ALTRI SI, ALTRI NON. Proyecto Gama, una industria sostenible. (I)

ALTRI SI, ALTRI NON. Proyecto Gama, una industria sostenible. (I)

Introducción a la fabricación de celulosa en el siglo XXI

En un mundo cada vez más consciente de la importancia de la sostenibilidad, la celulosa resurge como una materia prima clave. Su origen renovable y biodegradable la convierte en una alternativa atractiva a los materiales derivados del petróleo. Además, la celulosa puede ser utilizada para producir biocombustibles, contribuyendo a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. En este contexto, exploraremos cómo la industria química orgánica está trabajando para desarrollar procesos más eficientes y sostenibles para la producción y utilización de la celulosa. Veremos como el proyecto Gama de la empresa portuguesa ALTRI, a nuestro juicio, se acomoda en este contexto de conservación de la naturaleza y de la búsqueda de la prosperidad, siendo compatibles ambos enfoques, Altri Si, Altri Non. Proyecto Gama una oportunidad y una industria sostenible.

Los carbohidratos, (CH₂O)ₙ, son las biomoléculas orgánicas más abundantes en la naturaleza y poseen una relevancia considerable tanto a nivel biológico como industrial. Entre los carbohidratos de mayor interés para la industria química destacan diversos azúcares, el almidón y la celulosa.  Proyecto Gama, una industria sostenible para el siglo XXI

Que es la Celulosa

La celulosa es el polímero orgánico natural más ampliamente distribuido, lo que la convierte en una materia prima crucial para la Industria Química Orgánica (I.Q.O.). Los niveles de celulosa en la madera varían entre el 40% y el 60%, mientras que en la paja oscilan alrededor del 30%. Actualmente, más del 90% de la producción industrial de celulosa proviene de fuentes lignocelulósicas como la madera, mientras que el 10% restante se obtiene de plantas no leñosas.

En términos estructurales, la celulosa constituye el componente principal de las paredes celulares en las plantas, la madera y las fibras naturales. Suele encontrarse en combinación con otros polímeros como la lignina, hemicelulosas (carbohidratos de cadena corta, predominantemente pentosanos), pectinas y ácidos grasos. En fibras vegetales como el algodón y el lino, la pureza de la celulosa es extremadamente alta (90-95%), lo que las hace idóneas para aplicaciones textiles.

Desde una perspectiva molecular, la celulosa es un polímero lineal compuesto de unidades repetidas de β-D-glucopiranosa, unidas por enlaces glucosídicos β(1→4). Las cadenas poliméricas de celulosa se organizan en haces o microfibrillas, estabilizadas por un extenso entramado de puentes de hidrógeno. Dada su naturaleza macromolecular, no es adecuado hablar de un peso molecular exacto para la celulosa; sin embargo, se han reportado rangos desde 50,000 hasta 2,500,000 daltons, correspondientes a aproximadamente 300 a 15,000 unidades de glucosa.

Comportamiento físico-químico

El comportamiento físico-químico de la celulosa está fuertemente influenciado por su estructura supramolecular. La formación de microfibrillas cristalinas y amorfas proporciona a la celulosa propiedades mecánicas y térmicas únicas, como una alta resistencia a la tracción y una estabilidad térmica notable. Estas características hacen de la celulosa un material de interés no solo en la industria textil, sino también en la producción de materiales compuestos y biopolímeros avanzados.

En cuanto a su procesamiento industrial, la celulosa se somete a diferentes tratamientos para la obtención de derivados celulósicos como ésteres y éteres. Estos compuestos, como el acetato de celulosa y el carboximetilcelulosa, encuentran aplicaciones en campos tan diversos como la fabricación de plásticos, películas, adhesivos, pinturas y productos farmacéuticos. Las propiedades reológicas y filmógenas de los derivados de la celulosa son aprovechadas en la producción de recubrimientos y agentes espesantes, lo que subraya su versatilidad industrial.

Además, la celulosa es clave en el desarrollo de biotecnologías emergentes, como la producción de biocombustibles. La hidrólisis de la celulosa mediante procesos enzimáticos o químicos para obtener azúcares fermentables es un paso crítico en la producción de bioetanol. Este enfoque presenta una alternativa sostenible a los combustibles fósiles, ya que permite la conversión de residuos lignocelulósicos en energía renovable.

Por lo tanto, la celulosa no solo representa un recurso natural abundante, sino también un pilar fundamental en el avance de tecnologías sostenibles y materiales de próxima generación.

Celulosa Soluble, Proyecto Gama de ALTRI para Galicia. 

El proyecto Gama de ALTRI para Galicia  de producción de celulosa soluble para fibras Lyocell integra avances técnicos y sostenibilidad mediante procesos de circuito cerrado, reciclaje eficiente de productos químicos, energía recuperada y reducción del uso de agua. Con tecnología libre de cloro y fibras biodegradables, el proceso minimiza residuos e impacto ambiental, alineándose con la economía circular.

Esquema Detallado de la Línea de Producción de Celulosa Soluble (Lyocell)

1. Recepción y Preparación de Materia Prima

• Materia Prima: Se utilizan troncos de eucalipto, triturados y astillados para obtener pequeñas virutas que serán procesadas en la etapa de cocción.
• Aspecto Técnico: Control de calidad en la selección de madera. La celulosa extraída debe tener una pureza específica para el proceso de disolución con NMMO, lo que exige la clasificación rigurosa de la madera y el control de su humedad.
• Sostenibilidad: La gestión forestal del eucalipto se realiza bajo principios de sostenibilidad (FSC, PEFC), asegurando la replantación y conservación del ecosistema.

  

2. Cocción de la Madera

• Proceso: Las virutas de madera se cuecen en un licor químico que disuelve la lignina y separa la celulosa. El proceso de cocción se lleva a cabo en reactores a presión controlada para maximizar la eficiencia de la disolución de lignina.
• Aspecto Técnico: Control de presión y temperatura en los digestores. Los digestores operan a temperaturas entre 140-160°C con presiones de hasta 1,0-1,2 MPa para garantizar una disolución completa y uniforme.
• Sostenibilidad: Se recupera el licor negro generado en este proceso. Este subproducto se utiliza en calderas de recuperación para generar energía, lo que disminuye la dependencia de energía externa y cierra el ciclo químico interno de la planta.

  

3. Blanqueo de la Celulosa

• Proceso: La celulosa obtenida de la cocción se blanquea utilizando agentes oxidantes como oxígeno, peróxidos o ozono en lugar de cloro. Este proceso se lleva a cabo en varios ciclos para garantizar la eliminación de residuos sin afectar la estructura molecular de la celulosa.
• Aspecto Técnico: Optimización del uso de agentes blanqueadores. Se utilizan métodos de blanqueo a baja temperatura para reducir el consumo energético y minimizar la degradación de la celulosa.
• Sostenibilidad: El blanqueo sin cloro, utilizando peróxido de hidrógeno y oxígeno, asegura que no se liberen compuestos clorados tóxicos en el efluente, lo que mejora la calidad del agua residual. Además, se recicla parte de los productos químicos utilizados en el proceso.

  

4. Disolución de la Celulosa

• Proceso: La pulpa blanqueada se mezcla con N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO), un disolvente orgánico no tóxico, que convierte la celulosa en una solución viscosa sin romper las cadenas poliméricas de la celulosa.
• Aspecto Técnico: Control de la viscosidad. La solución de celulosa-NMMO debe tener una viscosidad específica para garantizar que el hilado se realice sin obstrucciones ni defectos en las fibras. La viscosidad se ajusta controlando la relación celulosa-disolvente y la temperatura del sistema.
• Sostenibilidad: El 99% del NMMO se recicla después del proceso, reduciendo la necesidad de nuevos insumos y minimizando los residuos peligrosos. Este sistema de reciclaje en circuito cerrado es clave para la sostenibilidad del proceso de Lyocell.

  

5. Extrusión y Regeneración del Hilado

• Proceso: La solución viscosa de celulosa se extruye a través de boquillas de hilado para formar filamentos continuos. Estos filamentos pasan por un baño coagulante donde la celulosa se solidifica y regenera, formando fibras textiles.
• Aspecto Técnico: Diseño avanzado de las boquillas de hilado. Las boquillas se fabrican con tolerancias precisas para asegurar un flujo uniforme de la solución de celulosa, evitando la formación de fibras defectuosas. El tamaño del orificio de la boquilla (normalmente entre 10-50 micrones) determina el grosor del filamento.
• Sostenibilidad: El baño coagulante utiliza agua o soluciones diluidas de NMMO, lo que permite la recuperación y recirculación de los productos químicos. Esto reduce el impacto ambiental de los efluentes y minimiza el desperdicio. 

8. Embalsado y Distribución

• Proceso: Las fibras de Lyocell se cortan en longitudes específicas para su empaquetado y distribución. Este empaquetado se adapta a las necesidades de la industria textil, asegurando que las fibras lleguen en óptimas condiciones a las fábricas.
• Aspecto Técnico: Tecnología de corte y empaquetado automática. Las fibras se cortan utilizando cortadoras de alta precisión que permiten ajustar la longitud del corte según la aplicación deseada (hilado, no tejidos, etc.). El empaquetado se realiza con sistemas automatizados que comprimen las fibras para reducir el volumen y facilitar su transporte.
• Sostenibilidad: Las fibras Lyocell son 100% biodegradables, lo que significa que, al final de su ciclo de vida, se descomponen sin dejar residuos tóxicos. Además, el empaquetado se optimiza para reducir el volumen de transporte, lo que disminuye las emisiones de CO₂ durante su distribución.

Aspectos Clave de Sostenibilidad y  parámetros Técnicos

1. Sistema de recuperación de energía:
   • La planta integra un sistema de recuperación de calor en varias etapas del proceso, lo que permite reutilizar la energía térmica, reduciendo el consumo externo de energía y mejorando la eficiencia general.
2. Optimización del uso del agua:
   • El uso de agua se reduce mediante tecnologías de tratamiento y recirculación en el proceso de lavado de las fibras. El agua utilizada en el proceso es tratada y reintroducida, lo que minimiza el impacto hídrico y garantiza la sostenibilidad.
3. Ciclo cerrado en la gestión de productos químicos:
   • El proceso de disolución y recuperación de NMMO es altamente eficiente, con una tasa de reciclaje superior al 99%. Esto no solo reduce los costos operativos, sino que también disminuye la generación de residuos tóxicos y la necesidad de nuevos insumos químicos.
4. Impacto ambiental reducido:
   • El uso de tecnologías libres de cloro y procesos TCF en el blanqueo minimiza la emisión de compuestos tóxicos al aire y al agua, cumpliendo con las normativas ambientales más estrictas y garantizando un impacto ambiental mínimo.
5. Producción de fibras biodegradables:
   • Las fibras de Lyocell, siendo biodegradables, no contribuyen a la acumulación de plásticos en el ambiente, y su ciclo de vida completo, desde la producción hasta la descomposición, está alineado con los principios de la economía circular.

El proceso de producción de celulosa soluble para fibras Lyocell refleja un firme compromiso ecológico, integrando las tecnologías más punteras para minimizar el impacto ambiental. La combinación de un circuito cerrado eficiente, recuperación de energía, reducción de residuos y uso de fibras biodegradables sitúa esta industria como modelo de sostenibilidad en la fabricación industrial. Este enfoque innovador no solo optimiza los recursos naturales, sino que también contribuye significativamente a la economía circular, demostrando que el progreso técnico puede estar alineado con la responsabilidad ambiental.

ALTRI SI, ALTRI NON. El proyecto GAMA y las emisiones líquidas y gaseosas (II).