- Paso 1, cosecha
- Paso 2, cocinar
- Paso 3, hacer hojas
- Paso 4, embalaje
- Paso 5, usando
La pulpa es un material fibroso lignocelulósico que se prepara separando química o mecánicamente fibras de celulosa de madera , cultivos de fibras , papel usado o trapos . Mezclada con agua y otros aditivos químicos o de origen vegetal, la pulpa es la principal materia prima utilizada en la fabricación de papel y la producción industrial de otros productos de papel . [1] [2]
Antes de la invención ampliamente reconocida de la fabricación de papel por Cai Lun en China alrededor del año 105 d.C., las civilizaciones antiguas producían materiales de escritura similares al papel, como el papiro y el amate , utilizando materiales vegetales que en gran medida no estaban procesados. Se tejían tiras de corteza o de líber , se golpeaban hasta formar láminas rugosas, se secaban y se pulían a mano. [3] [4] La pulpa utilizada en la fabricación de papel moderna y tradicional se distingue por el proceso de maceración que produce una suspensión más fina y regular de fibras de celulosa que se extraen de la solución mediante un tamiz y se secan para formar láminas o rollos. [5] El primer papel producido en China consistía en fibras de líber de la planta de morera de papel (kozo) , junto con trapos de cáñamo y restos de redes. [5] [6] [7] En el siglo VI, los agricultores de China domesticaron la morera específicamente con el propósito de producir pulpa para usar en el proceso de fabricación de papel. Además de la morera, también se elaboraba pulpa de bambú , corteza de hibisco , sándalo azul , paja y algodón . [7] La fabricación de papel utilizando pulpa hecha de fibras de cáñamo y lino procedentes de ropa hecha jirones, redes de pesca y bolsas de tela se extendió a Europa en el siglo XIII, siendo el uso cada vez mayor de trapos un factor fundamental para la fabricación y la asequibilidad del papel de trapo . en el desarrollo de la imprenta . [1] Hacia el siglo XIX, las demandas de producción en las industrias de fabricación de papel e impresión recientemente industrializadas llevaron a un cambio en las materias primas, más notablemente el uso de madera para pulpa y otros productos arbóreos que hoy representan más del 95% de la producción mundial de pulpa. [8]
El uso de pulpa de madera y la invención de las máquinas automáticas de papel a finales del siglo XVIII y principios del XIX contribuyeron al estatus del papel como un producto económico en los tiempos modernos. [1] [9] [10] Si bien algunos de los primeros ejemplos de papel elaborado a partir de pulpa de madera incluyen obras publicadas por Jacob Christian Schäffer en 1765 y Matthias Koops en 1800, [1] [11] la producción de papel de madera a gran escala comenzó en la década de 1840 con desarrollos únicos y simultáneos en la fabricación de pulpa mecánica realizados por Friedrich Gottlob Keller en Alemania [12] y por Charles Fenerty en Nueva Escocia . [9] Los procesos químicos siguieron rápidamente, primero con el uso de ácido sulfuroso por parte de J. Roth para tratar la madera, luego con la patente estadounidense de Benjamin Tilghman sobre el uso de bisulfito de calcio , Ca(HSO 3 ) 2 , para pulpar madera en 1867. [ 2] Casi una década después, se construyó la primera fábrica comercial de celulosa al sulfito en Suecia. Utilizaba magnesio como contraión y se basaba en el trabajo de Carl Daniel Ekman . En 1900, la fabricación de pulpa al sulfito se había convertido en el medio dominante de producción de pulpa de madera, superando a los métodos de fabricación de pulpa mecánica. El proceso de fabricación de pulpa química competidora, el proceso de sulfato o kraft , fue desarrollado por Carl F. Dahl en 1879; la primera fábrica de papel kraft comenzó a funcionar en Suecia en 1890. [2] La invención de la caldera de recuperación , por GH Tomlinson a principios de la década de 1930, [12] permitió a las fábricas de papel kraft reciclar casi todos sus productos químicos para la fabricación de pasta. Esto, junto con la capacidad del proceso kraft para aceptar una variedad más amplia de tipos de madera y producir fibras más fuertes, [13] hizo que el proceso kraft fuera el proceso de fabricación de pulpa dominante, a partir de la década de 1940. [2]
La producción mundial de pulpa de madera en 2006 fue de 175 millones de toneladas (160 millones de toneladas). [14] El año anterior, se vendieron 63 millones de toneladas (57 millones de toneladas) de pulpa comercial (no convertida en papel en la misma instalación), siendo Canadá la principal fuente con el 21 por ciento del total, seguido por los Estados Unidos. al 16 por ciento. Las fuentes de fibra de madera necesarias para la fabricación de pulpa son "45% de residuos de aserradero, 21% de troncos y astillas y 34% de papel reciclado" (Canadá, 2014). [15] La pulpa química representó el 93% de la pulpa del mercado. [dieciséis]
Los recursos madereros utilizados para fabricar pulpa de madera se denominan madera para pasta . [17] Si bien en teoría se puede utilizar cualquier árbol para la fabricación de pulpa, se prefieren los árboles coníferos porque las fibras de celulosa en la pulpa de estas especies son más largas y, por lo tanto, producen papel más resistente. [18] Algunos de los árboles de madera blanda más utilizados para la fabricación de papel incluyen el abeto , el pino , el abeto , el alerce y la cicuta , y maderas duras como el eucalipto , el álamo temblón y el abedul . [19] También hay un interés creciente en las especies de árboles genéticamente modificados (como el eucalipto y el álamo genéticamente modificados ) debido a varios beneficios importantes que pueden proporcionar, como una mayor facilidad para descomponer la lignina y una mayor tasa de crecimiento.
Una fábrica de celulosa es una instalación de fabricación que convierte astillas de madera u otras fuentes de fibra vegetal en un tablero de fibra gruesa que puede enviarse a una fábrica de papel para su posterior procesamiento. La pulpa puede fabricarse mediante métodos mecánicos, semiquímicos o totalmente químicos (procesos kraft y sulfito). El producto terminado puede ser blanqueado o no blanqueado, según los requisitos del cliente.
La madera y otros materiales vegetales utilizados para fabricar pulpa contienen tres componentes principales (aparte del agua): fibras de celulosa (deseadas para la fabricación de papel), lignina (un polímero tridimensional que une las fibras de celulosa) y hemicelulosas ( polímeros de carbohidratos de ramificación más corta ). El objetivo de la fabricación de pulpa es descomponer la estructura general de la fuente de fibra, ya sean astillas, tallos u otras partes de la planta, en las fibras constituyentes.
La pulpa química logra esto degradando la lignina y la hemicelulosa en pequeñas moléculas solubles en agua que pueden eliminarse de las fibras de celulosa sin despolimerizarlas (la despolimerización química de la celulosa debilita las fibras). Los diversos métodos de fabricación de pulpa mecánica, como la pulpa de madera molida (GW) y la pulpa mecánica con refinador (RMP), separan físicamente las fibras de celulosa unas de otras. Gran parte de la lignina permanece adherida a las fibras. La fuerza se ve afectada porque las fibras pueden cortarse. Hay varios métodos de fabricación de pulpa híbridos relacionados que utilizan una combinación de tratamiento químico y térmico para comenzar un proceso de fabricación de pulpa química abreviado, seguido inmediatamente por un tratamiento mecánico para separar las fibras. Estos métodos híbridos incluyen la fabricación de pulpa termomecánica, también conocida como TMP, y la pulpa quimiotermomecánica, también conocida como CTMP. Los tratamientos químicos y térmicos reducen la cantidad de energía requerida posteriormente por el tratamiento mecánico, y también reducen la cantidad de pérdida de resistencia que sufren las fibras.
La mayoría de las fábricas de celulosa utilizan buenas prácticas de gestión forestal al cosechar árboles para garantizar que tengan una fuente sostenible de materias primas . Una de las principales quejas sobre la extracción de madera para las fábricas de celulosa es que reduce la biodiversidad del bosque aprovechado. Las plantaciones de árboles para pulpa representan el 16 por ciento de la producción mundial de pulpa, los bosques primarios el 9 por ciento y los bosques de segunda, tercera y más generaciones representan el resto. [21] La reforestación se practica en la mayoría de las áreas, por lo que los árboles son un recurso renovable . El FSC ( Forest Stewardship Council ), el SFI ( Sustainable Forestry Initiative ), el PEFC ( Program for the Endorsement of Forest Certification ) y otros organismos certifican el papel elaborado a partir de árboles talados de acuerdo con directrices destinadas a garantizar buenas prácticas forestales. [22]
La cantidad de árboles consumidos depende de si se utilizan procesos mecánicos o químicos. Se ha estimado que, basándose en una mezcla de maderas blandas y duras de 12 metros (40 pies) de altura y de 15 a 20 centímetros (6 a 8 pulgadas) de diámetro, se necesitarían un promedio de 24 árboles para producir 0,9 toneladas (1 tonelada). de papel de imprenta y escritura, mediante el proceso kraft (pulping químico). La fabricación de pulpa mecánica es aproximadamente dos veces más eficiente cuando se utilizan árboles, ya que casi toda la madera se utiliza para fabricar fibra; por lo tanto, se necesitan alrededor de 12 árboles para producir 0,9 toneladas (1 tonelada) de pulpa mecánica o papel de periódico . [23]
Hay aproximadamente dos toneladas cortas en una cuerda de madera . [24]
El astillado de madera es el acto y la industria de astillar madera para pulpa, pero también para otros productos de madera procesados y mantillo . 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.
Existen varios procesos diferentes que se pueden utilizar para separar la fibra de madera:
Se pueden utilizar piedras de afilar fabricadas con carburo de silicio u óxido de aluminio incorporado para moler pequeños troncos de madera llamados "pernos" para hacer pulpa de piedra (SGW). Si la madera se cuece al vapor antes de molerla, se la conoce como pulpa de madera molida a presión (PGW). La mayoría de los molinos modernos utilizan astillas en lugar de troncos y discos metálicos estriados llamados placas refinadoras en lugar de piedras de amolar. Si las astillas simplemente se muelen con las placas, la pulpa se llama pulpa mecánica refinadora (RMP) y si las astillas se cuecen al vapor mientras se refinan, la pulpa se llama pulpa termomecánica (TMP). El tratamiento con vapor reduce significativamente la energía total necesaria para producir la pulpa y disminuye el daño (corte) de las fibras. Las pulpas mecánicas se utilizan para productos que requieren menos resistencia, como papel periódico y cartones .
La pulpa termomecánica es pulpa producida mediante el procesamiento de astillas de madera utilizando calor (por lo tanto, "termo-") y un movimiento de refinado mecánico (por lo tanto, "-mecánico"). Es un proceso de dos etapas en el que primero se quita la corteza a los troncos y se convierten en pequeñas astillas. Estas virutas tienen un contenido de humedad de alrededor del 25 al 30 por ciento. Se aplica una fuerza mecánica a las astillas de madera en una acción de trituración o trituración que genera calor y vapor de agua y ablanda la lignina separando así las fibras individuales. A continuación, la pulpa se tamiza y se limpia y los posibles grumos de fibra se reprocesan. Este proceso proporciona un alto rendimiento de fibra de la madera (alrededor del 95 por ciento) y como no se ha eliminado la lignina, las fibras son duras y rígidas. [25]
Las astillas de madera se pueden tratar previamente con carbonato de sodio , hidróxido de sodio , sulfato de sodio y otros productos químicos antes de refinarlas con equipos similares a un molino mecánico. Las condiciones del tratamiento químico son mucho menos vigorosas (temperatura más baja, tiempo más corto, pH menos extremo ) que en un proceso de pulpa químico, ya que el objetivo es hacer que las fibras sean más fáciles de refinar, no eliminar la lignina como en un proceso totalmente químico. Las pulpas elaboradas mediante estos procesos híbridos se conocen como pulpas quimiotermomecánicas (CTMP).
La pulpa química se produce combinando astillas de madera y productos químicos en grandes recipientes llamados digestores. Allí, el calor y los productos químicos descomponen la lignina, que une las fibras de celulosa , sin degradar gravemente las fibras de celulosa . La pulpa química se utiliza para materiales que necesitan ser más resistentes o se combina con pulpas mecánicas para darle al producto características diferentes. El proceso kraft es el método de fabricación de pulpa químico dominante, seguido por el proceso de sulfito . Históricamente, la fabricación de pulpa con soda fue el primer método exitoso de fabricación de pulpa química.
La pulpa reciclada también se llama pulpa destintada (DIP). DIP es papel reciclado que ha sido procesado con productos químicos, eliminando así tintas de impresión y otros elementos no deseados y liberando las fibras del papel. El proceso se llama destintado .
DIP se utiliza como materia prima en la fabricación de papel . Muchos grados de papel periódico , papel higiénico y pañuelos faciales comúnmente contienen pulpa 100 por ciento destintada y en muchos otros grados, como el estucado liviano para offset y el papel de impresión y escritura para uso doméstico y de oficina, el DIP constituye una proporción sustancial del material.
La pulpa Organosolv utiliza disolventes orgánicos a temperaturas superiores a 140 °C para descomponer la lignina y la hemicelulosa en fragmentos solubles. El licor de pulpa se recupera fácilmente mediante destilación. La razón para utilizar un disolvente es hacer que la lignina sea más soluble en el licor de cocción. Los disolventes más utilizados son metanol , etanol , ácido fórmico y ácido acético , a menudo en combinación con agua .
Se están realizando investigaciones para desarrollar el biopulping (pulping biológico), similar al pulping químico pero utilizando determinadas especies de hongos que son capaces de descomponer la lignina no deseada, pero no las fibras de celulosa. [26] En el proceso de biopulpa, la enzima fúngica lignina peroxidasa digiere selectivamente la lignina para dejar fibras de celulosa restantes. Esto podría tener importantes beneficios ambientales al reducir la contaminación asociada con la fabricación de pulpa química. La pulpa se blanquea mediante la etapa de dióxido de cloro seguida de neutralización e hipoclorito de calcio . El agente oxidante en ambos casos oxida y destruye los tintes formados a partir de los taninos de la madera y acentuados (reforzados) por los sulfuros presentes en ella.
La fibra explotada con vapor es una técnica de extracción y despulpado que se ha aplicado a la madera y otros materiales orgánicos fibrosos. [27]
La pulpa producida hasta este punto del proceso se puede blanquear para producir un producto de papel blanco . Los productos químicos utilizados para blanquear la pulpa han sido una fuente de preocupación ambiental y recientemente la industria de la pulpa ha estado utilizando alternativas al cloro , como dióxido de cloro , oxígeno , ozono y peróxido de hidrógeno .
La pulpa hecha de fuentes vegetales no madereras o de textiles reciclados se fabrica hoy en día principalmente como un producto especializado para fines artísticos y de impresión fina. [8] Los papeles artísticos modernos hechos a mano y a máquina con algodón, lino, cáñamo, abacá , kozo y otras fibras a menudo son valorados por sus fibras más largas y fuertes y su menor contenido de lignina . La lignina , presente en prácticamente todos los materiales vegetales, contribuye a la acidificación y eventual descomposición de los productos de papel, a menudo caracterizada por el oscurecimiento y la fragilidad del papel con un alto contenido de lignina, como el papel de periódico . [28] [29] El 100% algodón o una combinación de pulpa de algodón y lino se usa ampliamente para producir documentos destinados a un uso a largo plazo, como certificados, moneda y pasaportes. [30] [31] [32]
Hoy en día, algunos grupos abogan por el uso de fibras de cultivos extensivos o residuos agrícolas en lugar de fibra de madera como medio de producción más sostenible . [ cita necesaria ]
Hay suficiente paja para satisfacer gran parte de las necesidades de libros, revistas, catálogos y papel de fotocopias de América del Norte. [ cita necesaria ] El papel de origen agrícola no proviene de granjas de árboles . Algunas pulpas de residuos agrícolas tardan menos en cocinarse que las pulpas de madera. Eso significa que el papel de origen agrícola utiliza menos energía, menos agua y menos productos químicos. La pulpa elaborada a partir de paja de trigo y lino tiene la mitad de huella ecológica que la pulpa elaborada a partir de bosques. [33]
El papel de cáñamo es un posible sustituto, pero la infraestructura de procesamiento, los costos de almacenamiento y el bajo porcentaje de usabilidad de la planta significan que no es un sustituto listo. [ cita necesaria ]
Sin embargo, la madera también es un recurso renovable: alrededor del 90 por ciento de la pulpa proviene de plantaciones o áreas reforestadas. [21] Las fuentes de fibras no madereras representan alrededor del 5 al 10 por ciento de la producción mundial de pulpa, por una variedad de razones, incluida la disponibilidad estacional, problemas con la recuperación química, el brillo de la pulpa, etc. [16] [34] En China, A partir de 2009, una mayor proporción del procesamiento de celulosa no maderera incrementó el uso de agua y energía. [35]
En algunas aplicaciones, los no tejidos son alternativas al papel elaborado a partir de pulpa de madera, como el papel de filtro o las bolsitas de té .
La pulpa de mercado es cualquier variedad de pulpa que se produce en un lugar, se seca y se envía a otro lugar para su posterior procesamiento. [37] Los parámetros de calidad importantes para la pulpa que no están directamente relacionados con las fibras son el brillo , los niveles de suciedad, la viscosidad y el contenido de cenizas. En 2004 representó alrededor de 55 millones de toneladas métricas de celulosa comercializada. [37]
La pulpa secada al aire es la forma más común de vender pulpa. Se trata de pulpa secada hasta aproximadamente un 10 por ciento de contenido de humedad. Normalmente se entrega en fardos laminados de 250 kg. La razón para dejar un 10 por ciento de humedad en la pulpa es que esto minimiza la unión entre fibras y facilita la dispersión de la pulpa en agua para su posterior procesamiento en papel . [37]
La pulpa en rollo o en bobina es la forma más común de entrega de pulpa a los mercados de pulpa no tradicionales. La pulpa en pelusa normalmente se envía en rollos (bobinas). Esta pulpa se seca hasta alcanzar un contenido de humedad del 5 al 6 por ciento. En el cliente, esto pasa a un proceso de trituración para prepararlo para su posterior procesamiento. [37]
Algunas pulpas se secan instantáneamente. Esto se hace presionando la pulpa hasta alcanzar un contenido de humedad de aproximadamente el 50 por ciento y luego dejándola caer a través de silos que tienen entre 15 y 17 m de altura. El aire caliente a gas es la fuente de calor normal. La temperatura está muy por encima del punto de carbonización de la celulosa , pero una gran cantidad de humedad en la pared y el lumen de la fibra impide que las fibras se incineren. A menudo no se seca hasta alcanzar un 10 por ciento de humedad (se seca al aire). Las balas no están tan densamente empaquetadas como la pulpa secada al aire. [37]
Los principales impactos ambientales de la producción de pulpa de madera provienen de su impacto en las fuentes forestales y de sus productos de desecho.
El impacto de la tala para proporcionar materia prima para la pulpa de madera es un área de intenso debate. Las prácticas modernas de tala , utilizando el manejo forestal , buscan proporcionar una fuente confiable y renovable de materias primas para las fábricas de celulosa . La práctica de la tala rasa es un tema particularmente delicado ya que es un efecto muy visible de la tala . La reforestación , la plantación de plántulas de árboles en áreas taladas, también ha sido criticada por disminuir la biodiversidad porque las áreas reforestadas son monocultivos . La tala de bosques antiguos representa menos del 10 por ciento de la pulpa de madera, [21] pero es una de las cuestiones más controvertidas.
Los efluentes del proceso son tratados en una planta de tratamiento biológico de efluentes , lo que garantiza que los efluentes no sean tóxicos en el receptor.
La pulpa mecánica no es un motivo importante de preocupación ambiental ya que la mayor parte del material orgánico queda retenido en la pulpa y los químicos utilizados ( peróxido de hidrógeno y ditionito de sodio ) producen subproductos benignos (agua y sulfato de sodio (finalmente), respectivamente).
Las fábricas de celulosa química, especialmente las fábricas kraft, son energéticamente autosuficientes y tienen un ciclo casi cerrado con respecto a los productos químicos inorgánicos.
El blanqueo con cloro produce grandes cantidades de compuestos organoclorados , incluidas dibenzo-p-dioxinas policloradas y dibenzofuranos policlorados (PCDD/F). [38] [39] Muchas fábricas han adoptado alternativas a los agentes blanqueadores clorados, reduciendo así las emisiones de contaminación organoclorada. [40]
En particular, la reacción de pulpa kraft libera compuestos malolientes. El reactivo de sulfuro de hidrógeno que degrada la estructura de la lignina también provoca cierta desmetilación para producir metanotiol , sulfuro de dimetilo y disulfuro de dimetilo . Estos mismos compuestos se liberan durante muchas formas de descomposición microbiana, incluida la acción microbiana interna en el queso Camembert , aunque el proceso kraft es químico y no implica ninguna degradación microbiana. Estos compuestos tienen umbrales de olor extremadamente bajos y olores desagradables.
Las principales aplicaciones de la celulosa son la producción de papel y cartón . La composición de las pulpas utilizadas depende de la calidad del papel acabado. Los parámetros de calidad importantes son el acabado de la madera , el brillo , la viscosidad, los extractos, el contenido de suciedad y la resistencia.
Las pulpas químicas se utilizan para fabricar nanocelulosa . [ cita necesaria ]
Los grados de pulpa especiales tienen muchas otras aplicaciones. La pulpa para disolver se utiliza en la fabricación de celulosa regenerada que se utiliza en la producción de textiles y celofán . También se utiliza para elaborar derivados de celulosa . La pulpa peluda se utiliza en pañales , productos de higiene femenina y telas no tejidas .
La máquina Fourdrinier es la base de la mayoría de la fabricación de papel moderna y se ha utilizado con algunas variaciones desde su concepción. Realiza todos los pasos necesarios para transformar la pulpa en un producto de papel final .
En 2009, la celulosa NBSK se vendió a 650 dólares la tonelada en Estados Unidos. El precio había bajado debido a la caída de la demanda cuando los periódicos redujeron su tamaño, en parte como resultado de la recesión. [41] En 2024, este precio se había recuperado a 1.315 dólares la tonelada. [42]