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Virutas de madera

Virutas de madera, con una mano como referencia de tamaño. Las astillas de madera son trozos de madera de tamaño pequeño a mediano que se forman al cortar o astillar trozos de m...

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Virutas de madera, con una mano como referencia de tamaño.

Las astillas de madera son trozos de madera de tamaño pequeño a mediano que se forman al cortar o astillar trozos de madera más grandes , como árboles , ramas , residuos de tala, tocones , raíces y desechos de madera. [ 1 ] [ 2 ]

Las astillas de madera pueden utilizarse como combustible sólido de biomasa y son materia prima para la producción de pulpa de madera . [ 3 ] También pueden utilizarse como mantillo orgánico en jardinería , paisajismo y restauración de ecosistemas ; en biorreactores para la desnitrificación ; [ 4 ] y como sustrato para el cultivo de setas . [ 5 ]

El proceso de fabricación de astillas de madera se denomina astillado y se realiza con una astilladora . Los tipos de astillas que se obtienen dependen del tipo de astilladora utilizada y del material del que están hechas. [ 6 ] Entre las variedades de astillas se incluyen: astillas forestales (de zonas boscosas), astillas de residuos de madera (de residuos de madera sin tratar, madera reciclada y recortes), astillas de residuos de aserrado (de residuos de aserradero) y astillas forestales de rotación corta (de cultivos energéticos). [ 6 ]

materias primas

Virutas de madera esperando a ser cargadas en el puerto de Albany, en Australia Occidental.

Las materias primas para las astillas de madera pueden ser madera para pulpa , madera de desecho y madera residual de la agricultura , el paisajismo , la tala y los aserraderos . [ 7 ] Las astillas de madera también pueden producirse a partir de materiales forestales sobrantes, como copas de árboles , ramas, materiales no comercializables o árboles de tamaño inferior al reglamentario. [ 8 ]

Trituradora de madera

Las operaciones forestales proporcionan las materias primas necesarias para la producción de astillas de madera. [ 9 ] Casi cualquier árbol puede convertirse en astillas de madera; sin embargo, el tipo y la calidad de la madera utilizada para producirlas dependen en gran medida del mercado. [ 1 ] Las especies de madera blanda , por ejemplo, tienden a ser más versátiles para su uso como astillas de madera que las especies de madera dura , ya que son menos densas y de crecimiento más rápido. [ 1 ]

Producción

Una trituradora de madera es una máquina que se utiliza para cortar la madera en trozos más pequeños (astillas). [ 10 ] Existen varios tipos de trituradoras de madera, cada una con un uso diferente según el tipo de procesamiento al que se someterán las astillas. [ 11 ]

Industria de la pulpa y el papel

Las astillas de madera utilizadas para la pulpa química deben tener un tamaño relativamente uniforme y estar libres de corteza. El tamaño óptimo varía según la especie de madera. [ 12 ] Es importante evitar dañar las fibras de la madera, ya que esto es fundamental para las propiedades de la pulpa. Para la madera en rollo, lo más común es utilizar astilladoras de disco. Un tamaño típico del disco es de 2,0 a 3,5 m de diámetro, de 10 a 25  cm de espesor y un peso de hasta 30 toneladas. El disco está equipado con 4 a 16 cuchillas y accionado por motores de ½ a 2 MW. [ 12 ] Las astilladoras de tambor se utilizan normalmente para los residuos de madera de aserraderos u otras industrias madereras. [ 12 ]

Métodos de transporte

Existen cuatro métodos potenciales para mover astillas de madera: neumático , cinta transportadora , tolva con conducto directo y sistema por lotes (transporte manual). [ 13 ] [ 14 ]

Tipos de trituradoras de madera

Disco

Una trituradora de madera de disco cuenta con un volante de inercia de acero y cuchillas de corte con discos ranurados. Las cuchillas cortan la madera a medida que el material se introduce por la tolva. Las cuchillas ubicadas en la garganta de la trituradora cortan la madera en la dirección opuesta. Este diseño no es tan eficiente energéticamente como otros modelos, pero produce astillas de madera de formas y tamaños uniformes. [ 15 ] [ 16 ]

Tambor

Una trituradora de madera de tambor tiene un tambor giratorio de lados paralelos acoplado al motor, con cuchillas de acero reforzado dispuestas horizontalmente. La gravedad y la rotación del tambor atraen la madera hacia la tolva, donde las cuchillas de acero la trituran. Este tipo de trituradora es ruidosa y produce astillas grandes e irregulares, pero es más eficiente energéticamente que las de disco. [ 15 ] [ 16 ]

Tipo tornillo

Una trituradora de madera de tipo tornillo contiene una cuchilla cónica en forma de tornillo {cita requerida}. La rotación de la cuchilla se ajusta paralela a la abertura, de modo que la madera es arrastrada hacia la trituradora mediante un movimiento en espiral. Las trituradoras de tipo tornillo, también llamadas de rodillos de alto torque, son populares para uso residencial debido a que son silenciosas, fáciles de usar y más seguras que las de disco y tambor. [ 15 ] [ 17 ]

Aplicaciones

Las astillas de madera se utilizan principalmente como materia prima para el procesamiento técnico de la madera. En la industria, el procesamiento de las astillas de corteza suele realizarse por separado después de pelar los troncos debido a sus diferentes propiedades químicas.

pulpa de madera

Solo el duramen y la albura son útiles para la producción de pulpa. La corteza contiene relativamente pocas fibras útiles, por lo que se extrae y se utiliza como combustible para generar vapor en la fábrica de pulpa . La mayoría de los procesos de producción de pulpa requieren que la madera se astille y se cribe para obtener astillas de tamaño uniforme.

Mantillo

Las astillas de madera también se utilizan como mantillo para paisajismo y jardines , para la conservación del agua , el control de malezas y la reducción y prevención de la erosión del suelo . Cuando se usan como mantillo, las astillas de madera tienen un grosor mínimo de tres pulgadas. Su reputación en jardinería es ambivalente.

Se ha promovido su uso en proyectos de restauración de hábitats . A medida que la madera astillada de las ramas se descompone, mejora la estructura, la permeabilidad, la bioactividad y la disponibilidad de nutrientes del suelo.

Superficies para parques infantiles

Las virutas de madera no cumplen con los estándares de la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales ( ASTM ) para su uso como material de revestimiento de parques infantiles, y desde 2011 su uso como revestimiento de parques infantiles es ilegal en los EE. UU., ya que no están aprobadas por la ADA según las directrices del Departamento de Justicia de los EE. UU. [ 18 ]

Hacer barbacoas

Las virutas de madera también se pueden usar para infundir sabor y realzar el sabor ahumado de las carnes y verduras a la parrilla. Se pueden usar diferentes especies de madera según el tipo de sabor que se desee. Para un sabor suave, dulce y afrutado, se puede usar madera de manzano, mientras que el nogal americano proporciona un sabor ahumado similar al del tocino. Otros tipos de madera que se utilizan son el cerezo, el mezquite y el pacana. [ 19 ]

biorreactor de astillas de madera desnitrificante

Las astillas de madera se pueden cargar en un " biorreactor de astillas de madera desnitrificante ", que se ha utilizado durante varias décadas como una biotecnología emergente para tratar aguas residuales agrícolas mediante la eliminación de nitratos . [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Es un sistema subterráneo donde la desnitrificación por microorganismos que utilizan una fuente de carbono (como donante de electrones) reduce el nitrato a un gas nitrógeno inocuo . [ 21 ] Los biorreactores de astillas de madera desnitrificantes tienen bajos costos de construcción y operación con una vida útil relativamente larga que llega hasta los 15 años. [ 24 ] El interés en dicha técnica ha crecido en los últimos años y se ha extendido a la industria minera. [ 25 ] [ 26 ]

Un experimento de 2013 demostró que, tras 70 días de puesta en marcha, una pila de astillas de madera cargada con estiércol líquido de cerdo a 5 L/m² / día eliminó un promedio del 90 % de nitrato después de un mes. [ 27 ] Sin embargo, si las condiciones ambientales no favorecen la desnitrificación completa, podrían producirse gases de efecto invernadero indeseables como el óxido nitroso y el metano . [ 20 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

Combustible

Virutas de madera dejadas secar antes de su transporte a compradores industriales en Namibia.

Las astillas de madera se han utilizado tradicionalmente como combustible sólido para la calefacción de espacios o en centrales energéticas para generar energía eléctrica a partir de fuentes renovables . La principal fuente de astillas forestales en Europa y en la mayoría de los países han sido los residuos de la tala. Se prevé que la proporción de tocones y madera en rollo aumente en el futuro. [ 32 ] A partir de 2013En la UE, las estimaciones del potencial de biomasa para energía, disponible en las condiciones actuales de 2018, incluyendo el uso sostenible del bosque y el suministro de madera a los sectores forestales tradicionales, son: 277  millones de m³ para biomasa aérea y 585  millones de m³ para biomasa total. [ 33 ]

Los sistemas de calefacción más modernos utilizan astillas o pellets de madera . La ventaja de las astillas es su coste, mientras que la de los pellets es su valor energético controlado. El uso de astillas en sistemas de calefacción automatizados se basa en una tecnología robusta. [ 32 ]

El tamaño de las astillas de madera, el contenido de humedad y la materia prima de la que están hechas son particularmente importantes al quemar astillas de madera en plantas pequeñas. Desafortunadamente, no hay muchos estándares para determinar las fracciones de las astillas de madera. Sin embargo, en marzo de 2018, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares aprobó la norma AD17225-4 sobre la calidad del combustible para calefacción a partir de astillas de madera. El título completo de la norma es: ANSI/ASABE AD17225-4:2014 FEB2018 Biocombustibles sólidos: Especificaciones y clases de combustible: Parte 4: Astillas de madera clasificadas. [ 34 ] Una categoría común de astillas es la GF60, que se usa comúnmente en plantas más pequeñas, incluidas pequeñas industrias, villas y edificios de apartamentos. "GF60" se conoce como "Astilles finos, secos y pequeños". Los requisitos para GF60 son que la humedad esté entre 10 y 30% y que las fracciones de las astillas de madera se distribuyan de la siguiente manera: 0–3,5 mm: <8%, 3,5–30 mm: <7%, 30–60  mm: 80–100%, 60–100  mm: <3%, 100–120  mm: <2%. [ 32 ]

El contenido energético de un metro cúbico suele ser mayor que el de un metro cúbico de troncos de madera, pero puede variar considerablemente según la humedad. La humedad depende del tratamiento de la materia prima. Si los árboles se talan en invierno y se dejan secar durante el verano (con la corteza cubierta para que no les llegue la lluvia), y luego se trituran en otoño, el contenido de humedad de las astillas será de aproximadamente 20-25 %. El contenido energético, entonces, es de aproximadamente 3,5-4,5 kWh/kg (~150-250  kg/metro cúbico). [ 32 ]

Las centrales eléctricas de carbón se han convertido para funcionar con astillas de madera, lo cual es bastante sencillo, ya que ambas utilizan un motor térmico de turbina de vapor idéntico , y el costo del combustible de astillas de madera es comparable al del carbón . [ 32 ]

La biomasa sólida es un combustible atractivo para abordar las preocupaciones de la crisis energética y el cambio climático , ya que es asequible, está ampliamente disponible, es casi neutro en carbono y, por lo tanto, neutro en términos de dióxido de carbono (CO₂ ) , puesto que en el caso ideal solo se libera a la atmósfera el dióxido de carbono que fue absorbido durante el crecimiento del árbol y almacenado en la madera. [ 32 ]

Residuos y emisiones

En comparación con los problemas de eliminación de residuos sólidos del carbón y los combustibles nucleares, los problemas de eliminación de residuos del combustible de astillas de madera son menos graves; en un estudio de 2001, las cenizas volantes de la combustión de astillas de madera contenían 28,6  mg de cadmio/kg de materia seca. En comparación con las cenizas volantes de la quema de paja, el cadmio estaba más fuertemente ligado, con solo pequeñas cantidades lixiviadas. Se especió como una forma de óxido de cadmio , silicato de cadmio (CdSiO₃ ) ; los autores señalaron que agregarlo a suelos agrícolas o forestales a largo plazo podría causar un problema de acumulación de cadmio. [ 35 ]

Al igual que el carbón, la combustión de madera es una fuente conocida de emisiones de mercurio , especialmente en climas del norte durante el invierno. El mercurio se presenta tanto en estado gaseoso como mercurio elemental (sobre todo al quemar pellets de madera) u óxido de mercurio, como en forma de partículas sólidas PM2.5 cuando se utiliza madera sin tratar. [ 36 ]

Cuando se utiliza leña para la calefacción, aumentan las emisiones en interiores de 1,3-butadieno , benceno , formaldehído y acetaldehído , compuestos que se sospecha o se sabe que son cancerígenos. Se estima que el riesgo de cáncer derivado de la exposición al humo de la leña es bajo en los países desarrollados. [ 37 ]

Ciertas técnicas para quemar astillas de madera producen biocarbón —que es básicamente carbón vegetal— que puede utilizarse como tal o devolverse al suelo, ya que la ceniza de madera puede usarse como fertilizante vegetal rico en minerales . Este último método puede generar un sistema prácticamente negativo en carbono, además de actuar como un acondicionador de suelo muy eficaz, mejorando la retención de agua y nutrientes en suelos pobres. [ 38 ]

Manipulación automatizada de combustible sólido

A diferencia de la forma lisa y uniforme de los pellets de madera manufacturados , el tamaño de las astillas varía y a menudo se mezclan con ramitas y aserrín . Esta mezcla tiene una mayor probabilidad de atascarse en los mecanismos de alimentación pequeños. Por lo tanto, tarde o temprano, es probable que se produzca uno o más atascos. Esto reduce la fiabilidad del sistema, además de aumentar los costos de mantenimiento. A pesar de lo que puedan afirmar algunos fabricantes de estufas de pellets, los investigadores con experiencia en astillas de madera afirman que no son compatibles con el sinfín de 2  pulgadas (5  cm) utilizado en las estufas de pellets. [ 13 ]

Comparación con otros combustibles

Las astillas de madera son similares a los pellets , ya que su manipulación y transporte se prestan mejor a la automatización que la leña, especialmente en sistemas pequeños. Las astillas son más económicas de producir que los pellets, que deben procesarse en instalaciones especializadas. Si bien evitan los costos asociados al refinamiento, la menor densidad y el mayor contenido de humedad de las astillas reducen su poder calorífico , lo que aumenta considerablemente la cantidad de materia prima necesaria para generar una cantidad equivalente de calor. El mayor volumen requerido también incrementa el costo y el impacto ambiental del transporte, almacenamiento y envío de la madera.

Las astillas de madera son menos costosas que la leña , ya que la cosecha es más rápida y está más automatizada. Hay mayor disponibilidad de astillas, en parte porque se pueden triturar todas las partes del árbol, mientras que las ramas pequeñas requieren mucha mano de obra para convertirlas en leña. La leña generalmente necesita secarse antes de quemarse de forma limpia y eficiente. Por otro lado, los sistemas de astillas de madera suelen estar diseñados para quemar de forma limpia y eficiente astillas verdes con un contenido de humedad muy alto, del 43 al 47 % (en base húmeda). [ 13 ] (véase gasificación y gas de madera )

Aspectos ambientales

En comparación con la tala convencional de madera, la recolección de astillas de madera tiene un mayor impacto ambiental, ya que se extrae una mayor proporción de biomasa. [ 39 ] El mayor uso de astillas de madera puede tener efectos negativos en la estabilidad y el crecimiento a largo plazo de los bosques de donde se extraen. Por ejemplo, se ha demostrado que el astillado de árboles de los bosques aumenta la extracción de nutrientes vegetales y materia orgánica de un ecosistema, reduciendo así tanto los nutrientes como el contenido de humus del suelo. [ 39 ] Una opción para contrarrestar los efectos negativos de la recolección de astillas de madera es devolver las cenizas al bosque, lo que restauraría algunos de los nutrientes perdidos en el suelo. [ 39 ]

Si las astillas de madera se cosechan como subproducto de prácticas forestales sostenibles , entonces se considera una fuente de energía renovable . [ 40 ]

Teóricamente, la cosecha de astillas de árboles enteros no tiene una eficiencia de energía solar tan alta como la de los cultivos de rotación corta ; sin embargo, puede ser un método de cosecha energéticamente eficiente y de bajo costo. [ 41 ]

Procesamiento de residuos

Las astillas de madera y las astillas de corteza pueden utilizarse como agentes de volumen en el compostaje industrial de residuos biodegradables municipales , en particular biosólidos . [ 42 ]

prevención de incendios forestales

La recolección de astillas de madera puede utilizarse junto con la creación de cortafuegos artificiales , que sirven como barreras para la propagación de incendios forestales . La maleza de sotobosque es ideal para astillar, y los árboles más grandes pueden dejarse en su lugar para dar sombra al suelo del bosque y reducir la acumulación de combustible.

Productos de mercado, oferta y demanda

Estados Unidos

El costo de las astillas de madera suele depender de factores como la distancia al punto de entrega, el tipo de material (como corteza, residuos de aserradero o astillas de árboles enteros), la demanda de otros mercados y la forma de transporte del combustible de madera. Las astillas entregadas directamente a la central eléctrica en camión son más económicas que las entregadas y transportadas por ferrocarril. El rango de precios suele estar entre US$18 y US$30 por tonelada (húmeda) entregada. [ 43 ]

En 2006, los precios eran de US$15 y US$30 por tonelada húmeda en el noreste. [ 44 ]

En los 20 años previos a 2008, los precios fluctuaron entre US$60–70/tonelada métrica seca al horno (odmt) en los estados del sur, y entre US$60/odmt y US$160/odmt en el noroeste. [ 45 ]

Canadá

Virutas de madera en Saint John, Nuevo Brunswick.

Las astillas de madera se han utilizado como fuente de calefacción para viviendas unifamiliares en Canadá desde los primeros tiempos de la colonización, pero el desarrollo del petróleo y el gas natural ha reducido drásticamente su uso. La mayor parte del consumo de astillas de madera se concentra en instalaciones como escuelas, hospitales y prisiones. La Isla del Príncipe Eduardo (PEI) cuenta con la mayor cantidad de plantas de astillado de madera debido a las altas tarifas de electricidad y los subsidios del gobierno federal. Nueva Escocia tiene un sistema de combustión de astillas de madera de 2,5 MW que suministra energía a una fábrica textil, así como a una planta procesadora de aves de corral, dos hospitales y una escuela de agricultura. [ 46 ]

La Universidad de New Brunswick opera un sistema de horno de combustión de astillas de madera para suministrar calor a la universidad, varios edificios industriales, un complejo de apartamentos y un hospital. [ 46 ] El uso de astillas de madera para calefacción es bajo en Quebec debido a las bajas tarifas de hidroelectricidad, pero un pequeño pueblo está utilizando astillas de madera como alternativa a la sal de carretera para carreteras heladas. EMC3 Technologies comenzó a producir astillas de madera recubiertas con cloruro de magnesio en noviembre de 2017 para el pueblo y ha afirmado que mantiene la tracción a -30 grados Celsius en comparación con la sal de carretera regular a -15 grados Celsius. [ 47 ] En Ontario, las operaciones de astillas de madera incluyen un colegio en Brockville, algunas escuelas secundarias en el norte de Ontario, así como una caldera alimentada con astillas en el Instituto Nacional de Silvicultura en Petawawa. [ 46 ] A finales de la década de 1980, el gobierno provincial de Ontario, junto con el gobierno federal, subvencionó la construcción de tres plantas de cogeneración junto a aserraderos. La primera se construyó en 1987 en Chapleau, seguida de una planta construida en Cochrane en 1989 y la más grande en Kirkland Lake, que se construyó en 1991. [ 46 ]

Europa

Gran trituradora de madera en Alemania

En varios países europeos con abundante vegetación forestal (por ejemplo, Austria, Finlandia, Alemania y Suecia), las astillas de madera se están convirtiendo en un combustible alternativo para viviendas unifamiliares y edificios de mayor tamaño debido a su gran disponibilidad, lo que se traduce en bajos costes de combustible. La Unión Europea promueve el uso de astillas de madera para la producción de energía en el Plan de Acción Forestal de la UE 2007-2011. El potencial total a largo plazo de las astillas de madera en la UE se estima en 913  millones de m³ . [ 33 ]

Japón

En Japón, las astillas de madera se utilizan en la industria papelera. Para ello, se importan grandes cantidades de astillas de madera blanda de países como Estados Unidos y Australia. [ 48 ]

Véase también

Referencias

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