Industria de la pasta y el papel en Ecoinnovación en procesos industriales
Wikilibro: Ecoinnovación en procesos industriales > Capítulo 9: Ejemplos de Innovación Medioambiental en Procesos Industriales |
Sección 4
El papel es esencialmente una hoja hecha de fibras a la que se añaden varias sustancias químicas para modificar sus propiedades y su calidad. Además de fibras y sustancias químicas, la fabricación de papel requiere grandes cantidades de agua y energía en forma de vapor y electricidad. En consecuencia, los principales problemas medioambientales asociados a la producción de papel son las emisiones a las aguas, las emisiones atmosféricas y el consumo de energía.
La pasta papelera puede obtenerse a partir de fibra virgen por medios químicos o mecánicos o bien a partir de papel recuperado. Una fábrica de papel puede limitarse a reconstituir la pasta fabricada en otro lugar o integrarse con el proceso de desfibrado en el mismo establecimiento. Son instalaciones de una gran diversidad de productos y procesos, y con un alto grado de integración. Las mejoras tecnologías para reducir la contaminación del sector deben ir de la mano de la planificación de una formación, educación y motivación del personal; de una optimización del control del proceso, y de un mantenimiento adecuado y suficiente. Es decir, es imprescindible que haya un sistema de gestión medioambiental que aumente la sensibilización del personal, y que incorpore todo lo necesario para disponer de un proceso eficaz y eficiente (objetivos, política, procedimientos e instrucciones de proceso y de trabajo, etc.). Fabricación de pasta kraft El proceso de fabricación de pasta al sulfato o proceso kraft es el más utilizado en todo el mundo, debido a las excelentes propiedades del producto y su aplicabilidad a todo tipo de maderas. Los vertidos de aguas residuales, las emisiones atmosféricas (incluidos los gases fétidos), y el consumo de energía son sus principales problemas medioambientales, aunque también los residuos pueden llegar a serlo en algunos países. Las principales materias primas son recursos renovables (agua y madera) y los productos químicos que se utilizan en la cocción y en el blanqueado. Los contaminantes que predominan en las emisiones a las aguas son las sustancias orgánicas. Los efluentes de las plantas de blanqueado contienen compuestos organoclorados, que se miden en AOX. Algunos de los compuestos vertidos por las industrias papeleras son tóxicos para los organismos acuáticos. Las emisiones de sustancias coloreadas pueden perjudicar a los seres vivos que habitan en el medio receptor. Las emisiones de nutrientes (nitrógeno y fósforo) pueden contribuir a la eutrofización de las aguas receptoras. Las aguas residuales contienen metales extraídos de la madera en bajas concentraciones, pero la carga total puede ser importante debido al gran caudal de los vertidos. Gracias a la aplicación de medidas en el propio proceso, se ha logrado reducir notablemente la concentración de sustancias orgánicas cloradas y no cloradas en los vertidos de estas industrias. Las técnicas empleadas para las fábricas de pasta kraft son las siguientes:
Otro problema de relevancia medioambiental de este sector son los gases de escape que se originan en diferentes fuentes, como la caldera de recuperación, el horno de cal, el horno de corteza, el almacén de astillas de madera, la lejiadora, el lavado de la pulpa, la planta de blanqueado, la preparación de los productos químicos de blanqueado, la evaporación, el tamizado, el lavado, la preparación del licor blanco y diversos tanques. Parte de estas emisiones son difusas en varias fases del proceso, mientras que las fuentes puntuales más importantes son la caldera de recuperación, el horno de cal y las calderas auxiliares. Los principales contaminantes son óxidos de nitrógeno, compuestos sulfúreos como el dióxido de azufre y compuestos sulfúreos reducidos de olor fétido. También se producen emisiones de partículas. Para reducir las emisiones atmosféricas se emplean los siguientes procesos:
y se controlan las emisiones de SO2 resultantes.
En el caso de la reducción de los residuos, se suele reducir al mínimo la producción de residuos sólidos y recuperar, reciclar y reutilizar estos materiales siempre que sea posible. La recogida selectiva y el almacenamiento intermedio de las distintas fracciones de residuos en origen pueden ser de gran utilidad para cumplir este objetivo. Si los residuos recogidos no pueden reutilizarse en el proceso, deben emplearse para un aprovechamiento externo como material sustitutivo o la incineración de la materia orgánica en calderas de diseño adecuado que permitan recuperar energía. A fin de reducir el consumo y aumentar la producción interna de vapor y electricidad, pueden adoptarse varias medidas. En las papeleras no integradas dedicadas a la fabricación de pasta con sistemas energéticamente eficientes, la producción del licor negro y la incineración de la corteza generan calor más que suficiente para todo el proceso productivo. Sin embargo, en algunas ocasiones es necesario utilizar fuel-oil para poner en marcha el proceso y, en muchas fábricas, también en el horno de cal. |
Fabricación de pasta al sulfitoLa producción de pasta al sulfito es mucho menor que la de pasta kraft. En la fabricación de este tipo de pasta pueden utilizarse diferentes productos químicos, pero el sulfito de magnesio es el más importante en términos de capacidad y número de fábricas en Europa. En muchos aspectos, los procesos de fabricación al sulfato (kraft) y al sulfito son similares, sobre todo en lo que respecta a la posibilidad de aplicar distintas medidas internas y externas para reducir las emisiones al medio ambiente. Desde el punto de vista medioambiental, las diferencias más importantes entre ambos procesos radican en los productos químicos utilizados en el proceso de cocción, en el sistema de preparación y recuperación de productos químicos, y en que la pasta al sulfito es más fácil de blanquear, debido a su mayor brillo inicial. Al igual que en el proceso kraft, también las aguas residuales y las emisiones atmosféricas son los problemas medioambientales más importantes del proceso de fabricación al sulfito. Las principales materias primas son recursos renovables (madera y agua) y los productos químicos que se utilizan en la cocción y en el blanqueado. Los contaminantes que predominan en las emisiones a las aguas son las sustancias orgánicas. Algunos de los compuestos vertidos por las industrias papeleras son tóxicos para los organismos acuáticos. Las emisiones de sustancias coloreadas pueden perjudicar a los seres vivos que habitan en el medio receptor. Las emisiones de nutrientes (nitrógeno y fósforo) pueden contribuir a la eutrofización de las aguas receptoras. Las aguas residuales contienen metales extraídos de la madera en bajas concentraciones, pero la carga total puede ser importante debido al gran caudal de los vertidos. En el proceso de blanqueado de la pasta al sulfito suele evitarse el uso de productos químicos clorados, es decir, se aplica el proceso de blanqueado totalmente sin cloro (TCF). Por lo tanto, las aguas residuales de la planta de blanqueado no contienen cantidades importantes de compuestos organoclorados. Los procesos técnicos disponibles para las fábricas de pasta al sulfito son las siguientes:
Con respecto a los gases de escape que se originan en diferentes fuentes, como la caldera de recuperación y el horno de corteza, los principales contaminantes emitidos son dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y polvo. La reducción de las emisiones atmosféricas son las siguientes:
En el caso de la reducción de los residuos, se utilizan los mismos procesos que en el caso de la pasta Kraft mencionados anteriormente. |
Fabricación de pasta mecánica y quimio-mecánicaEn la fabricación de pasta mecánica, las fibras de la madera se separan aplicando energía mecánica. El objetivo es mantener la parte principal de la lignina a fin de conseguir un alto rendimiento con unas propiedades de resistencia y brillo aceptables. Hay que distinguir dos procesos principales: la trituración de la madera (los troncos se astillan al pasar por una muela giratoria mientras se mojan con agua) y el refino de la pasta mecánica (las astillas se desfibran al pasar entre unos discos refinadores). Las características de la pasta pueden modificarse aumentando la temperatura de proceso y aplicando un tratamiento químico a la madera para reblandecerla antes de pasar a la fase de refino. Este proceso se denomina quimio-termomecánico (CTMP). En este proceso, los problemas medioambientales más importantes son las aguas residuales y el consumo de electricidad de los motores que propulsan las muelas trituradoras o refinadoras. Las principales materias primas son recursos renovables (agua y madera) y algunos productos químicos que se utilizan en el blanqueado y en el pre-tratamiento químico de las astillas. Durante la fabricación de papel se aplican diversos aditivos para facilitar el proceso y mejorar las propiedades del producto resultante (auxiliares del papel). Los contaminantes que predominan en las emisiones a las aguas son sustancias orgánicas disueltas o dispersas en la fase acuosa. Estas emisiones aumentan notablemente si se utilizan una o dos etapas de aplicación de peróxidos alcalinos para blanquear la pasta mecánica. El blanqueado a base de peróxidos produce necesidades adicionales de DQO, previas al tratamiento, de unos treinta kilos de oxígeno por tonelada secada al aire. Algunos de los compuestos vertidos por las industrias papeleras son tóxicos para los organismos acuáticos. Las emisiones de nutrientes (nitrógeno y fósforo) pueden contribuir a la eutrofización de las aguas receptoras. Las aguas residuales contienen metales extraídos de la madera en bajas concentraciones, pero la carga total puede ser importante debido al gran caudal de los vertidos. Los procesos que se emplean para las fábricas de pasta mecánica son los siguientes:
Las emisiones atmosféricas en este sector proceden principalmente de la generación de calor y electricidad en calderas auxiliares. También se generan emisiones de carbonos orgánicos volátiles (COV) en los almacenes de astillas de madera, y en los sistemas que extraen el aire de las tinas de lavado de las astillas y de otras tinas, y condensados que forman parte del sistema de recuperación de vapor de los refinadores, contaminados por los componentes volátiles de la madera. Parte de estas emisiones son difusas en varias fases del proceso. Para reducirlas se utilizan sistemas de recuperación de calor de los refinadores y la supresión de las emisiones de COV con el vapor contaminado. Aparte de las emisiones de COV, la fabricación de pasta mecánica genera emisiones atmosféricas que no están relacionadas con el proceso, sino que están originadas por la producción de energía en la fábrica, ya que para generar calor y electricidad se queman distintos tipos de combustibles fósiles o residuos de la madera como la corteza. En el caso de los residuos, las medidas a adoptar son las mismas que hemos descrito para los otros procesos de fabricación de papel. |
Reciclado de fibraLa fibra usada se ha convertido en una materia prima indispensable para el sector de fabricación de papel, porque su precio es muy competitivo con respecto al de la pasta virgen, y porque muchos países europeos han fomentado el reciclado de papel recuperado. Los sistemas de transformación de papel recuperado varían en función de la clase de papel que se desea producir (papel de embalaje, papel de periódico, “testliner”, papel de seda, …), y del tipo de composición utilizado. En general, los procesos de reciclado de fibra pueden dividirse en dos categorías principales:
Las materias primas que se utilizan en la producción de papel a base de fibra reciclada son principalmente papel recuperado, agua, aditivos químicos y energía en forma de vapor y electricidad. Las aguas de proceso y refrigeración se utilizan en grandes cantidades. Durante la fabricación del papel se aplican diversos aditivos para facilitar el proceso y mejorar las propiedades del producto resultante (auxiliares del papel). Los problemas medioambientales de las fábricas de papel reciclado son básicamente las emisiones a las aguas, los residuos sólidos (especialmente si se aplica el proceso de destintado, como en las fábricas de papel de seda) y las emisiones atmosféricas. Estas últimas están relacionadas principalmente con la producción de energía por medio de centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles. La mayoría de los procesos de reciclado de papel usado están integrados en la fábrica de papel. Las técnicas disponibles para las fábricas de papel reciclado son las siguientes:
destintadas (y, según las condiciones, también para las no destintadas) es el tratamiento biológico aeróbico y, en algunos casos, la floculación y la precipitación química. La opción preferible para las calidades no destintadas es el tratamiento mecánico con tratamiento biológico anaeróbico/aeróbico posterior. Estas fábricas suelen tener que tratar aguas residuales más concentradas debido a que sus circuitos de agua son más cerrados.
Las emisiones atmosféricas de las fábricas de papel reciclado proceden principalmente de las plantas instaladas para la producción de calor y, en algunos casos, para la cogeneración de electricidad. Por lo tanto, el ahorro de energía lleva aparejada la reducción de las emisiones atmosféricas. Las centrales eléctricas suelen ser calderas normales y pueden tratarse como cualquier otra instalación de este tipo. Para reducir el consumo de energía y las emisiones atmosféricas, se emplea la cogeneración de calor y electricidad, la mejora de las calderas existentes, la instalación de sistemas con menor consumo de energía. En el caso de los residuos, las mismas medidas ya descritas en los apartados anteriores. Una forma de reducir los residuos sólidos puede ser optimizar la recuperación de fibra modernizando las plantas de preparación de la pasta húmeda, optimizando el número de fases de limpieza en dicha preparación, y aplicando el proceso de flotación del aire disuelto como tratamiento de los circuitos de agua en línea para recuperar fibras y rellenos y clarificar las aguas de proceso. Hay que establecer un equilibrio entre la limpieza de la pasta, las pérdidas de fibra y los costes y necesidades de energía, que suele depender de las clases de papel. Otra manera es reducir las cantidades de residuos que se depositan en los vertederos mediante un sistema eficiente de manipulación de rechazos y lodos en fábrica para obtener mayor proporción de sólidos secos (deshidratación) y su posterior incineración con recuperación de energía. La ceniza obtenida puede utilizarse como materia prima en el sector de la construcción. |
Fabricación de papel sin fabricar la pasta (papeleras integradas)El proceso de fabricación de papel dentro de las papeleras integradas es mucho más complejo en sus aspectos técnicos. El papel se hace con fibras, agua y aditivos químicos. Además, se necesita mucha energía para llevar a cabo todo el proceso. Los diversos motores y el proceso de refinado de la pasta consumen corriente eléctrica. Se necesita calor para caldear el aire, el agua y otros licores, para evaporar el agua en el secador de la máquina de papel y para transformar el vapor en energía eléctrica (en el caso de la cogeneración). Las agua de proceso y refrigeración se utilizan en grandes cantidades. Durante la fabricación de papel se aplican diversos aditivos para facilitar el proceso y mejorar las propiedades del producto resultante (auxiliares del papel). Los problemas medioambientales más importantes de las industrias papeleras integradas son las emisiones a las aguas y el consumo de energía y productos químicos. También se generan residuos sólidos. Las emisiones atmosféricas se deben principalmente a la producción de energía en centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles. Los mejores procesos para reducir las emisiones a las aguas son las siguientes:
Las emisiones atmosféricas de las papeleras no integradas proceden principalmente de las calderas de vapor y de las centrales eléctricas. Estas últimas suelen ser calderas normales y no se diferencian de otras instalaciones de combustión. Se presupone que se regulan igual que cualquier otra caldera auxiliar de idéntica capacidad (véase más adelante). En el caso de los residuos, además de los procesos ya descritos en los otros apartados, se emplea la reducción de las pérdidas de fibra y relleno, la aplicación de una fase de ultrafiltración para recuperar las aguas residuales del proceso de estucado (sólo en el caso de calidades estucadas) la deshidratación eficiente de los residuos y lodos para obtener una mayor proporción de sólidos secos, la reducción de las cantidades de residuos que se envían al vertedero mediante opciones de valorización y de reciclado o incineración de los residuos con recuperación de energía, la utilización de tecnologías energéticamente eficientes. Para el ahorro de energía se requieren inversiones para cambiar, reformar o modernizar los equipos. Las cuestiones más importantes a tener en cuenta a la hora de realizar una inversión son la eficiencia de la producción, la mejora de la calidad del producto y la reducción de los costes generales. Se puede ahorrar energía instalando un sistema para controlar el consumo y el rendimiento, y aplicando tecnologías de prensado con anchas líneas de tangencia para lograr una deshidratación más eficaz de las bobinas en la sección de prensas de la máquina de papel También son utilizadas medidas tales como un desfibrado de gran consistencia, un refinado energéticamente eficiente, la formación de dobles telas, sistemas de vacío optimizados, motores de velocidad ajustable para bombas y ventiladores, motores eléctricos de alta eficiencia y de la potencia adecuada, sistemas para recuperar el condensado de vapor, técnicas para aumentar los sólidos en la prensa encoladora o sistemas para recuperar el calor del aire de escape. El consumo directo de vapor puede reducirse realizando una correcta integración del proceso mediante un análisis “Pinch”. |
Calderas auxiliaresEn función del balance energético real de la papelera, del tipo de combustibles externos que se utilicen, y del destino de posibles biocombustibles como la corteza y los residuos de la madera, hay que considerar las emisiones atmosféricas de las calderas auxiliares. Las industrias que fabrican pasta a partir de fibra virgen suelen utilizar calderas de corteza. En las fábricas de papel no integradas y en las fábricas de papel reciclado, las emisiones proceden principalmente de las calderas de vapor y de las centrales eléctricas. Éstas suelen ser calderas normales y no se diferencian de otras plantas de combustión. Los procesos utilizados para las calderas auxiliares son los siguientes:
combustibles bajos en azufre, o controlando las emisiones de azufre.
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Uso de productos químicos y aditivosEn la industria papelera se utilizan muchos productos químicos en función de la clase de papel que se fabrica, del diseño y funcionamiento del proceso y de las calidades de los productos que se desea obtener. Por una parte hacen falta productos químicos para fabricar la pasta papelera, mientras por otra se utilizan aditivos y auxiliares químicos en la producción de papel. Los aditivos químicos se utilizan para dotar al papel de diversas características, mientras que los auxiliares químicos tienen por objeto aumentar la eficiencia y reducir las interrupciones del proceso productivo. La disponibilidad de una base de datos que incluya todos los productos químicos y aditivos utilizados y la aplicación del principio de sustitución, es decir, que se utilizan productos menos peligrosos si se dispone de ellos. También deben aplicarse medidas para evitar vertidos accidentales en el suelo y en las aguas como consecuencia de la manipulación y almacenamiento de productos químicos. |
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