Presentación Saltillo

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Presentación Saltillo

  1. 1. 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
  2. 2. Contenido <ul><li>Introducción </li></ul><ul><li>Preservadores tradicionales de la madera: el ocaso </li></ul><ul><li>Los nuevos preservadores de la madera </li></ul><ul><li>Nuevos tecnologías para la protección de la madera </li></ul><ul><ul><li>Furfurilación </li></ul></ul><ul><ul><li>Acetilización </li></ul></ul><ul><ul><li>Modificación térmica de la madera </li></ul></ul><ul><li>Perspectivas de implementación en México </li></ul><ul><li>Conclusiones </li></ul>2
  3. 3. Introducción <ul><li>La protección de la madera es requerida </li></ul><ul><ul><li>En exteriores </li></ul></ul><ul><ul><li>Contacto con el suelo </li></ul></ul><ul><ul><li>Ambientes marinos </li></ul></ul><ul><li>Muchos preservadores tradicionales </li></ul><ul><ul><li>CCA, PCP, creosota, … </li></ul></ul><ul><li>Problema: la toxicidad </li></ul>3
  4. 4. Preservadores tradicionales <ul><li>Creosota </li></ul><ul><ul><li>Prohibido en UE, 15% del mercado en EUA </li></ul></ul><ul><ul><li>Reducción del 50% en Japón en los últimos 10 años </li></ul></ul><ul><li>Pentaclorofenol </li></ul><ul><ul><li>Prohibido en UE, India e Indonesia; no se usa en Japón </li></ul></ul><ul><ul><li>Sólo fabricantes certificados en EUA, 5% del mercado </li></ul></ul><ul><li>Arsenato de cobre cromado (CCA) </li></ul><ul><ul><li>El mejor preservador hasta la fecha </li></ul></ul><ul><ul><li>El problema: el cromo y particularmente el arsénico </li></ul></ul><ul><ul><li>Restricciones para la disposición final en la UE </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>No se permite enviar a relleno sanitario </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Prohibido incinerar al aire libre </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No se puede reciclar </li></ul></ul></ul>4
  5. 5. Consumo del CCA <ul><li>México </li></ul><ul><li>Sin regulación para la comercialización </li></ul><ul><li>Sin lineamientos para la disposición final </li></ul>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
  6. 6. <ul><li>Sistemas actuales y emergentes </li></ul><ul><ul><li>Preservadores libres de arsénico </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>ACQ, MCQ </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>CA, MCA </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Preservadores completamente orgánicos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Propiconazol </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Tebuconazol </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Modificación de la madera </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Acetilización </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modificación térmica … </li></ul></ul></ul>Fotodegradación, volatilización, alto costo, especificidad, … <ul><li>Mayor concentración de Cu que en CCA: </li></ul><ul><li>- Problema similar en la disposición final </li></ul><ul><li>Corrosivos </li></ul>Reconversión de la industria 6
  7. 7. La modificación de la madera <ul><li>La alteración de la madera a nivel molecular para alcanzar una mejora en la propiedad deseada </li></ul><ul><ul><li>Activa: produce cambios químicos en la madera mediante reacciones químicas, o por medios físicos o biológicos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Acetilización </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modificación térmica </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Pasiva: no se alteran los componentes químicos de la madera, pero se cambia la madera permanentemente por el tratamiento </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Furfurilación, </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Impregnación con sustancias no tóxicas y su polimerización </li></ul></ul></ul>7
  8. 8. Requerimientos para la modificación de la madera <ul><li>Esencial: que la madera modificada no exhiba toxicidad en servicio </li></ul><ul><li>Si se busca la resistencia biológica, el modo de acción no debe ser venenoso </li></ul><ul><li>No liberar materiales tóxicos al final de su vida útil </li></ul><ul><ul><ul><li>Combustible </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Composta </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reciclaje e.g. en tableros aglomerados </li></ul></ul></ul>8
  9. 9. Los procesos comerciales <ul><li>1. Furfurilación </li></ul><ul><li>2. Acetilización </li></ul><ul><li>3. Modificación térmica de la madera </li></ul><ul><li>Otros procesos más pequeños: </li></ul><ul><li>- DMDHEU (dimetilol dihdroxilo etileno urea) </li></ul><ul><li>- Indurite, Lignia, Vecowood, … </li></ul>9
  10. 10. 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
  11. 11. 1. Furfurilación <ul><li>El proceso se desarrolló en los 1940’s, sin aplicación comercial </li></ul><ul><li>Problema con heterogeneidad del tratamiento: resuelto en los 1990’s </li></ul><ul><li>Primer planta piloto establecida por Wood Polymer Technologies ASA, en Porsgrunn, Noruega, en 2004 </li></ul><ul><li>Capacidad: 3,000 m 3 /año </li></ul>11
  12. 12. 1. Furfurilación (cont.) <ul><li>Actualmente se fabrica y comercializa por Kebony ASA, Noruega </li></ul><ul><li>Nueva planta en Skien, en operación desde Nov 2008 </li></ul><ul><li>Capacidad: 20,000 m 3 /año </li></ul><ul><li>Inversión: € 22 millones </li></ul><ul><li>Procesa maderas duras y blandas </li></ul><ul><li>Otra fábrica en Letonia para fabricar pisos. 500 m 3 /año </li></ul>12
  13. 13. 1. Furfurilación (cont.) <ul><li>Proceso simple </li></ul><ul><ul><li>Preparación de la mezcla </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Alcohol furfurilo (monómero) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ácido cítrico (catalizador) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Anhídrido maleico (catalizador) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Etanol (pH buffer) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Agua (solvente) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Impregnación (vacío-presión), en instalación convencional de impregnación </li></ul></ul><ul><ul><li>Curado y secado a 103 ° C (con vacío en las hojosas a más baja tempratura) </li></ul></ul><ul><ul><li>La madera se torna oscura </li></ul></ul>AF Conden- sados Mezclado Buffer Impregnación Curado Secado Agua y otros químicos separador 13
  14. 14. 1. Furfurilación (cont.) <ul><li>Materia prima para producir alcohol furfurilo </li></ul><ul><ul><li>Bagazo de la caña de azúcar </li></ul></ul><ul><ul><li>Olotes de maíz </li></ul></ul><ul><ul><li>Residuos de madera </li></ul></ul><ul><li>Reacción </li></ul>14
  15. 15. 1. Furfurilación (cont.) <ul><li>Productos </li></ul><ul><ul><li>Kebony Pino </li></ul></ul><ul><ul><li>Kebony Haya </li></ul></ul><ul><ul><li>Kebony Maple </li></ul></ul><ul><ul><li>Kebony PAS </li></ul></ul><ul><li>Dos líneas, dependiendo del peso </li></ul><ul><ul><li>Kebony 100 (para exteriores) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Alta durabilidad (Clase 1) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Muy oscura, aunque varía con spp </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Alta estabilidad dimensional </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Kebony 30 (para interiores) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Menor durabilidad y estabilidad dimensional </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Color menos oscuro </li></ul></ul></ul><ul><li>Precio en el mercado </li></ul><ul><ul><li>US $ 4,000 - 14,000 /m 3 </li></ul></ul>15
  16. 16. 1. Furfurilación (cont.) <ul><li>Aplicaciones </li></ul><ul><ul><li>Interiores </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mobiliario </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cubiertas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pisos y lambrines </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ventanas y puertas </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Exteriores </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>80% producción decks y lambrines exteriores </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Muelles </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cubiertas en yates (para remplazar teca) </li></ul></ul></ul>16
  17. 17. 2. Acetilización <ul><li>Primeros estudios: 1928 por Fuchs, muy estudiado en siglo XX </li></ul><ul><li>Titan Wood: producción en planta piloto y mercadeo d. 2003 </li></ul><ul><li>Producción comercial </li></ul><ul><ul><li>Inició en 2007 </li></ul></ul><ul><ul><li>Capacidad de 30,000 m 3 /año, en Arnhem, Holanda. </li></ul></ul><ul><ul><li>Producción vendida 2 años por adelantado (Accoya ® ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Pinus radiata hasta de 100 mm de espesor </li></ul></ul>17
  18. 18. <ul><li>Autopista A7, Sneek, Holanda </li></ul><ul><li>Glulam de madera acetilada </li></ul><ul><li>Pinus radiata </li></ul><ul><li>Inagurado diciembre 2008 </li></ul>Tjeerdsma & Bongers (2009) The Making of a Traffic Timber Bridge of Acetylated Radiata Pine . 4th European Conference on Wood Modification 18
  19. 19. Proyecto de lambrines exteriores Fife (GB) Proyecto de carpintería Den Haag (Holanda) Oficinas Titan Wood (Holanda) 19
  20. 20. 2. Acetilización (cont.) <ul><li>Titan Wood: nueva planta en construcción, Nanjing, China </li></ul><ul><ul><li>Capacidad de 300,000 m 3 /año </li></ul></ul><ul><ul><li>Inicio de operaciones en 2011 </li></ul></ul><ul><ul><li>Compañía: DiamondWood </li></ul></ul><ul><li>Titan Wood: otros contratos de manufactura y de distribución: </li></ul><ul><ul><li>Chile </li></ul></ul><ul><li>Eastman: planta piloto en EUA para la acetilización de la madera </li></ul><ul><ul><li>Trámite ante autoridades en EUA para usarlo en edificación </li></ul></ul><ul><ul><li>No han decidido comercializarlo por la problemática actual </li></ul></ul>20
  21. 21. <ul><li>Involucra la reacción con los grupos hidroxilo </li></ul><ul><li>Reacción química con los polímeros de la pared celular: lignina > hemicelulosas > celulosa </li></ul><ul><li>Se requiere la penetración del anhídrido a la pared celular spp. permeables </li></ul>2. Acetilización (cont.) madera anhídrido acético madera acetilada ácido acético 21
  22. 22. 2. Acetilización: proceso <ul><li>Proceso simple </li></ul><ul><ul><li>Impregnación de la madera con el anhídrido </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>vacío – presión </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Reacción a 115 ° C </li></ul></ul><ul><ul><li>Lavar el producto con impregnaciones de agua </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Remover residuos del producto: ácido acético y anhídrido sin reaccionar </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Secar a 105 ° C </li></ul></ul><ul><ul><li>Acondicionar con vapor </li></ul></ul>22
  23. 23. <ul><li>Reducción en la higroscopicidad </li></ul><ul><ul><li>Mejor desempeño mecánico </li></ul></ul><ul><li>Incremento estabilidad dimensional, hasta 70% </li></ul><ul><ul><li>Mejor desempeño de acabados semitransparentes </li></ul></ul><ul><ul><li>Mejor desempeño mecánico </li></ul></ul><ul><li>Incremento en la resistencia a la pudrición </li></ul><ul><ul><li>Cero pudrición una ganancia de peso del 20% </li></ul></ul><ul><li>Cambios de color insignificantes </li></ul><ul><li>Reducción mínima de propiedades mecánicas </li></ul>2. Acetilización: propiedades 23
  24. 24. 2. Acetilización <ul><li>Usos potenciales </li></ul><ul><ul><li>Todas las aplicaciones exteriores estructurales y no estructurales </li></ul></ul><ul><ul><li>Mercado objetivo en EUA: decks (terrazas) </li></ul></ul><ul><li>Costos de madera sólida para decks </li></ul>24
  25. 25. 3. Modificación térmica <ul><li>Los primeros estudios datan de 1916. No hubo interés comercial hasta el problema en el uso de preservadores </li></ul><ul><li>La tecnología a nivel comercial se ha desarrollado en Europa: Finlandia, Holanda, Francia, Alemania (Austria y Dinamarca) </li></ul><ul><li>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) </li></ul><ul><li>En ambiente gaseoso, la atmósfera consiste de vapor de agua, N 2 , los gases de la pirólosis, o al vacío </li></ul><ul><li>Temperatura del proceso: de 180 °C a 250 °C </li></ul>El proceso: 25
  26. 26. 3. Modificación térmica <ul><li>Planta piloto en U. de Saint Etiene, Francia </li></ul><ul><li>220 °C en una atmósfera de nitrógeno </li></ul>26
  27. 27. 3. Modificación térmica <ul><li>Secuela típica del proceso ThermoWood </li></ul><ul><ul><li>Proceso de un solo paso </li></ul></ul><ul><ul><li>Medio para excluir el oxígeno: vapor </li></ul></ul>27 secado a alta temperatura tratamiento térmico acondicionamiento Fase 1 Fase 2 Fase 3
  28. 28. 3. Modificación térmica <ul><li>Capacidad instalada en Europa 2009 </li></ul><ul><li>Producción Europa 2008: ~ 140,000 m 3 </li></ul>28
  29. 29. Brasil <ul><li>Empresa: FLORESTECA </li></ul><ul><li>Proceso: ThermoWood ® </li></ul><ul><li>Marca: Thermoteak </li></ul><ul><li>Inicio: 2007 </li></ul><ul><li>Producto: Decks </li></ul><ul><li>Mercado: Alemania </li></ul><ul><li>Objetivo: homogenizar color </li></ul>29
  30. 30. 3. Modificación térmica <ul><li>Producción de la Asociación ThermoWood </li></ul>Fuente: ThermoWood Association www.thermowood.fi 30
  31. 31. 3. Modificación térmica <ul><li>Materia prima </li></ul><ul><ul><li>Especies impermeables: factible </li></ul></ul><ul><ul><li>Calidad del producto final: en función de la calidad de la materia prima </li></ul></ul><ul><ul><li>No recomendado para productos de más de 2” de espesor, especialmente hojosas </li></ul></ul><ul><ul><li>Más información t é cnica introductoria: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Norma Europea : CEN/TS 15679:2007. La madera modificada térmicamente . Definiciones y características. </li></ul></ul></ul>31
  32. 32. 3. Modificación térmica <ul><li>Modificación en la composición química </li></ul><ul><li>La madera cambia de color en todo el espesor </li></ul><ul><li>Se reduce la higroscopicidad </li></ul><ul><ul><li>Resistencia a la biodegradación </li></ul></ul><ul><ul><li>Estabilidad dimensional </li></ul></ul><ul><li>Varias ventajas ambientales </li></ul><ul><ul><li>Menor emisión de VOC’s en servicio </li></ul></ul><ul><ul><li>Menor eco-toxicidad que muchos materiales de construcción </li></ul></ul><ul><ul><li>Mejor ECV que la madera no tratada </li></ul></ul>32
  33. 33. 3. Modificación térmica <ul><li>Desventajas </li></ul><ul><ul><li>Propiedades mecánicas cambian; algunas se reducen </li></ul></ul><ul><ul><li>Mayor variabilidad en algunas propiedades mecánicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Algunos aspectos del maquinado son problemáticos </li></ul></ul><ul><li>Aspectos neutros </li></ul><ul><ul><li>No se mejora su desempeño ante el fuego </li></ul></ul><ul><ul><li>No se incrementa la resistencia al ataque por termitas o barrenadores marinos (ascomicetos: incierto) </li></ul></ul>33
  34. 34. Aplicaciones actuales MMT <ul><li>Recubrimientos y lambrines exteriores </li></ul>34
  35. 35. <ul><li>The Princess Royal Sports Arena, Boston, Inglaterra </li></ul>Material: Pino Thermo-D (Finlandia) Aplicaciones … <ul><li>Material: </li></ul><ul><li>PLATO ® WOOD (Holanda) </li></ul><ul><li>Desarrollo habitacional, Zeist, Holanda </li></ul>© Thermowood Assoc. 35
  36. 36. Aplicaciones … <ul><li>Celosías </li></ul>36
  37. 37. Aplicaciones … <ul><li>Otros </li></ul><ul><ul><li>Decks y juegos infantiles </li></ul></ul><ul><ul><li>Mobiliario exterior </li></ul></ul><ul><ul><li>Barreras contra ruido </li></ul></ul><ul><ul><li>Puertas y ventanas </li></ul></ul><ul><ul><li>Saunas </li></ul></ul><ul><ul><li>Pisos y lambrines interiores </li></ul></ul>Haya 37
  38. 38. <ul><li>Holiwood Project </li></ul><ul><li>Edificio piloto para el sistema eco²building </li></ul><ul><li>Eine Welt Handel AG, Niklasdorf, Austria </li></ul>38
  39. 39. 3. Modificación térmica <ul><li>Costo del proceso </li></ul>39
  40. 40. Proyecto MMT para demostración 40
  41. 41. <ul><li>Estufa ThermoWood </li></ul><ul><li>Horno para cerámica </li></ul><ul><li>Capacidad 1 m 3 </li></ul><ul><li>± $ 200,000 pesos </li></ul><ul><li>Adaptación casera para suministrar vapor </li></ul><ul><li>La fase gaseosa se ventea por la chimenea </li></ul><ul><li>Especies: pino, haya, fresno, encino </li></ul><ul><li>Hoy: 3 estufas de 3 a 5 m 3 capacidad </li></ul>41
  42. 42. Desarrollo de un nuevo producto <ul><li>Idealmente: abastecer la madera de bosques con manejo certificado (FSC) </li></ul><ul><li>Asegurar la diferenciación del producto de los preservadores químicos </li></ul><ul><li>Controlar técnicamente las posibilidades del producto, la calidad, y la certificación tanto del proceso y como de la MMT </li></ul><ul><li>Desarrollo de proyectos demostrativos donde se exhiban las ventajas del nuevo producto. Con socios desde el inicio: </li></ul><ul><ul><li>Industriales de materias primas conexas </li></ul></ul><ul><ul><li>Productores de bienes terminados </li></ul></ul><ul><li>Establecer mecanismos de soporte técnico al productor y/o al consumidor </li></ul>Material Sistema Producto 42
  43. 43. <ul><li>Recursos humanos </li></ul><ul><li>MO calificada </li></ul><ul><li>‘ Know how ’ </li></ul>Perspectivas en México <ul><li>Materias primas </li></ul><ul><li>madera </li></ul><ul><li>químicos </li></ul><ul><li>energéticos </li></ul>Coyuntura Tendencias ambientales <ul><li>Mercado </li></ul><ul><li>tamaño </li></ul><ul><li>cercanía </li></ul>Tecnología: patrimonio universal Modificación de la madera <ul><li>Asociados </li></ul><ul><li>industrias conexas </li></ul><ul><li>productores finales </li></ul>Desarrollo y Expansión de la Industria Maderera 43
  44. 44. Conclusiones <ul><li>Desarrollo de nuevas tecnologías para la protección de la madera auspiciado por las restricciones en el uso de preservadores; </li></ul><ul><li>Modificación de la madera: método ambientalmente aceptable de mejorar las propiedades y el desempeño de la madera; </li></ul><ul><li>Modificación de la madera: no sólo resistencia a la biodegradación, sino estabilidad dimensional, estético, repelencia al agua, y dureza; </li></ul><ul><li>La visión de la modificación de la madera ha cambiado de la protección de la madera hacia la sustitución de importaciones; </li></ul><ul><li>Existen los elementos tecnológicos y un potencial comercial significativo para realizar la modificación de la madera en México. </li></ul>44

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