Presentación  Saltillo
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Presentación  Saltillo Presentación Saltillo Presentation Transcript

  • Marcos M. González Peña XLV Reunión Nacional de Investigación Pecuaria IV Reunión Nacional de Innovación Agrícola y Forestal Saltillo, Coahuila, 22 octubre 2009 Nuevas tecnologías para la protección de la madera
  • Contenido
    • Introducción
    • Preservadores tradicionales de la madera: el ocaso
    • Los nuevos preservadores de la madera
    • Nuevos tecnologías para la protección de la madera
      • Furfurilación
      • Acetilización
      • Modificación térmica de la madera
    • Perspectivas de implementación en México
    • Conclusiones
    2
  • Introducción
    • La protección de la madera es requerida
      • En exteriores
      • Contacto con el suelo
      • Ambientes marinos
    • Muchos preservadores tradicionales
      • CCA, PCP, creosota, …
    • Problema: la toxicidad
    3
  • Preservadores tradicionales
    • Creosota
      • Prohibido en UE, 15% del mercado en EUA
      • Reducción del 50% en Japón en los últimos 10 años
    • Pentaclorofenol
      • Prohibido en UE, India e Indonesia; no se usa en Japón
      • Sólo fabricantes certificados en EUA, 5% del mercado
    • Arsenato de cobre cromado (CCA)
      • El mejor preservador hasta la fecha
      • El problema: el cromo y particularmente el arsénico
      • Restricciones para la disposición final en la UE
        • No se permite enviar a relleno sanitario
        • Prohibido incinerar al aire libre
        • No se puede reciclar
    4
  • Consumo del CCA
    • México
    • Sin regulación para la comercialización
    • Sin lineamientos para la disposición final
    Unión Europea Directiva 76-769-EEC (y 8a enmienda 89/677/EEC) sobre la Comercialización y Uso de Biocidas, en vigor desde 2007 madera tratada con CCA = 0 m 3 5
    • Sistemas actuales y emergentes
      • Preservadores libres de arsénico
        • ACQ, MCQ
        • CA, MCA
      • Preservadores completamente orgánicos
        • Propiconazol
        • Tebuconazol
      • Modificación de la madera
        • Acetilización
        • Modificación térmica …
    Fotodegradación, volatilización, alto costo, especificidad, …
    • Mayor concentración de Cu que en CCA:
    • - Problema similar en la disposición final
    • Corrosivos
    Reconversión de la industria 6
  • La modificación de la madera
    • La alteración de la madera a nivel molecular para alcanzar una mejora en la propiedad deseada
      • Activa: produce cambios químicos en la madera mediante reacciones químicas, o por medios físicos o biológicos
        • Acetilización
        • Modificación térmica
      • Pasiva: no se alteran los componentes químicos de la madera, pero se cambia la madera permanentemente por el tratamiento
        • Furfurilación,
        • Impregnación con sustancias no tóxicas y su polimerización
    7
  • Requerimientos para la modificación de la madera
    • Esencial: que la madera modificada no exhiba toxicidad en servicio
    • Si se busca la resistencia biológica, el modo de acción no debe ser venenoso
    • No liberar materiales tóxicos al final de su vida útil
        • Combustible
        • Composta
        • Reciclaje e.g. en tableros aglomerados
    8
  • Los procesos comerciales
    • 1. Furfurilación
    • 2. Acetilización
    • 3. Modificación térmica de la madera
    • Otros procesos más pequeños:
    • - DMDHEU (dimetilol dihdroxilo etileno urea)
    • - Indurite, Lignia, Vecowood, …
    9
  • Madera tratada en la UE Fuente : Sutie E, Englund F (2008) Market challenges - Outcome of a questionnaire . Cost action E37 Sustainability through new technologies for enhanced wood durability 10
  • 1. Furfurilación
    • El proceso se desarrolló en los 1940’s, sin aplicación comercial
    • Problema con heterogeneidad del tratamiento: resuelto en los 1990’s
    • Primer planta piloto establecida por Wood Polymer Technologies ASA, en Porsgrunn, Noruega, en 2004
    • Capacidad: 3,000 m 3 /año
    11
  • 1. Furfurilación (cont.)
    • Actualmente se fabrica y comercializa por Kebony ASA, Noruega
    • Nueva planta en Skien, en operación desde Nov 2008
    • Capacidad: 20,000 m 3 /año
    • Inversión: € 22 millones
    • Procesa maderas duras y blandas
    • Otra fábrica en Letonia para fabricar pisos. 500 m 3 /año
    12
  • 1. Furfurilación (cont.)
    • Proceso simple
      • Preparación de la mezcla
        • Alcohol furfurilo (monómero)
        • Ácido cítrico (catalizador)
        • Anhídrido maleico (catalizador)
        • Etanol (pH buffer)
        • Agua (solvente)
      • Impregnación (vacío-presión), en instalación convencional de impregnación
      • Curado y secado a 103 ° C (con vacío en las hojosas a más baja tempratura)
      • La madera se torna oscura
    AF Conden- sados Mezclado Buffer Impregnación Curado Secado Agua y otros químicos separador 13
  • 1. Furfurilación (cont.)
    • Materia prima para producir alcohol furfurilo
      • Bagazo de la caña de azúcar
      • Olotes de maíz
      • Residuos de madera
    • Reacción
    14
  • 1. Furfurilación (cont.)
    • Productos
      • Kebony Pino
      • Kebony Haya
      • Kebony Maple
      • Kebony PAS
    • Dos líneas, dependiendo del peso
      • Kebony 100 (para exteriores)
        • Alta durabilidad (Clase 1)
        • Muy oscura, aunque varía con spp
        • Alta estabilidad dimensional
      • Kebony 30 (para interiores)
        • Menor durabilidad y estabilidad dimensional
        • Color menos oscuro
    • Precio en el mercado
      • US $ 4,000 - 14,000 /m 3
    15
  • 1. Furfurilación (cont.)
    • Aplicaciones
      • Interiores
        • Mobiliario
        • Cubiertas
        • Pisos y lambrines
        • Ventanas y puertas
      • Exteriores
        • 80% producción decks y lambrines exteriores
        • Muelles
        • Cubiertas en yates (para remplazar teca)
    16
  • 2. Acetilización
    • Primeros estudios: 1928 por Fuchs, muy estudiado en siglo XX
    • Titan Wood: producción en planta piloto y mercadeo d. 2003
    • Producción comercial
      • Inició en 2007
      • Capacidad de 30,000 m 3 /año, en Arnhem, Holanda.
      • Producción vendida 2 años por adelantado (Accoya ® )
      • Pinus radiata hasta de 100 mm de espesor
    17
    • Autopista A7, Sneek, Holanda
    • Glulam de madera acetilada
    • Pinus radiata
    • Inagurado diciembre 2008
    Tjeerdsma & Bongers (2009) The Making of a Traffic Timber Bridge of Acetylated Radiata Pine . 4th European Conference on Wood Modification 18
  • Proyecto de lambrines exteriores Fife (GB) Proyecto de carpintería Den Haag (Holanda) Oficinas Titan Wood (Holanda) 19
  • 2. Acetilización (cont.)
    • Titan Wood: nueva planta en construcción, Nanjing, China
      • Capacidad de 300,000 m 3 /año
      • Inicio de operaciones en 2011
      • Compañía: DiamondWood
    • Titan Wood: otros contratos de manufactura y de distribución:
      • Chile
    • Eastman: planta piloto en EUA para la acetilización de la madera
      • Trámite ante autoridades en EUA para usarlo en edificación
      • No han decidido comercializarlo por la problemática actual
    20
    • Involucra la reacción con los grupos hidroxilo
    • Reacción química con los polímeros de la pared celular: lignina > hemicelulosas > celulosa
    • Se requiere la penetración del anhídrido a la pared celular spp. permeables
    2. Acetilización (cont.) madera anhídrido acético madera acetilada ácido acético 21
  • 2. Acetilización: proceso
    • Proceso simple
      • Impregnación de la madera con el anhídrido
        • vacío – presión
      • Reacción a 115 ° C
      • Lavar el producto con impregnaciones de agua
        • Remover residuos del producto: ácido acético y anhídrido sin reaccionar
      • Secar a 105 ° C
      • Acondicionar con vapor
    22
    • Reducción en la higroscopicidad
      • Mejor desempeño mecánico
    • Incremento estabilidad dimensional, hasta 70%
      • Mejor desempeño de acabados semitransparentes
      • Mejor desempeño mecánico
    • Incremento en la resistencia a la pudrición
      • Cero pudrición una ganancia de peso del 20%
    • Cambios de color insignificantes
    • Reducción mínima de propiedades mecánicas
    2. Acetilización: propiedades 23
  • 2. Acetilización
    • Usos potenciales
      • Todas las aplicaciones exteriores estructurales y no estructurales
      • Mercado objetivo en EUA: decks (terrazas)
    • Costos de madera sólida para decks
    24
  • 3. Modificación térmica
    • Los primeros estudios datan de 1916. No hubo interés comercial hasta el problema en el uso de preservadores
    • La tecnología a nivel comercial se ha desarrollado en Europa: Finlandia, Holanda, Francia, Alemania (Austria y Dinamarca)
    • El tratamiento térmico se aplica en estufas similares a las de secado, pero para alta temperatura. Es como hornear la madera, o en reactores (con aceite vegetal)
    • En ambiente gaseoso, la atmósfera consiste de vapor de agua, N 2 , los gases de la pirólosis, o al vacío
    • Temperatura del proceso: de 180 °C a 250 °C
    El proceso: 25
  • 3. Modificación térmica
    • Planta piloto en U. de Saint Etiene, Francia
    • 220 °C en una atmósfera de nitrógeno
    26
  • 3. Modificación térmica
    • Secuela típica del proceso ThermoWood
      • Proceso de un solo paso
      • Medio para excluir el oxígeno: vapor
    27 secado a alta temperatura tratamiento térmico acondicionamiento Fase 1 Fase 2 Fase 3
  • 3. Modificación térmica
    • Capacidad instalada en Europa 2009
    • Producción Europa 2008: ~ 140,000 m 3
    28
  • Brasil
    • Empresa: FLORESTECA
    • Proceso: ThermoWood ®
    • Marca: Thermoteak
    • Inicio: 2007
    • Producto: Decks
    • Mercado: Alemania
    • Objetivo: homogenizar color
    29
  • 3. Modificación térmica
    • Producción de la Asociación ThermoWood
    Fuente: ThermoWood Association www.thermowood.fi 30
  • 3. Modificación térmica
    • Materia prima
      • Especies impermeables: factible
      • Calidad del producto final: en función de la calidad de la materia prima
      • No recomendado para productos de más de 2” de espesor, especialmente hojosas
      • Más información t é cnica introductoria:
        • Norma Europea : CEN/TS 15679:2007. La madera modificada térmicamente . Definiciones y características.
    31
  • 3. Modificación térmica
    • Modificación en la composición química
    • La madera cambia de color en todo el espesor
    • Se reduce la higroscopicidad
      • Resistencia a la biodegradación
      • Estabilidad dimensional
    • Varias ventajas ambientales
      • Menor emisión de VOC’s en servicio
      • Menor eco-toxicidad que muchos materiales de construcción
      • Mejor ECV que la madera no tratada
    32
  • 3. Modificación térmica
    • Desventajas
      • Propiedades mecánicas cambian; algunas se reducen
      • Mayor variabilidad en algunas propiedades mecánicas
      • Algunos aspectos del maquinado son problemáticos
    • Aspectos neutros
      • No se mejora su desempeño ante el fuego
      • No se incrementa la resistencia al ataque por termitas o barrenadores marinos (ascomicetos: incierto)
    33
  • Aplicaciones actuales MMT
    • Recubrimientos y lambrines exteriores
    34
    • The Princess Royal Sports Arena, Boston, Inglaterra
    Material: Pino Thermo-D (Finlandia) Aplicaciones …
    • Material:
    • PLATO ® WOOD (Holanda)
    • Desarrollo habitacional, Zeist, Holanda
    © Thermowood Assoc. 35
  • Aplicaciones …
    • Celosías
    36
  • Aplicaciones …
    • Otros
      • Decks y juegos infantiles
      • Mobiliario exterior
      • Barreras contra ruido
      • Puertas y ventanas
      • Saunas
      • Pisos y lambrines interiores
    Haya 37
    • Holiwood Project
    • Edificio piloto para el sistema eco²building
    • Eine Welt Handel AG, Niklasdorf, Austria
    38
  • 3. Modificación térmica
    • Costo del proceso
    39
  • Proyecto MMT para demostración 40
    • Estufa ThermoWood
    • Horno para cerámica
    • Capacidad 1 m 3
    • ± $ 200,000 pesos
    • Adaptación casera para suministrar vapor
    • La fase gaseosa se ventea por la chimenea
    • Especies: pino, haya, fresno, encino
    • Hoy: 3 estufas de 3 a 5 m 3 capacidad
    41
  • Desarrollo de un nuevo producto
    • Idealmente: abastecer la madera de bosques con manejo certificado (FSC)
    • Asegurar la diferenciación del producto de los preservadores químicos
    • Controlar técnicamente las posibilidades del producto, la calidad, y la certificación tanto del proceso y como de la MMT
    • Desarrollo de proyectos demostrativos donde se exhiban las ventajas del nuevo producto. Con socios desde el inicio:
      • Industriales de materias primas conexas
      • Productores de bienes terminados
    • Establecer mecanismos de soporte técnico al productor y/o al consumidor
    Material Sistema Producto 42
    • Recursos humanos
    • MO calificada
    • ‘ Know how ’
    Perspectivas en México
    • Materias primas
    • madera
    • químicos
    • energéticos
    Coyuntura Tendencias ambientales
    • Mercado
    • tamaño
    • cercanía
    Tecnología: patrimonio universal Modificación de la madera
    • Asociados
    • industrias conexas
    • productores finales
    Desarrollo y Expansión de la Industria Maderera 43
  • Conclusiones
    • Desarrollo de nuevas tecnologías para la protección de la madera auspiciado por las restricciones en el uso de preservadores;
    • Modificación de la madera: método ambientalmente aceptable de mejorar las propiedades y el desempeño de la madera;
    • Modificación de la madera: no sólo resistencia a la biodegradación, sino estabilidad dimensional, estético, repelencia al agua, y dureza;
    • La visión de la modificación de la madera ha cambiado de la protección de la madera hacia la sustitución de importaciones;
    • Existen los elementos tecnológicos y un potencial comercial significativo para realizar la modificación de la madera en México.
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