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• Carolina Toloza

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la celulosa_ La Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm.. De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere. A continuación se muestra la composición de distintos árboles y plantas:

Principales componentes de los árboles y otras plantas (%)

Hemicelulosa Lignina Ceniza Sílice

Celulosa

Pentosanos

• Pinos

40-50

4-14

15-34

26-34

1

trazas

• Otros Arboles

38-51

9-26

21-27

16-30

1

trazas

• Bagazo de caña de azúcar

32-44

27-32

19-24

2-5

1.5-2

• Bambú

26-43

15-26

21-31

2-5

1.5-2.5

• Pelusa de algodón

80-85

3-4

1-2

• Paja de trigo

28-36

23-28

25

12-16

15-20

12-18

• Paja de arroz

29-40

26-32

26

7-21

4-11

4-7

Fuente: TAPPI

_ESTRUCTURA MOLECULAR DE LA CELULOSA Desde el punto de vista bioquímico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200, es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de β-glucosa a través de enlaces β-1,4glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez.

La unión de 2 moléculas de β-glucosa forman un disacárido

La unión en cadena de “n” moléculas de ß-glucosa forman un polisacárido. Mientras mayor sea “n”, mayor será la longitud de la fibra de celulosa. El algodón es la forma natural más pura de las fibras de celulosa, con un valor de “n” superior a 6000.

A pesar de que está formada por glucosas, el hombre no puede utilizar a la celulosa como fuente de energía, ya que no cuenta con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos, sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética) por sus efectos benéficos.

En la actualidad, las Plantas de celulosa de Chile extraen esta fibra de la madera del pino y del eucalipto, separándola de las otras componentes de la madera como la lignina y la hemicelulosa. Durante siglos, esta fibra se ha constituido en la materia prima para la fabricación de diversos objetos de uso cotidiano, entre los cuales sobresale, por su importancia, la elaboración del papel. Empresas CMPC, desde su fundación en 1920, utilizó celulosa importada para la fabricación del papel, combinándola con la producción propia de celulosa a partir de la paja de trigo. Posteriormente –en los años 30-, y asumiendo el compromiso de abastecer a Chile de papel, CMPC adquirió plantaciones de pino insigne con la idea de extraer la celulosa de la madera. Los árboles constituyen la principal fuente de fibras naturales para más del 90% de la producción de celulosa a nivel mundial; el restante 10% es aportado por otras plantas, tales como pastos, bambúes, bagazo de caña de azúcar, algodones, linos, cáñamos y otros.

Actualmente Chile exporta 2,6 millones de toneladas anuales de celulosa y una vez que los proyectos actualmente en construcción estén plenamente operativos, se estima que Chile exportará unos 5 millones de toneladas en el año 2010.

Pliegos de celulosa cruda sin blanquear

la celulosa_ ¿cómo se produce la celulosa en el árbol? Los árboles, plantas y algas fabrican las sustancias para su crecimiento mediante el proceso de la fotosíntesis (foto = luz/síntesis = hacer). En el caso de los árboles y plantas verdes, consiste en una reacción química que se produce en las hojas con la ayuda de la clorofila (pigmento verde que absorbe la energía de la luz del sol para convertirla en alimento) y que combina la energía de la luz solar, el dióxido de carbono del aire y el agua absorbida del suelo. A través de este proceso el árbol obtiene alimento en la forma de azúcares, tales como la sacarosa y la maltosa. Toda esta cadena concluye con la instalación de la glucosa en el cambium (capa situada entre la corteza y la madera del árbol) para ser sintetizada, dando origen a la celulosa.

Las plantas verdes producen en sus hojas las sustancias para su crecimiento mediante el proceso de fotosíntesis, una compleja reacción química que se lleva a cabo en las hojas. La fotosíntesis es el proceso a través del cual las plantas verdes utilizan la energía de la luz solar para fabricar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y el agua, en presencia de la clorofila. En estas plantas, el agua y otros nutrientes son absorbidos desde el suelo por las raíces y trasladados hacia las hojas a través del xilema, una de las componentes del “sistema circulatorio” de las plantas. El dióxido de carbono es obtenido del aire que entra a las hojas a través de los estomas (poros) y se difunde hacia las células que contienen la clorofila. Este pigmento fotosintético verde denominado clorofila tiene el atributo único de ser capaz de convertir la energía activa de la luz en una forma latente de energía que puede ser almacenada (como alimento) para ser usada cuando se necesite.

Fuente: Sala del Árbol, Parque Educativo Jorge Alessandri. Octava Región Diseño Grafico TESIS DG

La fase inicial del proceso de fotosíntesis es la descomposición del agua (H2O) en Oxígeno, que es liberado a la atmósfera a través de los estomas y el Hidrógeno. Se requiere luz directa para realizar este proceso. Posteriormente este Hidrógeno más el Carbono y el Oxígeno del dióxido de carbono (CO2) son transformados en una secuencia de compuestos cada vez más complejos, los cuales finalmente dan origen a un compuesto orgánico estable denominado Glucosa (C6H12O6) y Agua. Esta fase del proceso utiliza la energía acumulada y por lo tanto puede desarrollarse en la oscuridad. La ecuación química simplificada de este proceso global es: 6CO2 + 12H2O + (energía) → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

En general, los resultados de este proceso son los inversos a los de la respiración, en la cual los carbohidratos son oxidados para liberar la energía, produciendo dióxido de carbono y agua. El principal producto de la fotosíntesis, la glucosa, es la piedra angular de los carbohidratos (azúcares, almidones y celulosa). Los azúcares solubles (sacarosa y maltosa) son usados como fuente inmediata de energía. Los almidones no solubles son almacenados como pequeños gránulos en distintas partes de la planta, principalmente hojas y raíces (incluyendo los bulbos) desde donde pueden ser consumidos por la planta cuando requiera de energía, y en los frutos. La celulosa es usada para construir la paredes rígidas de las células, que son la principal estructura soportante de las plantas. La glucosa llega al cámbium a través del floema, la otra componente del “sistema circulatorio” de las plantas. El cámbium es un tejido vegetal específico de las plantas leñosas, ubicado entre la corteza y la madera, compuesto normalmente por una capa única de células embrionarias que son las responsables del crecimiento de las plantas. En los árboles, cada año el cámbium origina dos capas de células adultas. La primera, hacia el interior, es de madera o albura, cuyo nombre científico es xilema y se reconoce al momento de cortar el árbol como los anillos de crecimiento del tronco.

_PARTES DE UN ÁRBOL La segunda capa de células adultas, hacia afuera, es otro tipo de tejido, denominado floema, que a diferencia del xilema está compuesto por células vivas que transportan la savia, solución acuosa rica en azúcares producida en la fotosíntesis. También a diferencia del xilema, que transporta el agua y otros nutrientes desde la raíz hacia las hojas, el flujo de la savia a través del floema es bi-direccional: Durante el período de crecimiento del árbol, generalmente en primavera, el floema transporta la savia desde las raíces, donde se han almacenado los azúcares, hacia las áreas de crecimiento del árbol. Después del período de crecimiento, el flujo de savia es desde las hojas hacia las raíces.

Corteza Externa: ... esto es lo que se ve del tronco desde fuera. Esta capa protege al árbol de los insectos, enfermedades, temperaturas extremas u otros daños

Floema ... es la corteza interna. Transporta los carbohidratos producidos en las hojas hacia abajo, a las otras partes del árbol, donde se convierten en el alimento que necesita el árbol para crecer.

Cámbium ... esta es una capa delgada de células embrionarias, del espesor de una célula, ubicada en la parte interior de la corteza interna. Aquí es donde se produce el crecimiento del árbol. Cada año el cámbium produce las células que constituyen el Xilema y el Floema. Una vez producidas las nuevas células del floema, las antiguas se secan y pasan a formar parte de la corteza. Hacia el interior del cámbium, las nuevas células de madera se unen a la albura (xilema). Así se producen los anillos de crecimiento del árbol.

Xilema ... También conocida como albura, cuya función es conducir el agua y las sales minerales desde las raíces hacia las hojas. La albura está compuesta por largas moléculas de celulosa que le dan al árbol su fortaleza.

Duramen ... en los árboles más viejos, en la medida que se forman nuevos anillos de crecimiento desde afuera hacia dentro, los anillos interiores, de albura más vieja, se bloquean con resina y se transforman en duramen. El duramen ya no puede transportar fluidos , pero su rigidez ayuda a sostener el árbol en el centro del tronco. El duramen típicamente es más oscuro que la albura. Este árbol aún no había desarrollado el duramen.

_LA VERDADERA FÁBRICA DE CELULOSA ESTÁ EN EL CÁMBIUM La madera o xilema se forma en el cámbium a través de un importante proceso químico. Las moléculas de glucosa (del orden de 30 mil) se unen punta con punta entre si, en una larga cadena recta para formar las moléculas de celulosa. Dado el gran número de moléculas de glucosa que se unen, se dice que la celulosa tiene un alto grado de polimerización. Sin embrago, a pesar de la longitud de las moléculas de celulosa, las cuales miden alrededor de 10μ (1μ = 10-3 mm.) todavía son muy pequeñas como para ser observadas por el ojo humano, incluso en un microscopio electrónico. La celulosa representa alrededor del 50% del peso seco de la madera (una vez extraída el agua). Debido a que las uniones entre las moléculas de glucosa son tan firmes, las moléculas de celulosa son muy resistentes y por esa misma razón, la madera también es resistente. Las uniones laterales entre las moléculas de celulosa también son muy fuertes, lo que hace que ellas se agrupen para formar filamentos, los cuales a su vez forman estructuras más gruesas, similares a una cuerda, llamadas microfibrillas. Estas microfibrillas pueden observarse en un microscopio electrónico.

Las fibrillas (fibras) de celulosa tienen distintas formas y tamaños. El círculo rojo representa una partícula de 20µ de diámetro.

La hemicelulosa es el segundo componente de la madera, representando entre el 1525% del peso seco de la madera. A diferencia de la celulosa, que está constituida sólo por glucosa, la hemicelulosa consta de glucosa más otros azúcares solubles en agua producidos en la fotosíntesis. El grado de polimerización, es decir, el número de moléculas de azúcar conectadas entre sí, es menor que en la celulosa y en consecuencia, las moléculas de hemicelulosa tienden a formas cadenas ramificadas en vez de estructuras rectas. La hemicelulosa rodea los filamentos de celulosa y ayuda en la formación de microfibrillas. El tercer elemento de la madera es la lignina. Es un producto químico complejo, totalmente diferente de la celulosa. La lignina constituye entre el 15-30% del peso seco de la madera. En la madera se concentra principalmente en las paredes de las células, ayudando a pegar las microfibrillas entre sí. La lignina es un polímero tridimensional, cuya estructura exacta aún no es totalmente conocida. Las plantas que contienen lignina, como los árboles, por ejemplo, son rígidas y pueden crecer a gran altura. Además de otorgar resistencia mecánica a las paredes de la células de la madera y por lo tanto, a todo el árbol, la lignina juega un rol crucial en la conducción del agua a través del xilema. Las componentes polisacáridas de las paredes de las células de las plantas, particularmente la celulosa, son altamente hidrofílicas, y por lo tanto permeables al agua. La lignina permite la formación de vasos que transportan el agua eficientemente.

El resto de los componentes de la madera se agrupan genéricamente en una categoría denominada extractivos. Se trata de una serie de productos químicos orgánicos e inorgánicos de las células, que no son componentes estructurales de la madera. Oscilan entre un 2-15% del peso seco de la madera. Como su nombre lo indica, se pueden extraer de la madera con agua caliente, alcohol u otros solventes. Los extractivos de tipo orgánico contribuyen a darle a la madera propiedades tales como: color, olor, sabor, resistencia a la descomposición, densidad, higroscopicidad (capacidad para absorber el agua) y combustibilidad. Algunos ejemplos de extractivos son: taninos, aceites, grasas, resinas, ceras, goma, almidón y terpenos. La hoja posee una capa protectora externa llamada epidermis una capa intermedia, que contiene los cloroplastos, que absorben el dióxido de carbono (CO2) necesarios para la fotosíntesis. una capa interior, que contiene los vasos centrales, xilema y floema, que transportan las sustancias nutritivas hacia la hoja y fuera de ella.

Fuente: Wikipedia

En las superficies de las raíces existen pelos que se extienden por el suelo que absorben el agua y sales minerales mediante un proceso de osmosis. el agua y los minerales en forma de savia fluyen a través del xilema o vasos leñosos, hasta alcanzar las hojas en la cima del árbol.

la celulosa_ tipos de celulosa Desde el punto de vista técnico y comercial, la celulosa recibe diferentes denominaciones, dependiendo del proceso que se utilice para separar las fibras de celulosa del resto de las componentes de la madera: La Celulosa Química se obtiene a partir de un proceso de cocción de las partículas de madera (chips) con diferentes productos químicos a altas temperaturas y presiones. La Celulosa Mecánica, mejor conocida como Pulpa Mecánica, se obtiene desfibrando la madera a altas temperaturas y presiones. Entre ambas categorías está también la celulosa denominada Quimio-Termo-Mecánica, donde se utiliza una combinación de los procesos anteriores. La celulosa resultante de estos procesos tiene la forma de una pasta (tiene un alto contenido de agua) y tiene aún un contenido importante de lignina, que le da una tonalidad color café, similar al color natural de la madera.

Celulosa cruda o Kraft

Dado que uno de los principales usos finales de la celulosa es la producción de papeles blancos, es necesario blanquear la pasta de celulosa a través de un tratamiento con productos químicos en orden a extraer la lignina, resinas, iones metálicos y otras sustancias que podrían afectar el proceso de producción del papel. Una vez blanqueada, la celulosa todavía tiene la forma de una pasta, con un alto contenido de agua. En las Plantas integradas de celulosa y papel, esta pasta alimenta directamente las máquinas papeleras allí instaladas. En el caso de Chile, la mayor parte de la celulosa producida se destina al mercado externo y en consecuencia, es necesario extraerle el agua antes de despacharla para su venta, con el propósito evidente de reducir los costos de transporte y además para preservar algunas de sus características, minimizando la reversión de la blancura en el tiempo.

Celulosa blanqueada: celulosa química

la celulosa_ usos finales de la celulosa Para reconocer la importancia de la celulosa, es necesario conocer sus diferentes aplicaciones y usos, los cuales se han ordenado de acuerdo al tipo de celulosa: La celulosa (pulpa) mecánica: En Chile como en todo el mundo, este tipo de celulosa prácticamente no se transa en el mercado y es consumida directamente en las mismas Plantas donde se produce para fabricar papel de diarios, papel para guías de teléfonos y volantes. Es una celulosa de alto rendimiento, en el sentido que conserva un alto porcentaje de la lignina y otras sustancias de la madera y en consecuencia, es relativamente económica. Normalmente se utiliza en combinación con celulosa química para la fabricación tanto de estos papeles como otros destinados a revistas y catálogos, a los cuales a menudo se les agrega una capa de estucado para mejorar la calidad de impresión. La celulosa quimio-termo-mecánica (CTMP): Esta celulosa tiene propiedades intermedias entre la pulpa mecánica y la celulosa kraft. Es un método de producción de celulosa relativamente nuevo, ya que se comenzó a utilizar en la década de los años 80, representando hoy alrededor de un 6% del total de las celulosas que se transan en el mercado. A menudo es blanqueada y un porcentaje significativo de la producción está integrada a máquinas que producen papel periódico y cartulina para envases. Sus atributos físico-mecánicos y bajo costo también permiten que sea utilizada en la producción de papeles blancos de impresión y escritura, sustituyendo a la celulosa química. La celulosa kraft cruda: producida principalmente a partir de madera de pino que ha sido sometida a un tratamiento químico específico denominado kraft o al sulfato. Como su nombre lo indica, no es sometida a un proceso de blanqueo. Se trata de un segmento con un alto grado de integración a la producción de papeles y cartones. Representa alrededor de un 4% del total de las celulosas que se transan en el mercado. Es la más resistente de las celulosas y de hecho la palabra alemana “kraft” significa fuerza. Por esta razón constituye la materia prima para la fabricación de papeles para embalajes: papel kraft linerboard para cajas de cartón corrugado, papel sack kraft, para sacos y saquitos de papel, papel kraft de embalaje, cartulinas y cartones. La celulosa kraft blanqueada fibra larga: producida a partir de madera de pino, que además de haber sido sometida al proceso kraft, es posteriormente blanqueada. Esta celulosa representa un 45% del total de las celulosas que se transan en el mercado. Por sus excelentes índices de resistencia, es utilizada como materia prima para la fabricación de papeles y cartones blancos para embalaje. También se usa como fibra de refuerzo en una amplia variedad de papeles. Permite así alcanzar los parámetros de resistencia deseados cuando se usa en combinación, por ejemplo, con un elevado porcentaje de fibras recicladas. La celulosa kraft blanqueada fibra corta: producida a partir de madera de eucalipto, acacia u otros árboles de maderas duras. Esta celulosa representa un 43% del total de las celulosas que se transan en el mercado. En particular, la celulosa de eucalipto tiene un conjunto de propiedades biométricas que la transforman en una fibra única, especialmente adecuada para la producción de papeles tissue de alta calidad, papeles finos de impresión y escritura, papel fotocopia y papeles estucados. Además, esta celulosa es fácil de refinar, lo que permite alcanzar las propiedades finales deseadas del papel reduciendo el consumo de fibras largas (fibras de refuerzo) y ahorrando energía en refinación. La celulosa kraft se embala en fardos de 250 kilos. Cada fardo está constituido por un número variable de pliegos de celulosa de unos 80 cm. de largo por 70 cm. de ancho y un gramaje (peso por m2) entre 700-850 g/m2. Para su exportación y venta se agrupan 8 fardos en dos columnas de cuatro, para formar el denominado “unit”, de 2.000 kilos (2 toneladas).

la celulosa_ materias primas (madera utilizadas) Los árboles utilizados para producir celulosa se clasifican en dos grandes grupos dependiendo de las características de su madera: Las coníferas o árboles de fibra larga (Softwood) y las latifoliadas, o árboles con maderas de fibra corta (Hardwood). Entre las coníferas destacan diferentes especies de pinos y abetos, y en las maderas de fibra corta encontramos a las diversas variedades de eucaliptos, los abedules, álamos, acacias y varias otras especies tropicales.

El trozo que se utiliza para la fabricación de celulosa es de menor diámetro que el utilizado en aserraderos.

La madera es lejos el principal insumo en la producción de la celulosa, representando en un promedio de la industria mundial alrededor del 50% del costo total del producto. Desde esta perspectiva. existen básicamente tres ejes de análisis para evaluar si un tipo de maderas es apta para la producción de celulosa. 1. Economía Forestal: son todos aquéllos factores que inciden en el costo de la madera puesta a la entrada de la Planta de celulosa. Además de la cercanía de los bosques con la Planta (costos de transporte), el ideal es que la superficie de bosques necesaria para abastecer las necesidades de la Planta sea lo más reducida posible. En esto intervienen principalmente dos factores: la edad de rotación, es decir, cuantos años tardan los árboles en alcanzar la edad de corte; y la tasa de crecimiento de los árboles, medida en m3 sólidos de madera sin corteza por hectárea de bosques. 2. Economía de Proceso: son aquéllas características de la madera que hacen más fácil (económica) la separación de las fibras de celulosa de las demás componentes de la madera, además de obtener una mayor cantidad de fibras de celulosa por m3 de madera. 3. Propiedades biométricas de la celulosa: son aquéllos atributos de las fibras que las hacen más apropiadas para la fabricación de un tipo de papel u otro. Típicamente la longitud de fibra, su ancho, su espesor de pared, su peso por unidad de longitud, etc..

El desarrollo en las últimas décadas de las plantaciones forestales de crecimiento rápido en el Hemisferio Sur está generando dos importantes cambios en la industria mundial de la celulosa. En primer lugar se observa el paulatino desplazamiento del centro de gravedad de la industria desde el Hemisferio Norte, basada en bosques naturales, hacia el Hemisferio Sur, en base a bosques plantados por el hombre: Mientras en el año 90 sólo un 12% de la capacidad mundial productora de celulosa de mercado estaba localizada en el Hemisferio Sur, esa cifra llegará en el año 2010 a un 34%. En segundo lugar se detecta una tendencia en las grandes empresas de la industria de la celulosa y el papel, -muchas de ellas integradas desde el bosque hasta el consumidor final-, hacia la especialización en un conjunto más reducido de negocios, donde exhiben probadas ventajas competitivas sustentables. De esta manera, muchas de ellas están abandonando la producción de celulosa, delegándola en empresas especializadas en dicho segmento. Las dos principales variedades de celulosa Chilena producidas a partir del pino radiata y del eucalipto globulus, especies forestales cultivadas en el país, han alcanzado un buen posicionamiento en el mercado, por provenir de bosques manejados

en forma probadamente sustentable, exhibir adecuados parámetros físico-mecánicos y una calidad uniforme. En Chile, la industria de celulosa usa sólo madera proveniente de bosques plantados por el hombre, ya que en nuestro país su rendimiento permite un muy buen nivel de productividad: Mientras en otros países los pinos de bosques naturales poseen un período de maduración entre los 45 y 90 años, en Chile las plantaciones de pino radiata alcanzan la edad de corte entre los 20 y los 25 años. De igual manera, los bosques naturales de fibra corta (abedules) del hemisferio norte tiene una edad de rotación entre 35-40 años, los eucaliptos en Chile llegan a la edad de corte entre los 10-15 años. Las principales especies de árboles usadas en la producción de celulosa en Chile son el pino radiata, el eucalipto globulus y el eucalipto nitens, los que se encuentran en abundancia en las plantaciones de crecimiento rápido, ubicadas principalmente desde la VII a la X Región del país.

PARAMETROS FORESTALES

PAIS

ESPECIE

Rotación

Rendimiento

(años)

(m 3 /ha x año)

7-12

25

Argentina

Pinos Elliottii/Taeda

Brasil (*)

Pinos Elliottii/Taeda

Chile

Pino Radiata

New Zealand (+)

Pino Radiata

USA Sur

Pinos Elliottii/Taeda

25

10

Canadá

Abeto Douglas(Douglas Fir)

45

7

Suecia

Abeto (Norway spruce)

70-80

4

Canadá

Abeto (White spruce)

55

2,5

Canadá

Abeto (Black spruce)

90

2

Brasil

Eucalipto Grandis

7

50

Brasil (*)

Eucalipto

Indonesia

Acacia Magnum

7

20-25

Chile

Eucalipto Globulus

10-15

20

Iberia

Eucalipto Globulus

12-15

10-12

Suecia

Abedul (Birch)

35-40

5,5

Finlandia

Abedul (Birch)

35-40

4

30 20-25

22 22

37 (47-33)

Fuentes: Sergio Almeida (VCP) - PPI Market Pulp Conference 12, May 2000 (*) Bracelpa, 2003; (+) Sociedade Brasileira de Silvicultura, 2000 (Gazeta Mercantil 02.05)

la celulosa_ la producción de celulosa en CMPC Empresas CMPC está siempre atenta a los avances tecnológicos en la industria. Todas las plantas de CMPC Celulosa son sometidas periódicamente a intervenciones técnicas, con el propósito de mejorar su competitividad, entendida ésta en un sentido amplio, es decir, las intervenciones están orientadas a mejorar su eficiencia operativa, reducir costos y mejorar su desempeño ambiental. Ejemplo de ello son las tecnologías introducidas en los procesos de blanqueo, las que han significado la total eliminación del antiguo proceso de blanqueo basado en cloro elemental y su reemplazo por el sistema de blanqueo ECF (Elemental Chlorine Free). El proceso ECF y las plantas de tratamiento de efluentes han significado una reducción de los compuestos órgano clorados (AOX) superior al 95% con respecto al proceso tradicional. Además los pocos compuestos órgano clorados que se generan con esta nueva tecnología son similares a los que se encuentran en la naturaleza, se degradan naturalmente y no tienen un efecto persistente en el medio ambiente (no son bioacumulables).

Otra consecuencia de estas mejoras tecnológicas ha sido el uso más eficiente del recurso agua. En la actualidad se consume, por tonelada de celulosa producida, sólo 40 metros cúbicos de agua, en circunstancias que en los años 80', esta cifra fluctuaba entre los 120 y 140 metros cúbicos por tonelada. Esto se explica porque los circuitos de agua se han “cerrado”, es decir, la misma agua se limpia y se reaprovecha. Debe destacarse el hecho que cerca del 95% del agua captada, que se usa en el proceso, es devuelta debidamente tratada y limpia a los cursos fluviales. Sólo un 5% se pierde por evaporación. La reducción en las emisiones ha sido otro de los logros registrados en la industria. El nivel de AOX (Adsorbable Organic Halogen) en los últimos 25 años ha bajado desde 8 kg/ton a 0,1-0,6 kg/ton de celulosa; el BOD (Biochemical Oxygen Demand) en los últimos 10 años ha bajado de 15 kg/ton a 0,5-3 kg/ton de celulosa, y en el ámbito de las emisiones aéreas, los compuestos sulfurados han sido reducidos en más de un 95% desde fines de los años 70'. De esta manera, Empresas CMPC, a través de su constante inversión en tecnología de punta y de las cuidadosas prácticas en sus procesos industriales, no sólo logra la producción de celulosa de alta calidad, sino también reduce y neutraliza los impactos ambientales adversos, cumpliendo a cabalidad con las normas destinadas a la protección del medio ambiente.

la celulosa_ proceso de producción de celulosa kraft

La celulosa es elaborada mediante el proceso denominado "kraft", a través del cual los chips de maderas son cocidos en una solución alcalina basada en sulfatos y soda cáustica para extraerles la lignina; estos compuestos químicos son posteriormente recuperados para su reutilización, en un proceso de ciclo cerrado. Los rollizos de madera son descortezados, transformados en astillas (chipeados), las que después son enviadas a una pila de acopio para su homogeneización. Desde la pila de acopio, los chips o astillas, son extraídos, clasificados y conducidos al proceso de cocción -en el digestor continuo o en digestores batch- con licor blanco, una solución alcalina de soda cáustica y sulfuro de sodio. Resultante del proceso de cocción es la pasta de celulosa, que se clasifica, se lava y se blanquea. Una vez blanqueada, se procede a su secado y embalado final. En el proceso de cocción, el licor blanco junto con la lignina disuelta, se convierte en un licor negro, el cual se concentra para luego ser quemado en unos equipos denominados calderas recuperadoras. La parte orgánica del licor negro (lignina y otros compuestos de la madera) produce energía en el proceso de combustión, generando el vapor que se utiliza en la producción de energía eléctrica y, posteriormente, para calefaccionar diferentes procesos dentro de la misma planta industrial. La parte inorgánica -sales minerales (cenizas)- se recuperan después del proceso de combustión y son usadas en la etapa de caustificación para regenerar el licor blanco usado en la cocción. La corteza de los rollizos de madera, recuperadas en los descortezadores, se quema en calderas de poder para producir vapor y energía eléctrica, usados para los diversos procesos de la planta.

la celulosa_ fases de producción Cada una de las fases del proceso de producción de la celulosa se caracteriza por aspectos técnicos particulares, lo que las diferencia y les confiere la calidad de unidades específicas. Ellas cumplen secuencialmente el rol de eslabones de una cadena de nueve fases que dan cuerpo al proceso global. Las cinco primeras fases corresponden al proceso productivo tradicional, que a partir de un conjunto de insumos básicos (madera, agua, productos químicos y energía) da origen a la celulosa. Las siguientes 4 fases tienen como objetivo asegurar que el proceso productivo se desarrolle en armonía con el medio ambiente. Especial mención merece la fase de monitoreo de las condiciones ambientales. De la misma forma como los doctores pueden diagnosticar que algo no anda bien en nuestro organismo a partir del análisis de muestras de sangre y orina; los técnicos de las Plantas de celulosa, a partir de la información recolectada en los instrumentos de control de la Planta y las estaciones monitoreo, pueden detectar en forma inmediata eventuales alteraciones en el proceso productivo y ejecutar acciones preventivas.

Fase 1: Preparación de la Madera Fase 2: Cocción Fase 3: Blanqueo ECF Fase 4: Secado y Embalado Fase 5: Recuperación y Energía

Fase 6: Tratamiento de Efluentes Fase 7: Control de Emisiones aéreas y de olor. Fase 8: Disposición de Residuos Sólidos Fase 9: Monitoreo de Condiciones Ambientales A continuación se describen estas fases, mostrándolas en un esquema gráfico y explicándolas a través de una relación escrita.

la celulosa_ fase 1: preparación de la madera

La madera, principal materia prima para la fabricación de la celulosa, llega a la Planta generalmente en la forma de troncos de dimensiones estandarizadas, denominados rollizos. En menor medida también se utilizan astillas de aserradero y lampazos (restos perimetrales de troncos aserrados). El proceso se inicia cuando los rollizos de madera son cargados en los descortezadores, que son tambores rotatorios de grandes dimensiones que giran a una velocidad de 6 a 10 revoluciones por minuto. La corteza no se desperdicia, sino que es llevada a través de una cinta transportadora para ser quemada en una caldera, denominada caldera de biomasa. Los troncos descortezados son transformados en astillas (chips), las cuales luego de ser acopiadas para su homogeneización en grandes pilas, pasan a continuación por un proceso de clasificación por tamaño. Los chips de tamaño normal continúan a la fase siguiente, los de gran tamaño son devueltos para ser astillados nuevamente y los finos convergen junto con la corteza a la caldera de biomasa, donde son quemados para generar vapor, el cual posteriormente, en un equipo denominado turbogenerador, se usa para producir energía eléctrica. Como se observa en el diagrama, los lampazos siguen el mismo tratamiento que los rollizos de madera y las astillas de aserradero se incorporan directamente a la pila de astillas.

la celulosa_ fase 2: cocción

Las astillas procedentes de la pila de acopio son conducidas hacia la tolva de astillas, donde son impregnadas con vapor de agua para eliminar su contenido de aire. Para asegurar una mayor uniformidad de la cocción en el digestor, las astillas pasan por un tanque a alta presión donde son pre-impregnadas con licor blanco. Esta mezcla finalmente entra por la parte superior del digestor continuo. En el digestor las astillas son literalmente cocidas con una sustancia denominada Licor Blanco, a alta temperatura y presión. El Licor Blanco es una solución acuosa compuesta por sulfuro de sodio (Na2S) e hidróxido de sodio (NaOH). Su función es romper las uniones de lignina y liberar las fibras de celulosa. Físicamente, el digestor continuo es un gran estanque cilíndrico de varias secciones, con una red de tuberías a través de las cuales se le adicionan o extraen los líquidos de cocción. Tiene un eje vertical para revolver la mezcla y una tubería para drenar la celulosa. El rango de temperatura de cocción varía entre 130º C y 170° C, siendo más alta en la parte superior del digestor (etapa inicial). En la medida que las astillas avanzan hacia abajo en el digestor, se van transformando en pasta de celulosa. Esto explica porqué el proceso de cocción opera en forma continua. Al final de la cocción, además de la pasta de celulosa, se genera un residuo denominado Licor Negro, que está compuesto por el Licor Blanco mezclado con la lignina y otras sustancias de la madera. Este Licor Negro es recuperado para ser procesado en otro sector de la Planta de Celulosa denominado Sistema de Recuperación de Productos Químicos y Energía. Este importante proceso permite la recuperación de productos químicos valiosos. En la práctica, sólo un porcentaje muy minoritario de los residuos sólidos del digestor debe ser enterrado en los vertederos (áreas de disposición controlada). Al llegar a la parte inferior del digestor, la pasta de celulosa es sometida a un lavado a altas temperaturas, donde flujos de agua a contracorriente le van eliminando el Licor Negro. Luego, la pasta pasa por un estanque de soplado, cuya función es reducir bruscamente la presión, con el objeto de liberar las fibras que aún permanecen compactas. El proceso de soplado se realiza a menores temperaturas; para ello se inyecta agua fría a la pasta, con el fin de bajar su temperatura al rango 75-80° C. La pasta de celulosa que sale del digestor es lavada y clasificada a través de varios filtros. Los nudos de la madera y otros chips que no pasan por los filtros son enviados de vuelta al digestor. La pasta filtrada y lavada por segunda vez constituye lo que se denomina celulosa cruda o celulosa sin blanquear, líquida. Esta pasta de celulosa tiene aún un contenido importante de lignina, que le da una tonalidad color café, similar al color natural de la madera. Es importante señalar que como alternativa al digestor continuo, el proceso recién descrito también puede realizarse en digestores batch. Físicamente, ellos son una batería de estanques dotados de sofisticados equipos de control de temperatura y presión, que como su nombre lo indica, operan en forma intermitente. En términos muy generales, las astillas y el licor de cocción son cargados por la parte superior del estanque, el cual una vez lleno se cierra con una válvula. A continuación se procede a elevar la temperatura y la presión del estanque hasta alcanzar la temperatura de cocción (aprox. 170 °C) y una presión de 700 kPa. Estas condiciones son mantenidas durante un cierto período de tiempo, necesario para disolver la lignina y liberar las fibras de celulosa. Cumplido este tiempo, se procede a vaciar el estanque por diferencias de presión (soplado) y posteriormente la pasta es lavada, clasificada y filtrada de manera similar a la descrita en el caso del digestor continuo. La celulosa cruda es el principal insumo en la producción de los papeles y cartones de color café que se usan para embalaje o para producir envases como los sacos, saquitos y cajas de cartón corrugado.

la celulosa_ fase 3: blanqueo ECF

Dado que la celulosa es el principal insumo en la producción de papeles blancos, es necesario someter a la pulpa de celulosa a un tratamiento con productos químicos en orden a extraer el remanente de lignina, las resinas, iones metálicos y otras sustancias que podrían afectar el proceso de producción del papel. Diferentes productos químicos, como el dióxido de cloro, el oxígeno y el peróxido de hidrógeno (H2O2-agua oxigenada) son agregados en forma secuencial a la pasta de celulosa para blanquearla eliminando la lignina. De esta manera, los consumidores de celulosa reciben un producto que les permite producir papeles con los atributos requeridos de blancura y brillo, los que además no decaen significativamente con el paso del tiempo. Los productos químicos actualmente en uso en esta fase del proceso han sustituido a otros que fueron eliminados, por cuanto se demostró que generaban componentes nocivos para el medio ambiente. El proceso de blanqueo significa, necesariamente, una reducción de rendimiento de la madera, medido en m3 de madera por tonelada de celulosa; por cuanto se elimina una parte importante de la lignina que aún permanece en la pasta café y además, una parte de las fibras de celulosa se degradan debido a los agentes químicos que intervienen en el proceso. Normalmente, en todo el proceso de blanqueo se pierde entre un 5 y 9% de la pasta café, para alcanzar blancura estándar de 87-90%, según la norma ISO-2470 (International Organization for Standardization). Las plantas de celulosa modernas –como las de Empresas CMPC- han incorporado en forma previa a las distintas etapas que componen el proceso de blanqueo, una etapa denominada deslignificación con oxígeno, que como su nombre lo indica, consiste en aplicar altas dosis de oxígeno a la pasta café para producir la oxidación de la lignina. Esta reacción química se realiza en un estanque presurizado, a elevadas temperaturas y en un medio alcalino (pH > 7). Esta etapa tiene dos importantes beneficios: Se reduce sustancialmente el consumo de químicos en las etapas posteriores de blanqueo y además, permite que la lignina removida en la primera estación de lavado pueda ser reprocesada en el Sistema de Recuperación de Productos Químicos y Energía.. El blanqueo de la celulosa continúa agregando en sucesivas etapas distintos productos químicos que oxidan o modifican la estructura molecular de la lignina y otros elementos presentes en la pasta de celulosa cruda, facilitando su disolución y posterior extracción. La pasta es lavada al final de cada etapa para remover los materiales orgánicos solubles. Estas reacciones químicas se realizan en estanques a alta temperatura y en un ambiente ácido (pH < 4). Dado que en este proceso se generan algunos componentes orgánicos que no son solubles en un ambiente ácido, es necesario intercalar etapas en las que se utilizan productos químicos que generan un medio alcalino, de tal forma de poder extraer estos componentes en la estación de lavado. El residuo líquido procedente de la planta de blanqueo, denominado efluente, es conducido a las plantas de tratamiento, con el objeto de ser purificado, eliminando todas las sustancias nocivas para el medio ambiente antes de devolverlo a los ríos. Las etapas del proceso de blanqueo se representan por símbolos que reflejan el producto químico que se emplea en ella o la función que desempeña:

Símbolo

O

D

E

Etapa

Oxígeno

Pérdida Tiempo pH Consistencia

1-5 - 2.0% on pulp

Dióxido de 0.6-1.0% Cloro on pulp

Extracción 3 -4% on Alcalina pulp

60 min

180 min

120 min

>7

3.5 4.0

12

Tº

10 - 15%

El Oxígeno remueve la lignina y modifica otras componentes que dan color a la pasta. 85 - En las etapas de deslignificación/blanqueo 95 °C con Oxígeno, la pasta de celulosa es oxidada en un estanque presurizado y a elevadas temperaturas en un medio alcalino.

10 - 12%

El Dióxido de Cloro (ClO2 ) es un producto químico muy selectivo, que reacciona con la lignina transfiriéndole una molécula de 60 - Oxígeno y rompiendo su estructura. Se utiliza 80 °C para deslignificar la pasta y para blanquearla de otros extractivos que le dan color. Esquemáticamente:Lignina + ClO2→ Lignina Oxidada + HClO/HClO2

10 - 20%

Muchos de los residuos orgánicos de la fase D son ácidos orgánicos y alcoholes que no son solubles con agua en un ambiente ácido. 45 - En esta etapa estos extractivos son 95 °C removidos vía disolución a alta temperatura usando NaOH (Hidróxido de Sodio o Soda Caústica), lo que genera una solución alcalina. Extracción Alcalina reforzada con Oxígeno

EO

(O2) Extracción Alcalina reforzada con Peróxido de Hidrógeno (H2O2) - Agua Oxigenada

EP

Extracción Alcalina reforzada con Oxígeno y Peróxido de Hidrógeno

EOP

P

Descripción

Peróxido 2 -3 % on de 1 -2 hr pulp Hidrógeno

10 - 30%

El Peróxido de Hidrógeno (H2O2) es utilizado para blanquear la pasta principalmente en las 65 últimas etapas del blanqueo. Una de sus 80 °C virtudes es que previene la reversión de la blancura de la celulosa con el paso del tiempo.

Q

Quelato

Son agentes químicos que se utilizan para capturar los iones metálicos que se producen en la etapas O,P,Z; evitando que ellos generen reacciones químicas que degradan la celusa, limitan el grado de blancura alcanzable y produzcan una reversión de su blancura con el paso del tiempo.

W

Lavado

La pasta es lavada después de cada etapa del blanqueo para remover los reactivos.

Ozono

El Ozono (O3 ) es un efectivo agente deslignificador y blanqueador de la pasta. Su utilización industrial se expandió una vez mejorada su selectividad. Originalmente atacaba tanto a las fibras de celulosa como a la lignina.

Z

0.1 - 1.0% on pulp

2.5

5 - 15%