PLANTAS_ANUALES_FUENTE_ALTERNATIVA_DE_FI

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PLANTAS ANUALES. FUENTE ALTERNATIVA DE FIBRA EN LA 
FABRICACION DE PAPEL. 
 
 
Pérez, M; Moreda, C; Valdés, M 
Cuba.Union de Investigacion Produccion de la Celulosa del Bagazo Cuba-9 (UIP Cuba 9) 
Aptdo 8, Quivicán, La Habana. Tel. 53 7 574744. Fax 53 67 53455. 
Directora@cuba9minaz.cu 
 
 
 
Resumen 
 
En los últimos a ños ha resurgido un gran interés por el empleo de fuentes alternativas como 
materia prima fibrosa para la industria de celulosa y papel motivado por: 
• restricciones de carácter ecológico. 
• escasèz de recursos forestales en algunas regiones del mundo. 
• inestabilidades experimentadas en los precios de pulpas vírgenes. 
 
Diferentes fuentes pronostican para el año 2010 un incremento en la demanda de fibras 
vírgenes a pesar de los incrementos en el uso de fibras recicladas. 
 
Cuba, que como otros países del área, no posee grandes bosques y su fuente fibrosa 
fundamental es el bagazo de la caña de azúcar ha desarrollado un fuerte trabajo investigativo 
para la determinación de las potencialidades técnico económicas de otras fuentes fibrosas 
alternativas. 
 
En el presente trabajo se presenta un resumen de los resultados alcanzados en estas 
investigaciones desarrolladas en la UIP Cuba 9 y un análisis de las posibilidades de aplicación 
en Cuba. 
 
 
Palabras Clave: pulpado, fibras anuales, medio ambiente, energia, tecnologia. 
 
 
 
Introducción 
 
Las fibras maderables constituyen hoy día la materia prima por excelencia para la producción 
de pulpa y papel en el mundo. 
 
La escasèz de recursos forestales, el incremento de los precios de este tipo de producto y la 
creciente preocupación por el medio ambiente han provocado un creciente interés por la 
utilización de fibras no maderables y residuos agrícolas como fuente de materia prima para 
esta industria. 
 
Aun cuando ha habido un incremento vertiginoso en el uso de fibras recicladas, diferentes 
fuentes han pronosticado para el año 2010 un incremento en la demanda de fibras vírgenes, 
motivo por el cual países altamente industrializados de Europa, Estados Unidos y Canadá, 
donde la producción comercial de celulosa y papel a partir de fibras no maderables, salvo 
excepciones, ha sido durante mucho tiempo ignorada; han revitalizado su interés por este tipo 
de fibra. (1) 
 
 
 
Cuba no cuenta con recursos forestales suficientes y su principal fuente fibrosa es el bagazo de 
la caña de azúcar. Por esta razón la UIP Cuba 9 ha realizado una serie de trabajos en la 
búsqueda de alternativas fibrosas para la sustitución de importaciones así como el uso integral 
de los recursos disponibles. 
 
 
Desarrollo 
 
Situación General 
 
Desde el punto de vista ambiental mantener y expandir los recursos forestales es importante, 
sin embargo, esto solo puede lograrse con una mayor participación de las fibras no maderables 
pues los requerimientos de áreas forestales para satisfacer la demanda se incrementan. 
 
La Tabla 1 muestra la cantidad de fibra virgen necesaria y el área que se necesita para su 
obtención, como se observa a pesar de disminuir el porciento de fibra virgen en la producción 
de papel, los requerimientos de área aumentan a un ritmo de 16%. 
 
Si tenemos en cuenta que los pronósticos y estimaciones de demanda en la industria de 
celulosa y papel siempre han sido inferiores a los resultados reales, entonces para evitar la 
deforestación se impone: 
 
Ü uso de mayor cantidad de papel reciclado. 
Ü mayor utilización de tecnologías de alto rendimiento. 
Ü incorporación a mayor escala de materia fibrosas no maderables y residuos agrícolas en la 
producción de celulosa y papel. 
 
Los países que dominan la producción y el mercado de estos productos han avanzado mucho 
en las dos primeras alternativas, pero la incorporación de materiales no maderables no tiene 
un peso significativo aun en la producción mundial de pulpa y papel. 
 
La producción de pulpa a partir de fibras no maderables apenas alcanza el 10% de la 
producción mundial y más del 90% se produce en países en vias de desarrollo. 
 
El bagazo de la caña de azúcar, las pajas de diferentes cereales, y el bambú son las fibras no 
maderables mas ampliamente conocidas en la industria de celulosa y papel, no obstante, otras 
fibras diferentes a la madera presentan potencialidades o están siendo usadas en pequeña 
escala. 
 
Las fibras no maderables, en general, poseen menor cantidad de lignina y similar de celulosa, 
por lo cual, los procesos de pulpeo pudieran ser más nobles y menos contaminantes. 
 
Las plantas que utilizan este tipo de fibra tienden a ser relativamente pequeñas, por lo que en 
ocasiones enfrentan problemas de economía de escala, sobre todo en el área de recuperación 
de productos químicos, por el alto contenido de sílice de sus licores negros. No obstante, 
solucionado este problema, los costos de inversión y operación disminuyen notablemente 
respecto al proceso Kraft convencional haciéndose posible alcanzar capacidades medias de 
forma económica. 
 
Otra vía seria la obtención de otros productos, como por ejemplo derivados de la lignina, con lo 
que se incrementa el valor agregado de la producción, mejorando con esto la economía del 
proceso en general. 
 
La mayoría de los países en vías desarrollo son dependientes del mercado de pulpa y papel, y 
esto, conlleva a la necesidad de utilizar materias fibrosas nacionales. 
 
En este contexto, en la UIP Cuba 9 se realizaron una serie de estudios encaminados al 
aprovechamiento integral de los recursos disponibles en la búsqueda de fuentes alternativas de 
fibras de origen nacional, teniendo en cuenta que Cuba no posee grandes áreas disponibles y 
 
 
además enfrenta la necesidad de alimentación de una población creciente, como es el caso de 
la mayor parte de los países en vías de desarrollo. 
 
 
Análisis de diferentes fuentes fibrosas en Cuba. 
 
El bagazo de la caña de azúcar, residuo de la agroindustria azucarera, se usa en Cuba no solo 
como fibra en la industria de pulpa y papel, sino también para la obtención de otros derivados 
de alto valor económico. 
 
Teniendo en cuenta estos factores y en la búsqueda de una fuente alternativa de fibras que 
permita la sustitución parcial de importaciones en la UIP Cuba 9 se realizaron investigaciones 
de algunos materiales no maderables y residuos agrícolas presentes en el país. 
 
Bambú. 
 
Esta planta se desarrolla mejor en países tropicales y sub tropicales aunque se puede 
encontrar en casi todos los continentes (4), se halla concentrado fundamentalmente en Asia y 
en menor grado en América del Sur (5). 
 
En la tabla 2 se puede observar sus propiedades biomètricas junto a la de otros materiales 
fibrosos. Es una planta exigente en cuanto su cultivo y recolección por lo que su rendimiento 
puede variar entre 1 y 12 ton/ha dependiendo de la especie y la silvicultura empleada (9). 
 
Por otro lado su astillamiento requiere de equipos especiales, a pesar de lo cual, las astillas 
obtenidas son más heterogéneas que la de otros materiales (5). 
 
El pulpeo mas usado es el Kraft, a pesar de que se han usado otros métodos de pulpeo. 
La producción de pulpa a partir de bambú se concentra en Asia, fundamentalmente en China y 
la India; no obstante, los pronósticos de la FAO en cuanto a incrementos productivos y de 
capacidad indican que es un sector productivo estacionario. 
 
La disponibilidad de bambú en Cuba es pequeña y dispersa por lo que imposibilita una 
explotación económica para la industria, por otro lado, la longitud de su fibra no es muy 
superior a la del bagazo ( tabla 2) y respecto a este tiene las desventajas de que: 
- Para plantas de igual capacidad necesita el doble de áreas. 
- La recolección del bagazo es mecanizada, cosa esta imposible de lograr en el bambú. 
 
Se concluye entonces que para nuestro país el bambú no constituye una fuente alternativa de 
fibra y en general, no debe serlo para países productores de azúcar. 
 
Paja de arroz: 
 
La paja de arroz posee similares caracteristicas a las pajas deotros cereales y el bagazo en 
cuanto su composicion quimica, exepto que presenta un mayor contenido de cenizas ( tabla 3). 
Posee menos celulosa y más extractivos que el bagazo por lo que sus rendinmiento son 
inferiores a iguales condiciones de pulpeo. 
 
Por sus características puede ser utilizada en la produccion de papeles finos, cigarrillos, y 
otros. (10, 11) 
 
Su recoleccion juega un papel importante en la economia del proceso y como todos los 
residuos agricolas la preparacion y remosion de impurezas juega un lugar importante desde el 
punto de vista de calidad del producto y desde el punto de vista economico (6, 7) 
 
En Cuba, ha pesar de poseer aproximadamente 150 000 ha sembradas, el 30 % se hallan 
ubicadas en las provincias extremas de la Isla, esto unido a las limitaciones de las 
cosechadoras en la epoca de lluvia y al hecho de que su fibra es corta como la del bagazo 
hace que esta fibra no sea recomendable para su uso en la industria de la celulosa y papel en 
Cuba. 
 
 
 
Kenaf 
 
Sus posibilidades como materia prima para la fabricacion del papel es conocida desde hace 
tiempo y se han realizado multiples investigaciones en este sentido, habiendose reportado 
experiencias industriales desde los años 80 en Tailandia y Estados Unidos. 
 
Las fibras de la corteza son consideradas fibra larga por sus dimensiones, mientras que las 
fibras leñosas o del tallo son inferiores en longitud y diametro a los maderas duras. (12). 
Necesita para su crecimiento, fertilizacion adecuada y riego o lluvias abundantes así como altas 
temperaturas (12). Puede alcanzar rendimientos promedios entre 12- 25 t/ha. 
 
Su recoleccion puede ser mecanica y sus hojas y capullos, no aprobechables para la 
produccion de pulpa y papel, dan una mezcla con valores nutritivos de 20 a 30 % de proteinas 
lo cual puede ser una fuente de alimentacionn animal. (13) 
 
Puede adaptarse a las tecnologias de pulpeo y almacenamiento de bagazo sin grandes 
dificultades. Como todas las fibras no maderables tiene su punto dèbil en el costo de su 
preparación y manipulación hasta la planta de pulpeo, no obstante, nuevos desarrollos en el 
cultivo, cosecha y preparación mecánica de la fibra y el tallo central han logrado obtener una 
fibra con un costo razonable. (14,15) 
 
Estados Unidos y Australia han realizado intensas investigaciones encaminadas a la 
introducción de esta fibra en la produccion de pulpa de papel. 
 
Segun la opinión de numerosos expertos nuestro pais tiene exelentes condiciones 
climatológicas para el cultivo de esta planta, no obstante, los rendimientos de las areas de 
cultivo son bajas, al parecer por problemas agrotècnicos. 
 
Por esta razón no existe grandes disponibilidades de kenaf en Cuba, sin embargo, las 
experiencias realizadas con diferentes variedades existentes en el pais, a las que se le aplicó el 
pulpeo a la soda, demostro propiedades satisfactorias con rendimientos superiores al 60 % y 
bajos N
0
 de kappa. 
 
Si bien en el momento actual Cuba no dispone de una cantidad significativa de kenaf, es una 
fuente fibrosa a tener en cuenta como posible solución para satifacer ciertas nesecidades de 
fibra larga a mediano o largo plazo, no obstante, es necesario resolver los problemas 
agrotècnicos para lograr mejores rendimientos por ha y menores costos de producción. 
 
 Pseudotallo de plátano 
 
Esta planta se caracteriza por su alto contenido de humedad lo cual constituye la principal 
dificultad para su uso en la industria de la celulosa y el papel. 
 
Con fines papeleros se han realizado estudios a escala de laboratorio en China, Filipinas y la 
India, sin embargo, no se tienen reportes de su uso industrial. 
 
Cuba tiene una gran disponibilidad de esta planta y se ha realizado un amplio trabajo de 
investigación de sus potencialidades de aplicación en la fabricacion de papel. 
 
En base a sus propiedades biomètricas su fibra clasifica como fibra larga y mediamente gruesa 
y teniendo en cuenta que es una fibra dificil de blanquear, sus pulpas pudieran ser utilizadas 
en la producción de papeles resistentes como liner, sacos multicapas, papeles dielectricos, etc. 
 
Con pulpeo a la Soda convencional en Cuba 9 se han obtenido pulpas de calidad para estos 
fines como puede observarse en la tabla 4(16). 
 
En general los resultados alcanzados avalan la potencialidad de esta fibra en la producción de 
pulpas para papeles industriales; . 
 
 
 
No obstante hay que prestarle atención a los procedimientos de preparacion, manejo y 
transporte de la fibra asi como a problemas tècnicos relacionados con la recuperación de 
productos químicos dada la diferencia de sus licores negros respecto a los convencionales. 
 
 Debido a su alto contenido de humedad la fibra de pseudotallo de platano debe sufrir una 
preparación en el propio sitio de recolección consistente en el corte, desfibrado y prensado del 
mismo, para lo cual fue necesario diseñar un prototipo con estos fines, ya que el 
compotaamiento del producto final depende en una gran medida de la eficiencia de estas 
operaciones. 
 
Las pruebas realizadas mostraron la necesidad de desmedular la fibra y someterla a un lavado 
con agua caliente antes del proceso de pulpeo. 
 
En el cálculo del costo de la fibra se tuvo en cuenta los gastos de fertilizantes por concepto de 
reposición de nutrientes al suelo, no obstante los costos de la, fibra varian en cada región y aún 
de pais en pais dependiendo de factores internos tales como la localización de las 
plantaciones, costos de mano de obra y transpote, etc. 
 
En resumen esta fibra posee excelentes propiedades para su uso en papeles resistentes tales 
como sacos multicapas, bolsas de té, papel moneda y cheques de banco, no obstante su 
rendimiento por ha es bajo y el costo de su obtención y manipulación hasta la fabrica es 
relativamente alto por lo que su utilizacion deberá ser siempre de forma integral buscando un 
rendimiento económico superior. 
 
Crotolaria: 
 
Esta planta es considerada un caso especial dentro de las materias primas no maderables(17) 
y se ha reportado usos industriales en Asia, Africa y Brasil. 
 
Hasta mediados de 1990 fue utilizada en Brasil para la producción de papeles finos y de 
impresión, su recolección puede ser mecanizada sin grandes complicaciones y puede ser 
utilizada en rotación con otros cultivos como la caña de azucar. el maiz, etc. 
 
En ciclos de 113 a 125 días aporta rendimientos entre 25 y 33 t\ha de biomasa verde para el 
volumen de materia prima es de aproximadamente 11.5 t\ha, por lo que realizando dos 
cosechas al año se puede obtener un rendimiento anual de 23 t\ha. 
 
La tabla 5 (18,19) compara los volumenes de producción de esta planta, con otras biomasas 
desarrolladas en zonas tropicales. 
 
La fibra de la corteza y del centro leñoso difieren morfológicamente, las primeras contituyen el 
20 % de la planta y se pueden considerar fibras largas y son un material adecuado para 
sustituir a las fibras maderas suaves como puede observarse en la tabla 2. 
 
Tambièn, mediante cultivos experimentales, se comprobaron sus propiedades como abono 
verde y mejorador del suelo, al cual le aporta y ayuda a fijar nitrógeno además de ser un 
controlador biológico de las malas hiervas por su rápido crecimiento y temprano cierre del 
campo. 
 
Presenta mayor contenido de celulosa y menos contenido de pentosanos respecto a las 
maderas suaves y bajo contenido de lignina lo cual explica los altos rendimientos de cocción 
alcanzados durante las experiencias realizadas. 
 
Durante el pulpeo de la corteza se aplicaron dos esquemas, uno convencional y otro más 
drástico pero sin prehidrolisis obteniendose pulpas con las propiedades que se muestran en la 
tabla 6 (20) 
 
Adicionalmente esta planta se puede utilizar como portador energètico renobable, pues su valor 
calórico no presenta diferencias significativas con la del bagazo. 
 
 
 
En la tabla 7 se muestran las necesidades de areas para una produción de 10 000t\ha de pulpa 
utilizando lafibra de la corteza ( 20 %)y utilizando el resto de la planta como portador 
energètico en un central azucarereo de 600 000 @ de capacidad aun cuando esta fuente 
fibrosa no es una solución inmediata a nuestras necesidades de fibra larga, se ha de tener muy 
en cuenta el resto de las ventajas adicionales que presenta. 
 
Bagazo: 
 
El bagazo es un residuo lignocelulósico de la agroindustria azucarera ampliamente conocido en 
la industria de celulosa de papel. 
 
La fibra de bagazo es comparable a las de maderas duras y más delgadas que las de maderas 
suaves, aún cuando su contenido de cenizas es superior a las fibras maderables, es inferior a 
las de otras fibras no maderables. 
 
Es un material ampliamente utilizado en la fabricacion de papel, pero que aun no es explotado 
en toda su potencialidad. 
 
Años de investigaciones y aplicaciones tecnológicas lo colocan en una situación muy ventajosa 
respecto a otras fibras no maderables con relacion a la recoleción, manipulación y almacenaje 
que de hecho han mejorado mucho la economia del mismo como materia prima para la 
industra. 
 
En Cuba las investigaciones realizadas han demostrado su potencialidad para formar parte de 
productos en los que tradicionalmente se utilizan otras fibras como son las pulpas con fines 
absorbentes, diferentes tipos de medios filtrante etc. Desarrollos más recientes han dado como 
resultado la obtención de una nueva generación de productos de aplicación en la industria 
biofarmaceútica como son derivados de la lignina, en escala industrial de producción de 
antidearreico para porcinos, y otros derivados de la celulosa como son celulosa microcristalina 
y celulosa esferica, esta última aplicada a la obtención de matrices cromatográficas y 
purificación de proteinas. (21, 23) 
 
Conclusiones 
 
El bambú no constituye una fuente alternativa de fibra en nuestro pais ya que los productos a 
obtener no son de mayor calidad que los obtenidos a partir de bagazo y sí más costosos y de 
mayor complejidad en su proceso tecnológico. 
 
La paja de arroz presenta una disponibilidad limitada en el país, su utilización en la industria 
papelera en Cuba implica inversiones en la solución de problemas ya resueltos en el bagazo 
por lo que no se presenta bajo nuestras condiciones una fuente alternativa de fibras. 
 
El kenaf pudiese ser, potencialmente, una fuente de fibra larga para nuestro pais a mediano o 
largo plazo, teniendo en cuenta que es necesario solucionar los problemas agrotecnicos que 
limitan sus rendimientos por ha. 
 
El seudotallo de platano sera una fuente alternativa de fibra siempre que su obtención se 
encamine a papeles industriales de alto valor teniendo en cuenta sus bajos rendimientos y los 
costos de obtención y preparación de la fibra, relativamente altos dados su alta humedad. 
 
La crotolaria emerge como una fuente alternativa de fibra promisoria en nuestro pais para la 
industria de celulosa y papel en los proximos años y además deberá continuarse el desarrollo 
de nuevos productos derivados de la celulosa de aplicación en la biofarmacia como es el caso 
de las matrices cromatográficas y los excipientes para la fabricación de píldoras. 
 
El bagazo de la caña de azúcar seguirá siendo la principal fuente fibrosa en nuestro pais para 
la industria de celulosa y papel y para la producción de aglomerados, sin embargo la obtención 
de producto de mas alto valor agregado hacen necesario que se desarrollen otras fuentes 
alternativas de fibra que permitan un suministro estable a la industria y la sustitución de 
importaciones. 
 
 
 
Tabla 1. Estimado global de requrimientos de fibra y área necesaria(2,3) 
 
Añ0 Fibra virgen total (%) Cantidad de fibra virgen (MM 
TMSA) 
Area requerida 
(MMha) 
1990 70 192.9 12.9 
1995 66 224.5 15.0 
2000 63 260.9 17.4 
2005 59 302.6 20.2 
2010 55 350.2 23.3 
 
 
 
Tabla 2. - Propiedades biometricas de las fibras(4,5,6,7,8). (*) 
 
Material Longitud promedio 
(mm) 
Diametro (Micrones) Relacion 
(L/D) 
Bambú 2.7 19 140 
Paja de arroz 1.5 8.5 170 
Kenaf (fibra basta) 5.0 21 140 
Pseudotallo de plátano 3.6 17.7 203 
Crotolaria (corteza) 3.4 21.0 162 
Bagazo 1.5 20 75 
Maderas duras 1.3 30 40 
Maderas suaves 3.7 38 100 
(*) En todos los casos se han tomado valores promedios de los rangos. 
 
Tabla 3. - Propiedades químicas de diferentes materiales fibrosos. 
 
Material Celulosa Pentosanos Lignina Cenizas 
Bambú 50 20 24 1.6 
Paja de arroz 36 22 12 15 
Kenaf (fibra basta) 53 28 18 2.2 
Psudotallo de plátano 38 18 5.3 8.2 
Crotolaria (corteza) 56 6.2 8.2 3.3 
Bagazo 46 26 20 1.6 
Maderas duras 52 23 21 1.2 
Maderas suaves 56 14 30 0.5 
• En todos los casos se han tomado valores promedios de los rangos. 
 
 
Tabla 4. - Propiedades de las pulpas a la soda a partir de pseudotallo de platano comparada 
con pulpa kraft de madera importada. 
 
Propiedades Pulpa de pseudotallo de 
platano 
Pulpa kraft de madera 
Grado de molida, 
0
SR 34 36 
Densidad, kg/m
3
 580 613 
Longitud de ruptura, Km 7.1 6.94 
Indice de estallido, kPa m
2
/g 4.7 3.3 
Indice de rasgado, Nm
2
/g 10.0 9.0 
Indice de tensión, Nm/g 69.5 68.6 
Elongación, % 3.0 2.9 
TEA, J/m 127.0 160.0 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 5. - Rendimientos de biomasas tropicales(18,19) 
 
Especie Ton/ha 
Crotolaria ( dos cosechas / año) 23.0 
Caña de azúcar 60.0 
Eucalipto 30.0 
Pino 31.0 
 
 
 
Tabla 6. - Propiedades de las pulpas obtenidas a partir de la corteza de crotolaria. 
 
Propiedades papeleras Valor Valor 
Grado de molida, 
0
SR 34 44 
Densidad, kg/m
3
 470 490 
Indice de estallido, kPa m
2
/g 2.9 4.0 
Indice de rasgado, Nm
2
/g 30 30 
Indice de tensión, Nm/g 42 50 
Elongación, % 2.9 3.1 
Alto alfa y pulpa grado disolver Crotolaria Madera 
 Alto alfa Grado disover Alto alfa 
Ascenso capilar 160 168 107 
Brillantez, % 79.6 80 87 
 
 
Tabla 7. -Necesidades de area y fibra para la produccion de 10 000 ton/año de pulpa a partir de 
crotolaria. (*) 
 
 Pulpa 
papelera 
Pulpa de alto 
alfa 
Pulpa grado 
disolver 
Ton de fibra necesaria/ton fibra 1.74 2.35 2.94 
Ha necesaria/año ( un solo corte) 7 564 10 217 12 782 
Posible ahorro de petroleo (ton/año) 28 294 38 212 47 807 
(*) Se considero que los troncos descortezados se usarian como portador energètico en la 
arrancada de un ingenio de 600 000 @/dia de capacidad y un equivalente a petroleo de 3.74 
ton 
 
 
 
 
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