Presentación Saltillo

Marcos M. González PeñaMarcos M. González Peña

XLV Reunión Nacional de Investigación PecuariaIV Reunión Nacional de Innovación Agrícola y Forestal

Saltillo, Coahuila, 22 octubre 2009

Nuevas tecnologías para la Nuevas tecnologías para la protección de la maderaprotección de la madera

ContenidoContenido

IntroducciónPreservadores tradicionales de la madera: el ocasoLos nuevos preservadores de la madera Nuevos tecnologías para la protección de la madera– Furfurilación– Acetilización– Modificación térmica de la madera

Perspectivas de implementación en MéxicoConclusiones

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IntroducciónIntroducción

La protección de la madera es requerida– En exteriores– Contacto con el suelo– Ambientes marinos

Muchos preservadores tradicionales– CCA, PCP, creosota, …

Problema: la toxicidad

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Preservadores tradicionalesPreservadores 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 libreNo se puede reciclar

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Consumo del CCAConsumo 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 m3

5

EUA17.6

5.6

2.6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2002 2004 2007

Año

Mile

s d

e T

on

As

par

a C

CA

Japón298

94

3110 5 4 3 0

0

50

100

150

200

250

300

350

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Año

Mile

s m

3 t

rata

do

s co

n C

CA

Sistemas actuales y emergentes– Preservadores libres de arsénico

ACQ, MCQ

CA, MCA

– Preservadores completamente orgánicosPropiconazol

Tebuconazol

– Modificación de la maderaAcetilización

Modificación térmica …

Fotodegradación, volatilización, alto costo, especificidad, …

Mayor concentración de Cu que en CCA:- Problema similar en la disposición final - Corrosivos

Reconversión de la industriaReconversión de la industria

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La modificación de la maderaLa 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

Relleno dellumen

Relleno depared celular

Reaccióncon hidroxilos

Entrecruza-miento dehidroxilos

Alteración de la pared celular

PASIVA ACTIVA

Relleno dellumen





PASIVA ACTIVA

Relleno dellumen





PASIVA ACTIVA

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Requerimientos para la Requerimientos para la modificación de la maderamodificación 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 comercialesLos 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 UEMadera 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

100 100

68

3832

62

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2008 2025

Año

% d

e ut

iliza

ción

Total

Preservadatradicional

Maderamodificada

10

1. Furfurilación1. 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 m3/año

11

1. Furfurilación (cont.)1. Furfurilación (cont.)

Actualmente se fabrica y comercializa por Kebony ASA, Noruega

Nueva planta en Skien, en operación desde Nov 2008

Capacidad: 20,000 m3/año

Inversión: € 22 millones

Procesa maderas duras y blandas

Otra fábrica en Letonia para fabricar pisos. 500 m3/año

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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

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Materia prima para producir alcohol furfurilo– Bagazo de la caña de azúcar – Olotes de maíz– Residuos de madera

Reacción

14

1. Furfurilación (cont.)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 sppAlta estabilidad dimensional

– Kebony 30 (para interiores)Menor durabilidad y estabilidad dimensionalColor menos oscuro

Precio en el mercado – US $ 4,000 - 14,000 /m3

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Aplicaciones– Interiores

MobiliarioCubiertasPisos y lambrinesVentanas y puertas

– Exteriores80% producción decks y lambrines exterioresMuelles Cubiertas en yates (para remplazar teca)

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2. Acetilización2. 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 m3/año, en Arnhem, Holanda.

– Producción vendida 2 años por adelantado (Accoya®)

– Pinus radiata hasta de 100 mm de espesor

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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 Modification18

Proyecto de lambrines exteriores Fife (GB)

Proyecto de carpintería Den Haag (Holanda)

Oficinas Titan Wood (Holanda)

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2. Acetilización (cont.)2. Acetilización (cont.)

Titan Wood: nueva planta en construcción, Nanjing, China – Capacidad de 300,000 m3/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

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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.)2. Acetilización (cont.)

maderaanhídridoacético

madera acetilada

ácidoacético

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2. Acetilización: proceso2. Acetilización: procesoProceso 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

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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: propiedades2. Acetilización: propiedades

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2. Acetilización2. Acetilización

Usos potenciales– Todas las aplicaciones exteriores estructurales y

no estructurales – Mercado objetivo en EUA: decks (terrazas)

Costos de madera sólida para decks

Tipo TamañoPrecio por pie

tabla US$Participación del mercado (2005)

Tratada estandar 5/4 x 6 x 8 0.50 - 0.65 80%

Plástico-madera 5/4 x 6 x 8 2.75 - 5.90 20%

Acetilada 5/4 x 6 x 8 3.50 - 4.50 0%

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3. Modificación térmica3. Modificación térmicaLos 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, N2, los gases de la pirólosis, o al vacío

Temperatura del proceso: de 180°C a 250°C

El proceso:

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3. Modificación térmica3. Modificación térmica

Planta piloto en U. de Saint Etiene, Francia

220°C en una atmósfera de nitrógeno

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3. Modificación térmica3. Modificación térmicaSecuela típica del proceso ThermoWood– Proceso de un solo paso– Medio para excluir el oxígeno: vapor

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secado a altatemperatura

tratamiento térmico

acondicionamiento

Fase 1 Fase 2 Fase 3


Capacidad instalada en Europa 2009

Producción Europa 2008: ~ 140,000 m3

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País / Zona

Escandinavia 90,000

Alemania, Austria, Suiza 50,000

Holanda 30,000

Países Bálticos 8,000

Total

Capacidad instalada

(m3)

178,000 m3

BrasilBrasilEmpresa: FLORESTECAProceso: ThermoWood® Marca: Thermoteak Inicio: 2007 Producto: Decks Mercado: Alemania Objetivo: homogenizar color

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Producción de la Asociación ThermoWood

Fuente: ThermoWood Association www.thermowood.fi30

18.8

24.621.6

31.1

39.3

56.3

72.5

79.4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Año

mil

es

m3

Especies

51%

41%

3%

1%

4%

Pino

Abeto

Álamo

Abedúl

Otros


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 técnica introductoria:

Norma Europea: CEN/TS 15679:2007. La madera modificada térmicamente. Definiciones y características.

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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

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3. Modificación térmica3. Modificación térmicaDesventajas– 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)

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Aplicaciones actuales MMTAplicaciones actuales MMT

Recubrimientos y lambrines exteriores

34

The Princess Royal Sports Arena, Boston, Inglaterra

Material: Pino Thermo-D (Finlandia)

©Thermowood Assoc.

Aplicaciones Aplicaciones ……

Material: PLATO® WOOD (Holanda)

Desarrollo habitacional, Zeist, Holanda

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Aplicaciones Aplicaciones ……

Celosías

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Aplicaciones …

Otros– Decks y juegos infantiles– Mobiliario exterior– Barreras contra ruido – Puertas y ventanas – Saunas – Pisos y lambrines interiores

Haya

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Holiwood Project

Edificio piloto para el sistema eco²building

Eine Welt Handel AG, Niklasdorf, Austria

38


Costo del proceso

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Proceso PaísMedio de

tratamientoCosto / m3

(pesos)

MenzHolz Alemania Aceite 1100-1600

Perdure Canadá Vapor 1800

ThermoWood Finlandia Vapor 1800 - 2700

Plato* Holanda Gases - vapor 2700

Retification Francia Nitrogeno 2700 - 3000

ThermHolz Austria Gases pirólisis nd* Dos fases

Proyecto MMT para demostraciónProyecto MMT para demostración

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Estufa ThermoWood Horno para cerámica Capacidad 1 m3

± $ 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 m3 capacidad

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Desarrollo de un nuevo productoDesarrollo de un nuevo producto

Idealmente: abastecer la madera de bosques con manejo certificado (FSC)Asegurar la diferenciación del producto de los preservadores químicosControlar técnicamente las posibilidades del producto, la calidad, y la certificación tanto del proceso y como de la MMTDesarrollo de proyectos demostrativos donde se exhiban las ventajas del nuevo producto. Con socios desde el inicio:

Industriales de materias primas conexasProductores de bienes terminados

Establecer mecanismos de soporte técnico al productor y/o al consumidor

Material

Sistema

Producto

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Recursos humanos MO calificada ‘Know how’

Perspectivas en MéxicoPerspectivas en México

Materias primas madera químicos

energéticos

CoyunturaTendenciasambientales

Mercado tamaño cercanía

Tecnología:patrimonio universal

Modificación de la madera

Asociados industrias conexas productores finales

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ConclusionesConclusiones

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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