Celulosa

Santillana

INFORME

El papel, la celulosa y el medio ambiente Eulogio Reinoso Suárez Anuario de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente 1996, Presidente del Comité Permanente de Energía de la Asociación de Fabricantes de Pasta y Papel pp. 210-214, 1995

El papel no necesita presentación. De todos es conocida su importancia en la vida del hombre, en sus múltiples aspectos: como medio de transmitir y almacenar la cultura, los conocimientos o cualquier otro tipo de información; como material de embalaje ligero, flexible y económico, pudiendo adoptar las más diversas presentaciones, desde la más sofisticada para artículos de lujo a la más resistente para productos pesados y voluminosos; como ayuda en el hogar en forma de papeles higiénicos, rollos de cocina, pañuelos, pañales y compresas entre otros; y todo ello sin olvidar otras aplicaciones como las industriales para aislamientos, filtros, etcétera. El papel es tan importante en la vida del mundo civilizado que existe una clara correlación entre el consumo de papel per capita y el nivel de vida, siendo por ello utilizado como uno de los indicadores del nivel de desarrollo de un país. Pero lo que no es tan conocido es que el papel es un producto reciclable, reutilizable y biodegradable, y que está producido a partir de una materia prima renovable: las fibras celulósicas que proceden principalmente de los árboles y también de otras especies vegetales, como la paja, el bagazo de la caña de azúcar, el bambú, el algodón, el esparto, el lino, etcétera. El papel se forma aprovechando la singular propiedad que tienen las fibras celulósicas para unirse entre sí en la presencia de agua, sin que sea preciso utilizar ninguna cola o adhesivo. La fuerza de esta unión depende tanto del tipo de fibra (clase de árbol) utilizada y del proceso de fabricación de la celulosa (esto es del método utilizado para © del original 1995 Ediciones El País. © de la adaptación 1996 by Santillana, S.A.

separar las fibras celulósicas), como del tratamiento de «hidratación» a que se han sometido las fibras antes de iniciar la fabricación del papel. La fabricación del papel consiste en hacer una suspensión muy diluida de fibras celulósicas en agua, colocar esta suspensión sobre una malla que se mueve y en la que se va eliminando el agua hasta llegar a una determinada consistencia. La hoja formada por la unión de las fibras se prensa para seguir eliminando agua y finalmente se seca. Se ha dicho que las fibras celulósicas, industrialmente llamadas «celulosa» o «pasta de celulosa», proceden hoy día básicamente de los árboles. Este proceso de utilizar los árboles se inició, precisamente imitando a la naturaleza, después de que René de Reamur en el siglo XVIII observara cómo las avispas, utilizando como materia prima la madera, después de masticarla, hacían su nido con esta mezcla, que una vez seca era prácticamente papel. Los árboles que se utilizan para la fabricación de celulosa se pueden clasificar en dos grupos: 1. Las coníferas o árboles de hoja perenne. En alemán se denominan «de hojas de agua» y en inglés de «madera blanda». Tienen las fibras más largas. Las más utilizadas son diversas variedades del abeto, pino, pinsapo, ciprés, etcétera. 2. Las frondosas o árboles de hoja caduca. En inglés se llaman de «madera dura». Tienen las fibras más cortas que las coníferas. Con fines celulósicos se usan el abedul, el haya, el roble, el eucalipto, el chopo, etcétera. La tabla 1 resume la composición química media de ambos tipos de madera y en la tabla 2 se dan datos sobre las características morfológicas de las fibras de algunas maderas típicas que se utilizan en la fabricación de la celulosa. Las características morfológicas de las fibras determinan las propiedades que tendrá el papel, y su composición química la mayor o menor dificultad para separar las fibras de celulosa, básicamente en función del mayor o menor contenido de lignina, que es el «cemento» que une las fibras. ¿Cómo se separan las fibras que están en la madera? Existen dos tipos de procesos: el mecánico y el químico. En el primero, se separan las fibras «moliendo» la madera por medios mecánicos. En el segundo, se disuelve el «cemento» (la lignina), que une las fibras mediante agentes químicos combinados con presión y temperatura. El proceso químico por excelencia, por el que se produce actualmente la mayor parte de la celulosa, es el kraft o al sulfato. Después de separadas las fibras se pueden utili-

zar tal cual o someterlas a un posterior proceso de blanqueo. El tipo de fibra, el proceso y sublanqueo o no dependerán del tipo de papel a fabricar.

Renovable y biodegradable La materia prima del papel es renovable al proceder de los árboles y otros vegetales que se pueden plantar y renovar. Pero además, los árboles toman el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera para fijar el carbono (C) en la planta, devolviendo a la atmósfera el oxígeno (O2) (ver figura 1). Es decir, utilizan la luz solar, el agua y el CO2 para su crecimiento. Y lo que es más importante son los árboles jóvenes, especialmente los de las especies de crecimiento rápido, los que de una forma más intensa efectúan esta acción de eliminar el CO2 de la atmósfera y devolver el oxígeno. Por ello es bueno, en este sentido, cortar los árboles maduros para sustituirlos por nuevas plantaciones. En ocasiones existe un concepto equivocado sobre la utilización de los bosques por la industria de la celulosa. Se ha presentado, a veces, a la industria celulósica europea como destructora de bosques, cuando en realidad es lo contrario. La razón es bien sencilla. La industria de celulosas y papel es un sector básico que precisa inversiones muy fuertes con largos períodos de amortización y en la que su materia prima es la madera. Por propio interés crea bosques para poder asegurar su funcionamiento y pone el máximo interés en que los bosques estén sanos y bien cuidados. Por ello, este sector es uno de los principales impulsores de la creación de bosques y de su correcta gestión. En Europa los bosques se han incrementado a lo largo del siglo, duplicándose en este período la cantidad de madera existente en los mismos, al haber sido las cortas menores que los crecimientos. En el período 1950-1990 ha pasado de 8.000 millones de metros cúbicos a 12.300 millones, es decir, en 40 años se han incrementado más de un 50% las existencias de madera en ellos.

Producto reciclable El papel usado es una materia prima fundamental en la fabricación del papel, estando próxima al 50% de la cantidad que se utiliza en Europa. Las nuevas tecnologías que se han ido desarrollando, que permiten aprovechar cada vez mejor las fibras recuperadas, así como la mayor concienciación del público y las medidas adoptadas por las administraciones, han permitido aumentar la recuperación del papel, tanto en cantidad como en calidad, y consiguientemente el porcentaje de su utilización.

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INFORME Pero conviene no olvidar que: primero, las fibras recuperadas se van degradando con su utilización, permitiendo un número máximo de ciclos de uso, por lo que tienen que ir siendo sustituidas por fibras vírgenes; y segundo, las fibras recuperadas, al igual que los distintos tipos de fibras vírgenes, se deben utilizar cada una en la calidad de papel adecuada, de tal forma que éste cumpla los requisitos que se le van a exigir en su utilización. La ventaja adicional que presenta el papel es que aquel que no se recupera se biodegrada fácilmente, y el recuperado que no es utilizable de nuevo como materia prima se puede quemar y, además, debido a su origen, es una fuente energética renovable. No todo el papel que se utiliza se puede recuperar y no todo el papel que se recupera se puede emplear como materia prima, como las fibras se degradan con su sucesiva recuperación y además ciertos tipos de papel requieren por sus exigencias la utilización de fibra virgen, es preciso producir esta celulosa virgen. Como toda actividad humana, la fabricación de celulosa tiene un impacto en el medio ambiente. Hubo una época en que nadie prestaba atención a la influencia que las actividades humanas tenían en el medio ambiente. Afortunadamente para la humanidad, esta situación desapareció y se fue creando una conciencia cada vez más acusada de la importancia de su defensa. Esta conciencia también penetró en la industria de la celulosa, con lo que se han ido introduciendo mejoras sucesivas que han producido un cambio radical en los parámetros medioambientales de esta industria. El camino recorrido ha sido largo, habiendo tenido una influencia decisiva en los avances que se han conseguido como consecuencia de los intensivos y continuados trabajos de investigación realizados para desarrollar procesos cada vez más limpios. El resultado ha sido espectacular en la reducción de las emisiones. Al igual que sucede en cualquier otra industria existían dos posibles opciones para reducir dichas emisiones: 1. Utilización progresiva de procesos cada vez más limpios. 2. Utilización de medidas externas para corregir los vertidos antes de su salida de fábrica. Ha habido fábricas e incluso países que han puesto más el acento en la segunda solución, pensando que era una forma más rápida y en muchos casos menos costosa que la implantación de procesos limpios. Progresivamente, se ha ido yendo cada vez más a la primera, aunque a veces esto suponga inversiones muy fuertes. Por ejemplo, un preblanqueo con oxígeno puede suponer una inversión del orden de 3.000 millones de pesetas.

La problemática del blanqueo Como se ha indicado anteriormente, la madera, después de haberla cortado en pequeñas astillas, se somete a una «cocción o digestión» con productos químicos, básica-

mente sosa y sulfuro sódico, en unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Con ello se consigue disolver el «cemento» que une las fibras, la lignina, y se logra que éstas queden individualizadas. Pero no toda la lignina se elimina durante este proceso y la «pasta» resultante es de color marrón. En el proceso de blanqueo se elimina la lignina residual y la pasta se vuelve blanca. Con ello se consigue un alto grado de limpieza química y biológica, lográndose por otra parte que los papeles producidos con ella no se decoloren en el almacenaje ni amarilleen con la acción de la luz solar. Los procesos de blanqueo clásicos antiguos estaban basados en la utilización del cloro y el hipoclorito, alternando con etapas de tratamiento con sosa. Un paso muy importante fue el descubrimiento de la gran selectividad que tenía para el blanqueo el dióxido de cloro (ClO2). Al prestarse más atención a la problemática medioambiental, se observó que en el blanqueo se generaban organoclorados, una pequeña proporción de los cuales eran potencialmente tóxicos. Son aquellos que son hidrofóbicos, persistentes y bioacumulativos. Son policlorados de bajo peso molecular como las «dioxinas». Dado lo polémico que es todo lo relacionado con las dioxinas, se trata con más profundidad este tema. Como dioxinas se suelen denominar genéricamente las dioxinas propiamente dichas y los furanos. Dioxina es el nombre genérico de un grupo de 75 isómeros de dibenzodioxina policlorados (PCDD) con rangos de sustitución de uno a ocho átomos (figura 2). Asociados con las dioxinas se suelen presentar los furanos, una familia de 135 isómeros denominados dibenzofuranos policlorados (PCDF) (figura 2). La toxicidad varía muy ampliamente de unos a otros, siendo el más tóxico la «2, 3, 7, 8, tetracloro-dibenzo-dioxina» (2, 3, 7, 8 TCDD). Para poder determinar la toxicidad de un conjunto se calcula la toxicidad total equivalente (TEQ), expresándola como equivalente de la más tóxica, por lo que los restantes isómeros (son sólo 17 los toxicológicamente significativos) se multiplican por su factor de toxicidad equivalente, que en algunos es hasta 1.000 veces inferior al de referencia. Ahora bien, la cantidad que existe en las aguas residuales de las fábricas de celulosa o en las pastas es una pequeñísima parte de los organoclorados, midiéndose en todo caso por ppt (partes por trillón americano 1012), ppq (partes por cuatrillón americano 1.000 × 1012) o no son detectables. Para hacerse una idea de lo minúsculas que son estas cantidades, valgan los dos ejemplos siguientes. Una ppt es equivalente al grosor de una tarjeta de crédito comparado con la distancia de la Tierra a la Luna o un segundo comparado con 32.000 años. Una ppq es 1.000 veces mayor. Aunque las cantidades eran tan minúsculas y la industria de la celulosa no era respecto a otras fuentes una generadora importante de dioxinas, las fábricas han tenido que acometer medidas para reducir y finalmente eliminar la generación de dioxinas. Con este fin se han realizado múltiples y profundos trabajos de investigación.

Se llegó a la conclusión de que el origen de la generación de dioxinas y de otros compuestos potencialmente tóxicos se producía con la utilización del cloro molecular en el blanqueo en determinadas condiciones. También se comprobó que, si en la primera etapa de blanqueo se reducía la cantidad de cloro en forma molecular, haciendo que el múltiplo de cloro (cantidad de cloro utilizada dividida por la cantidad de lignina residual al iniciar el tratamiento) fuera inferior a 0,15 (figura 3), desaparecía la formación de dioxinas. Este proceso es aún más favorable si en dicha etapa se aumenta la proporción de dióxido de cloro, sustituyendo al cloro molecular. Naturalmente, la disminución del contenido de lignina al iniciarse esta etapa es también extremadamente positiva. Es muy importante reseñar que todas estas medidas influyen igualmente en la reducción o eliminación de la generación de otros organoclorados potencialmente tóxicos (figura 4). Otro paso que cada día están dando más fábricas en la búsqueda de procesos más limpios es la instalación de un preblanqueo con oxígeno, con lo que se reduce el contenido de lignina a la entrada del blanqueo propiamente dicho. Por otra parte, aumenta progresivamente el número de fábricas que prescinden totalmente del cloro molecular, produciendo las denominadas pastas Elemental Chlorine Free (ECF), que aseguran aún más la no generación de dioxinas. Hay un número reducido de fábricas que producen las pastas denominadas Total Chlorine Free (TCF) en cuyo proceso de blanqueo se prescinde totalmente del cloro y de los compuestos de cloro. Se utilizan como agentes blanqueantes fundamentalmente el oxígeno, la sosa y el agua oxigenada. Naturalmente donde no se utiliza cloro, ni ningún compuesto del cloro, no se pueden crear organoclorados. Se han hecho unas breves consideraciones sobre el pasado y la situación actual de la celulosa. Es muchísimo lo que se ha hecho y se ha ganado. También es cierto, como ya se ha indicado, que «toda actividad humana necesariamente incide sobre el medio ambiente», el simple hecho de respirar, consume oxígeno y genera CO2. Pero el objetivo de la industria tiene que ser conseguir la mínima incidencia dentro de lo que permita la tecnología existente y sea económicamente viable. Por ello... ¿se debe uno conformar con lo logrado? ¡No! La investigación sobre tecnologías aún más limpias continúa y tiene que continuar de una forma ininterrumpida para seguir mejorando progresivamente y conseguir que la incidencia en el medio ambiente siga reduciéndose. Actualmente, el objetivo son las denominadas pastas Total Efluente Free (TEF), esto es, sin efluentes. Aunque conseguir una fábrica totalmente libre de efluentes es un objetivo demasiado idealista, sí puede ser más real y más cierto por departamentos y, por ejemplo, no se divisa tan lejana la posible pasta TEF de blanqueo. Ojalá llegue un momento en que se pueda decir: «el papel, además de ser renovable y biodegradable, es un producto que tiene el proceso de fabricación más limpio que cualquier otra industria o actividad humana».

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INFORME TABLA 1 COMPOSICIÓN DE LAS MADERAS* Coníferas Frondosas % % Componentes celulósicos: Celulosa

CICLO DE LOS ÁRBOLES Y EL PAPEL Biodegradado

Oxígeno CO2

45 6 2

Hemicelulosa Lignina Extractivos

CO2

45 6 2

27 6 2

30 6 5

28 6 3

20 6 4

362

563

Quemado

CO2

Energía de proceso

Plantación

* De coníferas y frondosas.

Utilizado por los clientes

Serrería

TABLA 2 MORFOLOGÍA DE LAS FIBRAS Pino

Frondosa

Frondosa

Conífera

Conífera

Longitud, mm (L)

1,05

1,29

3,50

3,00

Anchura, um (A)

19,60

24,60

40,00

38,00

Espesor paredes, um (E)

4,20

3,98

4,00

5,90

Lumen, um (Lu)

11,20

16,64

32,00

26,20

Relación largo/ ancho, (L/A)

53,60

52,40

87,50

79,00

Proporción pared, %, (2E/A)

42,90

32,40

20,00

31,00

Coeficiente flexibilidad, (Lu/A) 57,15

67,60

80,00

68,90

Índice Runkel, (2E/A)

0,75

0,48

0,25

0,45

PAPEL RECUPERADO PARA PAPEL Y CARTÓN 61%

Austria

Bélgica

33%

Finlandia (1) 6%

Dinamarca

83%

Noruega (1) 11%

España

67%

Suecia (1)

16%

Francia

49%

Suiza

58%

Grecia

54%

Holanda

75%

Residuos de serrería

Papel y cartón

Pasta de madera

Figura 1

9

0

1

8

2

7

3 4

5

44%

Dibenzodioxinas 8

1

7

2

6

3 5

Total EFTA 18%

4

0

30 25 20 15 10 5 0,28 0,24 20 40 0,20 60 0 0 %d 8 00 0,1 ,16 e 2 loro del c sustitu 1 de c tiplo l ú por loro mo ción M dióx l ido d ecular e clo ro 30 25 20 15 10 5 0

Dibenzofuranos

100%

Italia

51%

Total

Portugal

29%

Europa Occ. 41%

Reino Unido 61% Total UE

Corta final

Aclareo de los bosques

6

Alemania

Irlanda

Reciclado Árboles en crecimiento

ppt de 2378 - TCDD

Eucalipto Abedul Abeto

ppt de 2378 - TCDD

Parámetros

Productos finales de papel

57%

(1) Estos países poseen grandes extensiones de bosques, elevada producción de papel y bajas poblaciones.

Figura 3

Figura 2

DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO DE MATERIAS PRIMAS*

PRODUCCIÓN TOTAL DE PAPEL*

(*) En la fabricación de papel en Europa 1994

(*) En Europa occidental (millones de toneladas)

Papel recuperado

Materias no fibrosas

Pastas químicas

Prensa Embalajes

Doméstico y sanitario

14% 14% 6% 37%

40%

32%

40% 14%

3%

Pastas mecánicas

Otras pastas

Impresión y escritura

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INFORME PRODUCCIÓN DE PAPEL EN 1994

VARIACIÓN DE LA TOXICIDAD*

(millones de toneladas)

(*) De los compuestos fenólicos clorados con la variación del múltiplo de cloro y el contenido residual de ligninas

AMÉRICA DEL NORTE: 98 MT

EUROPA OCCIDENTAL: 72 MT

EXTREMO ORIENTE: 41 MT

JAPÓN: 29 MT

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

1

2

0

AMÉRICA DEL SUR: 12 MT

1

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Pasta de coníferas con deslignificación convencional y contenido residual de lignina k=28 Pasta de coníferas con preblanqueo con oxígeno y contenido

2 residual de lignina k=18 Figura 4

LAS TECNOLOGÍAS B.A.T. Y B.E.P. QUE SE RECOMIENDAN PARA EL PROCESO KRAFT • Descortezado de la madera con procesos secos. • Tamizado de la pasta en circuito cerrado, después de su cocción con productos químicos. Esto es, eliminación de las partes que no se han cocido suficientemente con instalaciones que hagan la operación en circuito cerrado. • Lavado eficaz de la pasta antes de que salga de la zona de circuito cerrado, previamente a iniciar el proceso de blanqueo. • Destilación de los condensados más concentrados que se producen y su reutilización en el proceso. • Disminución del contenido de lignina antes de iniciar el blanqueo propiamente dicho, mediante la modificación de la cocción y/o la deslignificación (preblanqueo) con oxígeno.

• • • •

Blanqueo sin la utilización de cloro molecular. Instalación de sistemas que permitan la recogida de derrames. Tratamiento secundario de las aguas residuales. Incremento del contenido de sólidos en las lejías del proceso que se van a quemar, antes de su entrada a la caldera de recuperación de productos químicos y energía. • Recogida e incineración de distintos gases olorosos. • Reducción de la emisión de NO2 en las calderas, por ejemplo, con cambios en las técnicas de combustión.

CONCLUSIONES • El papel es un producto natural reciclable, biodegradable y que se produce a partir de una materia prima renovable: los árboles. • La industria de la celulosa y el papel es uno de los principales impulsores de la creación de bosques y de su correcta gestión. • El papel recuperado es una materia prima fundamental en la fabricación de papel, representando en estos momentos prácticamente la mitad de las materias primas fibrosas utilizadas en Europa. La industria promueve que su recuperación y utilización se incrementen.

• El papel y el cartón son productos que están exentos de peligro en sus aplicaciones. • La industria ha introducido cambios sustanciales en sus procesos de fabricación, con importantes inversiones para aplicar, especialmente en el blanqueo, tecnologías limpias. Con ello se han logrado reducciones sustanciales en las emisiones. • Los trabajos de investigación continúan, para desarrollar y poder aplicar procesos y tecnologías aún más limpias.