Las astillas de madera son trozos de madera de tamaño pequeño a mediano que se forman cortando o picando trozos de madera más grandes , como árboles , ramas , residuos de tala, tocones , raíces y desechos de madera. [1] [2]
Las astillas de madera pueden utilizarse como combustible sólido de biomasa y son materia prima para la producción de pulpa de madera . [3] También se pueden utilizar como mantillo orgánico en jardinería , paisajismo y restauración de ecosistemas ; en biorreactores para desnitrificación ; [4] y como sustrato para el cultivo de setas . [5]
El proceso de elaboración de astillas de madera se llama astillas de madera y se realiza mediante una trituradora de madera . Los tipos de astillas de madera que se forman después del astillado dependen del tipo de astilladora de madera utilizada y del material del que están hechas. [6] Las variedades de astillas de madera incluyen: astillas de bosque (de áreas boscosas), astillas de residuos de madera (de residuos de madera sin tratar, madera reciclada y recortes), astillas de residuos de aserrado (de residuos de aserraderos) y astillas forestales de rotación corta (de cultivos energéticos). ). [6]
Las materias primas de las astillas de madera pueden ser madera para pasta , residuos de madera y madera residual procedente de la agricultura , la jardinería , la tala y los aserraderos . [7] También se pueden producir astillas de madera a partir de materiales forestales remanentes, incluidas copas de árboles , ramas, materiales no vendibles o árboles de tamaño insuficiente. [8]
Las operaciones forestales proporcionan las materias primas necesarias para la producción de astillas de madera. [9] Casi cualquier árbol se puede convertir en astillas de madera; sin embargo, el tipo y la calidad de la madera utilizada para producir astillas de madera depende en gran medida del mercado. [1] Las especies de madera blanda , por ejemplo, tienden a ser más versátiles para su uso como astillas de madera que las especies de madera dura porque son menos densas y crecen más rápido. [1]
Una trituradora de madera es una máquina que se utiliza para cortar madera en trozos más pequeños (astillas). [10] Existen varios tipos de astilladoras de madera, cada una de las cuales tiene un uso diferente dependiendo del tipo de procesamiento que se someterá a las astillas de madera. [11]
Las astillas de madera utilizadas para la pulpa química deben tener un tamaño relativamente uniforme y estar libres de corteza. El tamaño óptimo varía según la especie de madera. [12] Es importante evitar daños a las fibras de madera, ya que esto es importante para las propiedades de la pulpa. Para la madera en rollo lo más habitual es utilizar astilladoras de disco. Un tamaño típico del disco es de 2,0 a 3,5 m de diámetro, de 10 a 25 cm de espesor y pesa hasta 30 toneladas. El disco está equipado con entre 4 y 16 cuchillas y es accionado con motores de ½ –2 MW. [12] Las astilladoras de tambor se utilizan normalmente para residuos de madera de aserraderos u otras industrias madereras. [12]
Existen cuatro métodos potenciales para mover astillas de madera: neumático , cinta transportadora , tolva con tolva directa y sistema discontinuo (transporte manual). [13] [ ¿ fuente poco confiable? ] [14]
Una trituradora de madera de disco tiene un volante de inercia de acero y cuchillas de corte con discos ranurados. Las hojas cortan la madera a medida que el material avanza a través del conducto. Las cuchillas situadas en la garganta de la trituradora cortan la madera en dirección opuesta. El diseño no es tan eficiente energéticamente como otros estilos, pero produce formas y tamaños consistentes de astillas de madera. [15] [16]
Una trituradora de madera de tambor tiene un tambor giratorio de lados paralelos unido al motor con cuchillas de acero reforzadas unidas en dirección horizontal. La madera es arrastrada hacia el conducto por la gravedad y la rotación del tambor, donde las cuchillas de acero la rompen. El tipo de tambor es ruidoso y crea virutas grandes y desiguales, pero es más eficiente energéticamente que el tipo de disco. [15] [16]
Una trituradora de madera de tipo tornillo contiene una hoja cónica con forma de tornillo {cita requerida}. La rotación de la hoja se establece paralela a la abertura para que el movimiento en espiral atraiga la madera hacia la trituradora. Los rodillos de tornillo, también llamados rodillos de alto torque, son populares para uso residencial debido a que son silenciosos, fáciles de usar y más seguros que los de disco y tambor. [15] [17]
Las astillas de madera se utilizan principalmente como materia prima para el procesamiento técnico de la madera. En la industria, el procesamiento de astillas de corteza a menudo se separa después de pelar los troncos debido a diferentes propiedades químicas.
Sólo el duramen y la albura son útiles para hacer pulpa. La corteza contiene relativamente pocas fibras útiles y se extrae y se utiliza como combustible para proporcionar vapor para su uso en la fábrica de celulosa . La mayoría de los procesos de fabricación de pulpa requieren que la madera sea astillada y cribada para proporcionar astillas de tamaño uniforme. [ cita necesaria ]
Las astillas de madera también se utilizan como mantillo para paisajismo y jardín , para conservar el agua , controlar las malas hierbas y reducir y prevenir la erosión del suelo . Las astillas de madera, cuando se usan como mantillo , tienen al menos tres pulgadas de espesor. Tiene una reputación mixta en jardinería.
Se ha promovido su uso en proyectos de restauración de hábitat . A medida que la madera astillada ramial se descompone, mejora la estructura del suelo, la permeabilidad, la bioactividad y la disponibilidad de nutrientes del suelo.
Las astillas de madera no cumplen con los estándares de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales para su uso como material de superficie para parques infantiles y, a partir de 2011, su uso como superficie para parques infantiles es ilegal en los EE. UU., ya que no están aprobados por la ADA según las directrices del Departamento de Justicia de EE. UU. [18]
Las astillas de madera también se pueden utilizar para infundir sabor y realzar el sabor ahumado de las carnes y verduras asadas. Se pueden utilizar varias especies diferentes de madera según el tipo de sabor deseado. Para obtener un sabor afrutado suave y dulce, se puede utilizar madera de manzano, mientras que el nogal americano le da un sabor ahumado parecido al tocino. Otros tipos diferentes de madera utilizados son el cerezo, el mezquite y la nuez. [19]
Las astillas de madera se pueden cargar en un ' biorreactor desnitrificante de astillas de madera ' que se ha utilizado durante varias décadas como biotecnología emergente para tratar aguas residuales agrícolas mediante la eliminación de nitratos . [20] [21] [22] [23] Es un sistema subterráneo donde la desnitrificación por microorganismos que utilizan una fuente de carbono (como donante de electrones) reduce el nitrato a un gas nitrógeno inofensivo . [21] El biorreactor desnitrificante de astillas de madera tiene bajos costos de construcción y operación y una vida útil comparativamente larga, de hasta 15 años. [24] El interés en esta técnica ha crecido en los últimos años y se ha expandido a la industria minera. [25] [26]
Un experimento de 2013 demostró que después de 70 días de inicio, una pila de astillas de madera cargada con estiércol líquido de cerdo a 5 L/m 2 /día eliminó un promedio del 90 % de nitrato después de un mes. [27] Sin embargo, si las condiciones ambientales no apoyan la desnitrificación completa, se podrían producir gases de efecto invernadero indeseables como el óxido nitroso y el metano . [20] [28] [29] [30] [31]
Las astillas de madera se han utilizado tradicionalmente como combustible sólido para calefacción de espacios o en plantas de energía para generar energía eléctrica a partir de energías renovables . La principal fuente de astillas forestales en Europa y en la mayoría de los países [ ¿ cuáles? ] han estado registrando residuos. Se espera que en el futuro aumente la proporción de tocones y madera en rollo. [32] A partir de 2013 [actualizar]en la UE, las estimaciones del potencial de biomasa para energía, disponible en las condiciones actuales de 2018, incluido el uso sostenible del bosque y el suministro de madera a los sectores forestales tradicionales, son: 277 millones de m 3 , para la superficie biomasa y 585 millones de m 3 de biomasa total. [33]
Los sistemas de combustible más nuevos para calefacción utilizan astillas o pellets de madera . La ventaja de las astillas de madera es el coste, la ventaja de los pellets de madera es el valor controlado del combustible. El uso de astillas de madera en sistemas de calefacción automatizados se basa en una tecnología robusta. [32]
El tamaño de las astillas de madera, el contenido de humedad y la materia prima con la que se fabrican son especialmente importantes cuando se queman astillas de madera en plantas pequeñas. Desafortunadamente, no existen muchas normas para decidir las fracciones de astillas de madera. Sin embargo, a partir de marzo de 2018, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares aprobó la norma de calidad del combustible para calefacción con astillas de madera AD17225-4. El título completo de la norma es: ANSI/ASABE AD17225-4:2014 FEB2018 Biocombustibles sólidos. Especificaciones y clases de combustible. Parte 4: Astillas de madera clasificadas. [34] Una categoría de chip común es el GF60, que se usa comúnmente en plantas más pequeñas, incluidas pequeñas industrias, villas y edificios de apartamentos. "GF60" se conoce como "Virutas pequeñas, finas y secas". Los requisitos para GF60 son que la humedad esté entre 10 y 30% y las fracciones de las astillas de madera se distribuyan de la siguiente manera: 0–3,5 mm: <8%, 3,5–30 mm: <7%, 30–60 mm: 80–100 %, 60-100 mm: <3%, 100-120 mm: <2%. [32]
El contenido energético de un metro cúbico suele ser mayor que el de un metro cúbico de troncos de madera, pero puede variar mucho dependiendo de la humedad. La humedad la decide el manejo de la materia prima. Si los árboles se derriban en invierno y se dejan secar durante el verano (con té en la corteza y cubiertos para que la lluvia no los alcance), y luego se cortan en otoño, el contenido de humedad de las astillas de madera será aproximadamente 20-25%. El contenido energético, entonces, es de aproximadamente 3,5 a 4,5 kWh/kg (~150 a 250 kg/metro cúbico). [32]
Las centrales eléctricas de carbón se han convertido para funcionar con astillas de madera, lo cual es bastante sencillo de hacer, ya que ambas utilizan un motor térmico de turbina de vapor idéntico y el costo del combustible de astillas de madera es comparable al del carbón . [32]
La biomasa sólida es un combustible atractivo para abordar las preocupaciones de la crisis energética y el cambio climático , ya que el combustible es asequible, ampliamente disponible, casi neutro en carbono y, por lo tanto, neutral desde el punto de vista climático en términos de dióxido de carbono (CO 2 ), ya que en el caso ideal En este caso, sólo se libera a la atmósfera el dióxido de carbono que fue absorbido durante el crecimiento del árbol y almacenado en la madera. [32]
En comparación con los problemas de eliminación de desechos sólidos del carbón y los combustibles nucleares, los problemas de eliminación de desechos del combustible de astillas de madera son menos graves; en un estudio de 2001, las cenizas volantes procedentes de la combustión de astillas de madera tenían 28,6 mg de cadmio/kg de materia seca. En comparación con las cenizas volantes provenientes de la quema de paja, el cadmio estaba más ligado y sólo se lixiviaban pequeñas cantidades de cadmio. Se especificó como una forma de óxido de cadmio , silicato de cadmio (CdSiO3 ) ; Los autores señalaron que agregarlo a suelos agrícolas o forestales a largo plazo podría causar un problema de acumulación de cadmio. [35]
Al igual que el carbón, la combustión de madera es una fuente conocida de emisiones de mercurio , particularmente en los climas del norte durante el invierno. El mercurio es tanto gaseoso como mercurio elemental (especialmente cuando se queman pellets de madera) u óxido de mercurio, y partículas sólidas PM2,5 cuando se utiliza madera sin tratar. [36]
Cuando se utiliza la quema de leña para calentar espacios, se elevan las emisiones interiores de 1,3-butadieno , benceno , formaldehído y acetaldehído , que se sospecha o se conocen como compuestos cancerígenos. Se estima que el riesgo de cáncer causado por estos tras la exposición al humo de leña es bajo en los países desarrollados. [37]
Ciertas técnicas para quemar astillas de madera dan como resultado la producción de biocarbón (en realidad, carbón vegetal) que puede utilizarse como carbón vegetal o devolverse al suelo, ya que las cenizas de madera se pueden utilizar como fertilizante vegetal rico en minerales . Este último método puede dar como resultado un sistema efectivamente negativo en carbono, además de actuar como un acondicionador del suelo muy eficaz, mejorando la retención de agua y nutrientes en suelos pobres. [38]
A diferencia de la forma suave y uniforme de los pellets de madera fabricados , los tamaños de las astillas de madera varían y a menudo se mezclan con ramitas y aserrín. Esta mezcla tiene una mayor probabilidad de atascarse en mecanismos de alimentación pequeños. Por lo tanto, tarde o temprano es probable que se produzcan uno o más atascos. Esto reduce la confiabilidad del sistema, además de aumentar los costos de mantenimiento. A pesar de lo que puedan decir algunos fabricantes de estufas de pellets, los investigadores que tienen experiencia con astillas de madera dicen que no son compatibles con el sinfín de 2 pulgadas (5 cm) que se usa en las estufas de pellets. [13]
Las astillas de madera son similares a los pellets de madera en el sentido de que el movimiento y la manipulación son más susceptibles de automatización que la leña, especialmente para sistemas más pequeños. La producción de astillas de madera es menos costosa que la de los pellets de madera, que deben procesarse en instalaciones especializadas. Si bien se evitan los costos asociados con el refinamiento, la menor densidad y el mayor contenido de humedad de las astillas de madera reducen su poder calorífico , aumentando sustancialmente la materia prima necesaria para generar una cantidad equivalente de calor. Los mayores requisitos de volumen físico también aumentan los gastos y el impacto de las emisiones del transporte, almacenamiento y/o envío de la madera.
Las astillas de madera son menos costosas que la leña porque la recolección es más rápida y está más automatizada. Las astillas de madera son más abundantes, en parte porque todas las partes de un árbol pueden ser astilladas, mientras que las ramas pequeñas pueden requerir mucho trabajo para convertirlas en leña. La madera de cordón generalmente necesita ser "curada" o "seca" antes de que pueda quemarse de manera limpia y eficiente. Por otro lado, los sistemas de astillas de madera suelen estar diseñados para quemar de forma limpia y eficiente "astillas verdes" con un contenido de humedad muy alto del 43 al 47 % (base húmeda). [13] (ver gasificación y gas de madera )
En comparación con la extracción de madera convencional, la extracción de astillas tiene un mayor impacto en el medio ambiente, ya que se elimina una mayor proporción de biomasa. [39] El mayor uso de astillas de madera puede tener efectos negativos en la estabilidad y el crecimiento a largo plazo de los bosques de los que se extraen. Por ejemplo, se ha demostrado que la tala de árboles de los bosques aumenta la eliminación de nutrientes vegetales y materia orgánica de un ecosistema, reduciendo así tanto el contenido de nutrientes como de humus del suelo. [39] Una opción para equilibrar los efectos negativos de la recolección de astillas de madera es devolver las cenizas de astillas al bosque, lo que devolvería al suelo algunos de los nutrientes perdidos. [39]
Si las astillas de madera se cosechan como subproducto de prácticas forestales sostenibles , entonces se considera una fuente de energía renovable . [40]
En teoría, la cosecha de astillas de árboles enteros no tiene una eficiencia energética solar tan alta en comparación con el monte bajo de rotación corta ; sin embargo, puede ser un método de recolección de bajo costo y energéticamente eficiente. [41]
Las astillas de madera y de corteza se pueden utilizar como agentes de carga en el compostaje industrial de residuos municipales biodegradables , en particular biosólidos . [42]
La recolección de astillas de madera se puede utilizar junto con la creación de cortafuegos artificiales , que se utilizan como barreras para la propagación de incendios forestales . El sotobosque es ideal para cortar, y se pueden dejar árboles más grandes para dar sombra al suelo del bosque y reducir la tasa de acumulación de combustible. [ cita necesaria ]
Los costos de las astillas de madera suelen depender de factores como la distancia desde el punto de entrega, el tipo de material (como corteza, residuos de aserradero o astillas de árboles enteros), la demanda de otros mercados y la forma de transportar la madera como combustible. Los chips entregados directamente a la estación (de la central eléctrica) por camión son menos costosos que los entregados... y enviados por vagón. El rango de precios suele oscilar entre 18 y 30 dólares EE.UU. por tonelada (húmeda) entregada. [43]
En 2006, los precios eran de 15 y 30 dólares EE.UU. por tonelada húmeda en el noreste. [44]
En los 20 años previos a 2008, los precios han fluctuado entre 60 y 70 dólares EE.UU. por tonelada métrica seca al horno (odmt) en los estados del sur, y entre 60 y 160 dólares EE.UU./odmt en el noroeste. [45]
Las astillas de madera se han utilizado como fuente de calefacción para viviendas individuales en Canadá desde los primeros días de la colonización, pero el desarrollo del petróleo y el gas natural ha disminuido drásticamente su uso. La mayor parte del uso de astillas de madera se realiza en instalaciones como escuelas, hospitales y prisiones. La Isla del Príncipe Eduardo (PEI) tiene la mayor cantidad de plantas de astillas de madera debido a las altas tarifas eléctricas y los subsidios del gobierno federal. Nueva Escocia tiene un sistema de quema de astillas de madera de 2,5 MW que proporciona energía a una fábrica textil, así como sistemas que suministran energía a una planta procesadora de aves, dos hospitales y una escuela de agricultura. [46]
La Universidad de New Brunswick opera un sistema de horno de combustión de virutas de madera para suministrar calor a la universidad, varios edificios industriales, un complejo de apartamentos y un hospital. [46] El uso de astillas de madera para generar calor es bajo en Quebec debido a las bajas tarifas de energía hidroeléctrica, pero una pequeña ciudad está utilizando astillas de madera como alternativa a la sal para carreteras heladas. EMC3 Technologies comenzó a producir astillas de madera recubiertas con cloruro de magnesio en noviembre de 2017 para la ciudad y afirmó que mantiene la tracción a -30 grados Celsius en comparación con la sal normal para carreteras a -15 grados Celsius. [47] En Ontario, las operaciones de astillas de madera incluyen una universidad en Brockville, algunas escuelas secundarias en el norte de Ontario, así como una caldera alimentada por astillas en el Instituto Forestal Nacional en Petawawa. [46] A finales de la década de 1980, el gobierno provincial de Ontario, junto con el gobierno federal, subvencionó la construcción de tres plantas de cogeneración junto a los aserraderos. La primera se construyó en 1987 en Chapleau, seguida de una planta construida en Cochrane en 1989 y la más grande en Kirkland Lake, que se construyó en 1991. [46]
En varios países europeos con abundantes bosques (por ejemplo, Austria, Finlandia, Alemania y Suecia), las astillas de madera se están convirtiendo en un combustible alternativo para viviendas familiares y edificios más grandes debido a la abundante disponibilidad de astillas de madera, lo que resulta en bajos costos de combustible. La Unión Europea está promoviendo las astillas de madera para la producción de energía en el Plan de acción forestal de la UE 2007-2011. Se estima que el potencial total a largo plazo de las astillas de madera en la UE es de 913 millones de m 3 . [33]
Las astillas de madera se utilizan en Japón para la industria de fabricación de papel. Para este fin se importan grandes cantidades de astillas de madera blanda de países como los Estados Unidos y Australia. [48]
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