escritura del papel. Los investigadores pueden abordar la mayoría de las necesidades de pruebas de papel con respecto a las propiedades ópticas, de resistencia y de superficie. Las pruebas se realizan en una sala de humedad estrictamente controlada para una precisión óptima.
Recursos y asistencia técnica
Centro de Investigación de Anatomía de la Madera : [8] El Centro de Investigación de Anatomía de la Madera de FPL alberga la colección de investigación de madera más grande del mundo. Se utilizan más de 100.000 muestras con fines de investigación e identificación. Los investigadores estudian las características anatómicas y de otro tipo de la madera que pueden afectar su potencial de utilización, brindan servicios de identificación de la madera y responden preguntas sobre las propiedades, características y usos de especies nativas tropicales y oscuras.
Centro de Investigación en Micología Forestal : [9] El Centro de Investigación en Micología mantiene un herbario que contiene 70.000 especímenes secos de hongos de descomposición recolectados desde principios del siglo XX, así como una colección de más de 12.000 cultivos vivos. Investigadores de todo el mundo utilizan muestras de estas colecciones para ampliar sus estudios. Si bien está ubicado en FPL, el Centro de Investigación de Micología Forestal es oficialmente una unidad de la Estación de Investigación del Norte del Servicio Forestal.
Unidad de Comercialización de Tecnología : [10] Ubicada en FPL, la Unidad de Comercialización de Tecnología (TMU) del Servicio Forestal Estatal y Privado del Servicio Forestal del USDA brinda una amplia gama de experiencia en utilización y comercialización de productos de madera, transferencia de tecnología y asistencia técnica. La TMU trabaja en colaboración con muchos socios diferentes para garantizar la rápida adopción de tecnologías de materiales forestales para muchas pequeñas empresas rurales de productos forestales . La amplitud de su trabajo incluye la conservación, el procesamiento, la eficiencia de la fabricación, la comercialización, el reciclaje y la bioenergía de productos forestales . La asistencia técnica que brindan incluye publicaciones, visitas de asistencia técnica, conferencias, talleres, reuniones y consultas individuales vía telefónica o presencial. La TMU también gestiona y otorga subvenciones anuales dedicadas a ayudar a mejorar la utilización de la biomasa leñosa extraída de proyectos de restauración forestal .
Biblioteca FPL : [11] FPL alberga una biblioteca del Servicio Forestal nacional que está abierta al público. Las áreas temáticas incluyen productos de madera maciza, pulpa y papel, micología, anatomía de la madera, ingeniería de la madera, biotecnología, adhesivos, preservación de la madera , investigación sobre incendios, economía, biodeterioro de la madera, pinturas y revestimientos, y reciclaje.
Instalaciones de investigación y pruebas
Centro de investigación centenario
Centro de investigación centenario del Laboratorio de productos forestales del USDA en Madison, Wisconsin .
La incorporación a gran escala más avanzada al FPL en más de 70 años es el nuevo Centennial Research Facility (CRF), un laboratorio multiusos de 87.000 pies cuadrados (8.100 m 2 ). Esta instalación fue construida para cumplir con los requisitos para la certificación Plata del sistema de clasificación de Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED) desarrollado por el Consejo de Construcción Ecológica de EE. UU . Como tal, el CRF fue diseñado y construido utilizando estrategias para mejorar el desempeño en las métricas de eficiencia más importantes: ahorro de energía, uso de agua, reducción de emisiones de gases de efecto invernadero , mejora de la calidad ambiental interior y administración de recursos, incluida la sensibilidad a sus impactos. Los investigadores de CRF en ingeniería mecánica pueden probar la resistencia de estructuras a escala real, mientras que los investigadores de durabilidad ponen a prueba productos de madera en una cámara de simulación climática bastante exigente. Los modernos equipos de prueba de preservación reemplazarán a los recipientes más antiguos utilizados anteriormente, mientras que un plano de planta eficiente y fácil de fabricar ayudará a avanzar en la investigación de compuestos de madera y de base biológica. [12]
Casa de demostración de investigación y cochera
FPL ha construido dos estructuras a gran escala, la Casa de Demostración de Investigación y la Casa de Transporte, para actividades educativas y de investigación. Ambas estructuras permiten a los investigadores realizar estudios relacionados con la vivienda en un entorno del mundo real, lo que puede ampliar significativamente el conocimiento obtenido en un entorno de laboratorio. Estas estructuras son el resultado de la colaboración a través del Centro de Investigación Avanzada sobre Vivienda, [13] establecido por FPL en 2000, que incluye una amplia gama de socios tanto del sector público como del privado que trabajan para mejorar las tecnologías de vivienda.
Laboratorio de pruebas de fuego
La instalación de pruebas de fuego de FPL es clave para desarrollar productos de construcción seguros y duraderos. La instalación actual está equipada para realizar pruebas estandarizadas de retardo de llama y resistencia al fuego. Están en marcha planes para la construcción de una nueva instalación de pruebas de incendios y las capacidades actuales se mejorarán al permitir la simulación de escenarios de incendios reales a mayor escala. La nueva instalación permitirá a los investigadores abordar mejor las amenazas de incendios forestales a las estructuras y desarrollar códigos de construcción basados en el desempeño.
Planta de pulpa y papel
La planta piloto de procesamiento de fibra de FPL está equipada para replicar los procesos industriales de fabricación de pulpa y papel a escala piloto. Con capacidades en producción de chips, pulpa, producción de papel y tableros de fibra, e incluso reciclaje, los investigadores pueden probar nuevos métodos y evaluar su efectividad en equipos similares a los utilizados por los fabricantes comerciales.
Planta Piloto de Nanocelulosa
En agosto de 2012, la FPL inauguró una instalación de producción de 1,7 millones de dólares para nanomateriales renovables de origen forestal. Esta instalación es la primera de su tipo en Estados Unidos y posiciona al laboratorio como el principal productor de materiales de nanocelulosa del país. La nanocelulosa es simplemente fibra de madera descompuesta a nanoescala. En perspectiva, un nanómetro es aproximadamente una millonésima parte del grosor de una moneda de diez centavos estadounidense. Los materiales a esta minúscula escala tienen propiedades únicas; Los materiales a base de nanocelulosa pueden ser más resistentes que la fibra de Kevlar y proporcionar propiedades de alta resistencia con poco peso. Las aplicaciones de los materiales de nanocelulosa, por ejemplo, incluyen el uso en armaduras ligeras y vidrio balístico. Las empresas de las industrias automotriz, aeroespacial, electrónica, de productos de consumo y de dispositivos médicos también ven un gran potencial para estos materiales innovadores en una amplia variedad de aplicaciones.
La instalación respaldará un mercado emergente de nanomateriales renovables derivados de la madera, lo que ayudará a estimular el crecimiento del empleo forestal y contribuirá con aproximadamente 600 mil millones de dólares a la economía estadounidense para 2020. Estados Unidos y otras naciones verán numerosos beneficios de la comercialización de madera. Nanomateriales celulósicos derivados. El desarrollo y la comercialización de nuevos productos derivados de la madera, livianos y de alto rendimiento, pueden ayudar a reducir el consumo de combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero, al tiempo que aumentan el potencial de oportunidades de fabricación rural, incluida la creación de muchos nuevos empleos bien remunerados. Las nuevas instalaciones del Laboratorio de Productos Forestales ayudarán en la comercialización de estos materiales al proporcionar a los investigadores y a los primeros en adoptar la tecnología cantidades de trabajo de nanomateriales de origen forestal.
Referencias
^ "Encuentre contratistas locales: contratistas de remodelación de viviendas en Ecnext". goliat.ecnext.com .
^ "El laboratorio financiado con fondos federales que realiza experimentos con todo lo relacionado con la madera". 12 de enero de 2017 - vía Slate.
^ abcde E. Gail Throop; Joyce McKay (31 de enero de 1994), Formulario de registro del Registro Nacional de Lugares Históricos: Laboratorio de Productos Forestales, Servicio de Parques Nacionales , consultado el 27 de mayo de 2022Con ocho fotos.
^ "1 de diciembre de 1874: nace una estrella [roja]". 1 de diciembre de 2008.
^ "FSEEE". Archivado desde el original el 2 de abril de 2012 . Consultado el 10 de septiembre de 2011 .
^ ab Risbrudt, CD, Ross, RJ, Blankenburg, JJ, Nelson, CA (2007). Laboratorio de Productos Forestales: Apoyando a las Fuerzas Armadas de la Nación con valiosas investigaciones en madera desde hace 90 años. Revista de productos forestales, vol. 57(1 y 2), págs.6-14.
^ "Laboratorio de Productos Forestales". Sociedad Histórica de Wisconsin . Consultado el 31 de mayo de 2022 .
^ "Laboratorio de productos forestales - Servicio Forestal del USDA". www.fpl.fs.fed.us. Archivado desde el original el 21 de enero de 2022 . Consultado el 8 de julio de 2010 .
^ "Laboratorio de productos forestales - Servicio forestal del USDA". www.fpl.fs.fed.us.
^ "Laboratorio de productos forestales - Servicio Forestal del USDA". Archivado desde el original el 28 de mayo de 2010 . Consultado el 8 de julio de 2010 .
^ "Laboratorio de productos forestales - Servicio forestal del USDA". www.fpl.fs.fed.us.
^ Forest Products Journal, octubre de 2009, Un siglo de investigación trabajando para usted. vol. 59(10) págs.6-20.
^ "Laboratorio de productos forestales - Servicio forestal del USDA". www.fpl.fs.fed.us.
enlaces externos
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Página web oficial
Antiguo laboratorio de productos forestales en los edificios de la Universidad de Wisconsin
Investigación y desarrollo del Servicio Forestal del USDA
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