Astillas de madera
Pequeños trozos de madera que se obtienen al triturar trozos de madera más grandes.
Astillas de madera, con la mano como escala

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

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

El proceso de fabricación de astillas de madera se denomina astillado de madera y se realiza utilizando una astilladora de madera . Los tipos de astillas de madera que se forman después del astillado dependen del tipo de astilladora de madera utilizada y del material del que están hechas. [6] Las variedades de astillas de madera incluyen: astillas forestales (de áreas forestadas), astillas de residuos de madera (de residuos de madera sin tratar, madera reciclada y recortes), astillas de residuos de aserrado (de residuos de aserraderos) y astillas forestales de rotación corta (de cultivos energéticos). [6]

Materias primas

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

Las materias primas de las astillas de madera pueden ser pulpa de madera , desechos de madera y madera residual de la agricultura , el paisajismo , la tala y los aserraderos . [7] Las astillas de madera también se pueden producir a partir de materiales forestales restantes, incluidas copas de árboles , ramas, materiales no vendibles o árboles de tamaño insuficiente. [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 producir astillas de madera 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 porque son menos densas y crecen más rápido. [1]

Producción

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

Industria de pulpa y 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 madera, ya que esto es importante 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, 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 residuos de madera de aserraderos u otra industria maderera. [12]

Métodos de transmisión

Existen cuatro métodos posibles para mover astillas de madera: neumático , cinta transportadora , tolva con canal directo y sistema de lotes (transporte manual). [13] [ ¿Fuente poco confiable? ] [14]

Tipos de trituradoras de madera

Disco

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

Tambor

Una trituradora de madera de tambor tiene un tambor giratorio de lados paralelos unido al motor con cuchillas de acero reforzadas unidas en dirección horizontal. La madera es arrastrada hacia el conducto por la gravedad y la rotación del tambor, donde es triturada por las cuchillas de acero. El tipo de tambor es ruidoso y crea astillas grandes y desiguales, pero es más eficiente energéticamente que el tipo 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 establece en paralelo a la abertura, de modo que la madera es atraída hacia la trituradora por el movimiento en espiral. Las trituradoras de tipo tornillo, también llamadas de rodillos de alto par, son populares para uso residencial debido a que son silenciosas, fáciles de usar y más seguras que las de tipo 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 las diferentes propiedades químicas.

Pulpa de madera

Sólo el duramen y la albura son útiles para fabricar pulpa. La corteza contiene relativamente pocas fibras útiles y se extrae y se utiliza como combustible para proporcionar vapor para su uso en la fábrica de pulpa . La mayoría de los procesos de fabricación de pulpa requieren que la madera se trocee y cribe para obtener astillas de tamaño uniforme. [ cita requerida ]

Mantillo

Las astillas de madera también se utilizan como mantillo para jardinería y paisajismo , para la conservación del agua , el control de las malas hierbas y para reducir y prevenir la erosión del suelo . Las astillas de madera, cuando se utilizan como mantillo, tienen un grosor de al menos tres pulgadas. Tiene una reputación mixta en jardinería.

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

Pavimentación de patios de juegos

Las astillas de madera no cumplen con los estándares de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales para su uso como material de superficie de áreas de juego y, a partir de 2011, su uso como superficie de áreas de juego es ilegal en los EE. UU., al no estar aprobadas por la ADA según las pautas del Departamento de Justicia de los EE. UU. [18].

Barbacoa

Las astillas de madera también se pueden utilizar para dar sabor y realzar el sabor ahumado a las carnes y verduras asadas a la parrilla. Se pueden utilizar distintas especies de madera según el tipo de sabor deseado. Para un sabor suave y dulce afrutado, se puede utilizar madera de manzano, mientras que el nogal americano da un sabor ahumado, parecido al del tocino. Otros tipos de madera que se utilizan son el cerezo, el mezquite y el nogal americano. [19]

Biorreactor desnitrificante de virutas de madera

Las astillas de madera se pueden cargar en un " biorreactor desnitrificante de astillas de madera " que se ha utilizado durante varias décadas como una biotecnología emergente para tratar las 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 inofensivo . [21] El biorreactor desnitrificante de astillas de madera tiene unos costes de construcción y operación bajos con una vida útil comparativamente larga que llega a los 15 años. [24] El interés en esta técnica ha crecido en los últimos años y se ha expandido a la industria minera. [25] [26]

Un experimento de 2013 demostró que después de 70 días de puesta en marcha, una pila de virutas de madera cargada con estiércol de cerdo líquido 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 una desnitrificación completa, se podrían producir gases de efecto invernadero indeseables como el óxido nitroso y el metano . [20] [28] [29] [30] [31]

Combustible

Astillas de madera dejadas para secar antes de ser transportadas a compradores industriales en Namibia

Las astillas de madera se han utilizado tradicionalmente como combustible sólido para la calefacción de espacios o en plantas de energía para generar energía eléctrica a partir de energía renovable . La principal fuente de astillas forestales en Europa y en la mayoría de los países [ ¿cuáles? ] han sido los residuos de la tala. Se espera que las proporciones de tocones y madera en rollo aumenten en el futuro. [32] A partir de 2013 [actualizar]en la UE, las estimaciones del potencial de biomasa para energía, disponibles en las condiciones actuales de 2018, incluido el uso sostenible del bosque, así como el suministro de madera a los sectores forestales tradicionales, son: 277 millones de m 3 , para biomasa sobre el suelo y 585 millones de m 3 para biomasa total. [33]

Los sistemas de combustible más nuevos para calefacción utilizan astillas de madera o pellets de madera . La ventaja de las astillas de madera es el costo, la ventaja de los pellets de madera es el valor de combustible controlado. El uso de astillas de madera 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 las astillas son particularmente importantes cuando se queman astillas de madera en plantas pequeñas. Desafortunadamente, no hay muchas normas para decidir las fracciones de astillas de madera. Sin embargo, a partir de marzo de 2018, el Instituto Nacional Estadounidense de Normas aprobó la Norma de calidad del combustible de calefacción de astillas de madera AD17225-4. El título completo de la norma es: ANSI/ASABE AD17225-4:2014 FEB2018 Biocombustibles sólidos: Especificaciones y clases de combustibles: Parte 4: Astillas de madera clasificadas. [34] Una categoría de astilla común es la GF60, que se usa comúnmente en plantas más pequeñas, incluidas pequeñas industrias, villas y edificios de apartamentos. "GF60" se conoce como "astillas pequeñas, finas y secas". Los requisitos para GF60 son que la humedad esté entre el 10 y el 30% y 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 es normalmente mayor que el de un metro cúbico de troncos de madera, pero puede variar mucho en función de la humedad. La humedad se determina según el manejo de la materia prima. Si se talan los árboles en invierno y se dejan secar durante el verano (con hojas en la corteza y cubiertos para que no les llegue la lluvia) y luego se trocean en otoño, el contenido de humedad de las astillas de madera será de aproximadamente el 20-25%. El contenido energético, por tanto, 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 que es bastante sencillo de hacer, ya que ambas utilizan un motor térmico de turbina de vapor idéntico , y el coste 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 el combustible es asequible, ampliamente disponible, cerca de ser neutro en carbono y, por lo tanto, neutral en términos de dióxido de carbono (CO 2 ), ya que en el caso ideal solo el dióxido de carbono que fue absorbido durante el crecimiento del árbol y almacenado en la madera se libera nuevamente a la atmósfera. [32]

Residuos y emisiones

En comparación con los problemas de eliminación de residuos sólidos de los combustibles de carbón y nucleares, los problemas de eliminación de residuos de los combustibles de astillas de madera son menos graves; en un estudio de 2001, las cenizas volantes de la combustión de astillas de madera tenían 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 de cadmio lixiviado. Se especió como una forma de óxido de cadmio , silicato de cadmio (CdSiO 3 ); los autores observaron 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 , en particular en los climas del norte durante el invierno. El mercurio se presenta en forma gaseosa, como mercurio elemental (especialmente cuando se queman pellets de madera) u óxido de mercurio, y en forma de partículas sólidas PM2,5 cuando se utiliza madera sin tratar. [36]

Cuando se utiliza la quema de leña para calentar los espacios, 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 por estos compuestos después de la exposición al humo de leña es bajo en los países desarrollados. [37]

Algunas técnicas de quema de astillas de madera dan como resultado la producción de biocarbón (en realidad, carbón vegetal), que puede utilizarse como carbón vegetal o devolverse al suelo, ya que las cenizas de madera pueden emplearse como fertilizante vegetal rico en minerales . Este último método puede dar como resultado un sistema carbono-negativo efectivo, además de actuar como un acondicionador de suelos muy eficaz, mejorando la retención de agua y nutrientes en suelos pobres. [38]

Manipulación automatizada de combustibles sólidos

A diferencia de la forma suave y uniforme de los pellets de madera fabricados , los tamaños de las astillas de madera varían y a menudo se mezclan con ramitas y serrín . Esta mezcla tiene una mayor probabilidad de atascarse en los pequeños mecanismos de alimentación. Por lo tanto, tarde o temprano, es probable que se produzcan uno o más atascos. Esto reduce la fiabilidad del sistema, además de aumentar los costes de mantenimiento. A pesar de lo que puedan decir algunos fabricantes de estufas de pellets, los investigadores que tienen experiencia con las astillas de madera dicen que no son compatibles con el sinfín de 2 pulgadas (5 cm) que se utiliza en las estufas de pellets. [13]

Comparación con otros combustibles

Las astillas de madera son similares a los pellets de madera , en el sentido de que su movimiento y manipulación son más fáciles de automatizar que la de la madera en cuerdas, en particular para sistemas más pequeños. Las astillas de madera son menos costosas de producir que los pellets de madera, que deben procesarse en instalaciones especializadas. Si bien evitan los costos asociados con el refinamiento, la menor densidad y el mayor contenido de humedad de las astillas de madera reducen su valor calorífico , lo que aumenta sustancialmente la materia prima necesaria para generar una cantidad equivalente de calor. Los mayores requisitos de volumen físico también aumentan el impacto en los gastos y las emisiones del transporte, almacenamiento y/o envío de la madera.

Las astillas de madera son menos costosas que la leña en cuerdas , porque la cosecha es más rápida y está más automatizada. Las astillas de madera son más abundantes, en parte porque todas las partes de un árbol pueden ser astilladas, mientras que las ramas pequeñas pueden requerir una mano de obra sustancial para convertirse en leña en cuerdas. La leña en cuerdas generalmente necesita ser "sazonada" o "secada" antes de que pueda ser quemada de manera limpia y eficiente. Por otro lado, los sistemas de astillas de madera generalmente están diseñados para quemar de manera limpia y eficiente "astillas verdes" con un contenido de humedad muy alto de 43-47% (base húmeda). [13] (ver gasificación y gas de madera )

Aspectos medioambientales

En comparación con la tala convencional de madera, la tala de astillas de madera tiene un mayor impacto sobre el medio ambiente, ya que se extrae una mayor proporción de biomasa. [39] El aumento del uso de astillas de madera puede tener efectos negativos sobre la estabilidad y el crecimiento a largo plazo de los bosques de los que se extraen. Por ejemplo, se ha demostrado que la tala de árboles de los bosques aumenta la eliminación 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 equilibrar los efectos negativos de la tala de astillas de madera es devolver las cenizas de las astillas de madera al bosque, lo que restauraría parte de los nutrientes perdidos en el suelo. [39]

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

En teoría, la cosecha de astillas de árboles enteros no tiene una eficiencia energética solar tan alta en comparación con el monte bajo 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 de corteza se pueden utilizar como agentes de carga en el compostaje industrial de residuos biodegradables municipales, en particular biosólidos . [42]

Prevención de incendios forestales

La recolección de astillas de madera se puede utilizar en conjunto con la creación de cortafuegos artificiales , que se utilizan como barreras para evitar la propagación de los incendios forestales . Los sotobosques son ideales para la recolección de astillas, y se pueden dejar árboles más grandes para dar sombra al suelo del bosque y reducir la tasa de acumulación de combustible. [ cita requerida ]

Productos de mercado, oferta y demanda

Estados Unidos

Los costos de las astillas de madera dependen generalmente de factores como la distancia desde el 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 en que se transporta el combustible de madera. Las astillas entregadas directamente a la central (central eléctrica) por camión son menos costosas que las entregadas... y transportadas por vagón de ferrocarril. El rango de precios suele oscilar entre 18 y 30 dólares por tonelada (húmeda) entregada. [43]

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

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

Canadá

Las astillas de madera se han utilizado como fuente de calefacción para viviendas individuales 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 uso de astillas de madera se destina a instalaciones como escuelas, hospitales y prisiones. La Isla del Príncipe Eduardo (PEI) tiene la mayor cantidad de plantas de astillas 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 proporciona energía a una fábrica textil, así como a sistemas que proporcionan energía a una planta de procesamiento de aves de corral, dos hospitales y una escuela de agricultura. [46]

La Universidad de Nuevo 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 una pequeña ciudad está utilizando astillas de madera como una alternativa a la sal para carreteras heladas. EMC3 Technologies comenzó a producir astillas de madera recubiertas con cloruro de magnesio en noviembre de 2017 para la ciudad y ha afirmado que mantiene la tracción a -30 grados Celsius en comparación con la sal para carreteras normal a -15 grados Celsius. [47] En Ontario, las operaciones de astillas de madera incluyen una universidad en Brockville, algunas escuelas secundarias en el norte de Ontario, así como una caldera alimentada con astillas en el Instituto Forestal Nacional en Petawawa. [46] A fines 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 por una planta construida en Cochrane en 1989 y la más grande en Kirkland Lake, que se construyó en 1991. [46]

Europa

Trituradora de madera de gran tamaño en Alemania

En varios países europeos con abundantes bosques (por ejemplo, Austria, Finlandia, Alemania y Suecia), las astillas de madera se están convirtiendo en un combustible alternativo para viviendas familiares y edificios de mayor tamaño debido a la abundante disponibilidad de astillas de madera, lo que se traduce en bajos costes de combustible. La Unión Europea está promoviendo las astillas de madera para la producción de energía en el Plan de acción forestal de la UE 2007-2011. Se estima que el potencial total a largo plazo de las astillas de madera en la UE es de 913 millones de m3 . [ 33]

Japón

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

Véase también

Referencias

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  • Instalaciones de calefacción comercial
  • Investigación sobre el calor en Vermont: un horno experimental de virutas de madera (con tiro descendente invertido)
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