La Madera y lo que se obtiene

La madera
 
Sólo madera entre los combustibles renovables es significante como una materia prima química. Madera es una compleja estructura física y química. Su composición elemental global por masa es aproximadamente 49% carbono, 6% hidrógeno, y 0.2% nitrógeno; los elementos restantes y sus cantidades y formas varían considerablemente de una especie de árbol a otra. Los cationes más comunes encontrados en la madera son calcio, potasio, y magnesio; los aniones comunes incluyen carbonato, sulfato, fosfato, y silicato. Éstos constituyen la parte no combustible de la madera, la ceniza. 
 
        La madera es una materia prima importante para la industria química. Cada año se reducen a pasta enormes cantidades de madera, que se reconstituye de forma mecánica para hacer papel. Otras industrias se encargan de extraer algunos componentes químicos de la madera, como taninos, pigmentos (véase Pinturas y barnices), gomas, resinas y aceites, y de modificar estos constituyentes.
 
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Composición de la madera
 
Además de agua, el componente principal de la madera es la celulosa. De la gran cantidad de celulosa que se utiliza para fabricar rayón y nitrocelulosa, una parte se extrae del algodón, pero la mayor parte se obtiene de la madera. El mayor problema que presenta la extracción de celulosa de la madera es eliminar las impurezas, de las cuales la más importante es la lignina, el cual es un polímero complejo de una unidad de fenilpropano y se encuentra en el rango de 18% a 28% del total. Al principio se desechaba, pero más tarde se ha descubierto que es una buena materia prima para la fabricación de plásticos y una sustancia adecuada para el cultivo de levadura de cerveza, que es un importante alimento para el ganado y las aves de corral.
 
También se utiliza la madera, sin separar la celulosa de la lignina, para obtener otros productos químicos mediante procesos determinados. En el método Bergius, la madera se trata con ácido clorhídrico para obtener azúcares, que se utilizan como alimento para el ganado o se fermentan para producir alcohol. La madera puede transformarse en combustible líquido por hidrogenación. También se obtienen productos químicos por destilación. La mayoría de estos productos, como el ácido acético, metanol y acetona, se obtienen ya de forma sintética.
 
La madera puede quemarse parcialmente a carbón de leña que es esencialmente una forma porosa de carbono puro en hornos que permiten acceso limitado de aire. Este proceso se llama carbonización de la madera y ha estado en uso desde tiempos antiguos. La carbonización de madera produce el alquitrán, y se usó el alquitrán del pino alguna vez para calafatear las naves. Por esta razón el alquitrán y sus productos todavía se conocen como " los almacenes navales". Se ha usado el alquitrán de Madera como una fuente comercial de ácido acético, metanol, y la mezcla solvente llamada "trementina".
 
Otros nuevos productos se obtienen mezclando la madera con ciertos compuestos químicos; la mezcla resultante tiene propiedades mecánicas similares a las de la madera, pero es más fuerte y resistente desde el punto de vista químico. Los métodos más importantes para realizar estas mezclas consisten en impregnar la madera de ciertos compuestos, como fenol y formaldehído; después se calienta la madera impregnada y los productos químicos reaccionan con las células de la madera y forman una capa plástica. La madera tratada de esta forma se llama impreg; es muy duradera y resiste el ataque de los insectos perforadores; su densidad relativa es mayor, aunque su dureza es casi la misma. Otro producto, llamado compreg, se obtiene comprimiendo la madera impregnada en una prensa hidráulica. Se la somete a una determinada presión mientras se produce la reacción química en el exterior. Esta madera tiene una densidad relativa de 1,35, su dureza es muy superior a la de la madera sin tratar y su resistencia un poco mayor, aunque su rigidez puede ser un poco inferior.
 
Destilación de la Madera
 
El carbón vegetal es un útil subproducto de la madera, y se obtiene por el proceso de carbonización. Tratando la madera de diferentes formas pueden obtenerse también otros subproductos útiles. La destilación destructiva - conocida también como pirólisis o destilación de la madera - es parecida a la carbonización, salvo que la madera se calienta en un recipiente cerrado y se recogen los gases y líquidos producidos. Algunos de esos gases pueden después condensarse para obtener una serie de productos químicos, y los que no se condensan pueden utilizarse como combustible gaseoso para el proceso mismo de destilación, o para cualquier otro fin.
 
Una tonelada de madera seca tratada da 300 kg de carbón vegetal, 140 m3 de gas combustible, 14 litros de alcohol metílico, 53 l. de ácido acético, 8 l. de ésteres, 3 l. de acetona, 76 l. de aceite de madera y de alquitrán ligero, 12 l. de aceite de creosota y 30 kg de brea. Muchos de esos productos pueden utilizarse directamente, mientras que otros son materias primas químicas para la industria.
 
La destilación de la madera es en realidad otro procedimiento para hacer carbón vegetal. Se necesita un equipo más complicado que para la producción convencional, pero el proceso es más rentable desde el punto de vista energético. La producción de carbón vegetal en una retorta, condensando los gases afluentes, puede aumentar considerablemente la energía que se obtiene; los países que emplean este método ganan mucho simplemente con la energía extra obtenido. Además, los subproductos pueden utilizarse de manera sencilla y rentable; por ejemplo, en Ghana y en Costa Rica los gases producidos se utilizan para secar la leña destinada a los sistemas de calefacción, y los líquidos como agentes de conservación de la madera.
 
Las economías de energía que podrían conseguirse con esa técnica han sido estudiadas detalladamente para Ghana, que produce casi 100 000 toneladas de carbón vegetal al año, equivalentes a unos 420 000 barriles de petróleo; el rendimiento es del 15 por ciento, de modo que hacen falta unas 700 000 toneladas de biomasa seca. Con los nuevos equipos de pirólisis podrían recuperarse 500 000 toneladas de carbón vegetal, aceites y gases, que representan del 70 al 80 por ciento del contenido de energía de la biomasa original, con un valor energético equivalente a más de dos millones de barriles de petróleo. La diferencia, de más de un millón y medio de barriles de petróleo, vale a los precios actuales cerca de 45 millones de dólares en divisas, igual a casi un cuarto del precio de toda la energía consumida en Ghana.
 
Productos químicos potenciales
 
           Esfuerzo considerable ha sido asignado al desarrollo de la conversión de biomasa renovable, del cual la madera es el componente principal, en productos químicos usualmente derivativos de petróleo. Procesos para los cuales la viabilidad técnica ha sido demostrada son mostrados en la ilustración.
 
 
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Rutas químicas para obtener derivados de la madera.
 
Los polímeros de la pared de la célula de madera en su estado de mezcla natural pueden ser convertidos en compuestos más simples por procesos drásticos no selectivos de pirolisis y gasificación de la misma forma que el carbón se convierte en productos químicos. En la gasificación, la madera se calienta a temperaturas de aproximadamente 1000 ° C (1830 ° F) para formar una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno como los productos principales con bajo rendimiento de hidrocarburos como subproductos. El monóxido de carbono y el hidrógeno, como en la gasificación de carbón, pueden ser convertidos en amoníaco, metanol, o hidrocarburos. La pirolisis o degradación térmica de la madera en ausencia de oxígeno a temperaturas bajas convierte la madera a carbón vegetal, gas, alquitrán, y aceite.
 
El procesamiento selectivo de los componentes de madera puede retener más enlaces de carbono-carbono y puede proveer rendimientos sustanciales de una amplia variedad de productos químicos. La hidrólisis de celulosa a glucosa por ácidos diluidos a altas temperaturas, ácidos fuertes a bajas, o las enzimas es el primer paso en su utilización para productos químicos. El etanol de fermentación de glucosa puede ser usado como un producto químico industrial, como un combustible para motores de explosión, o como uno intermedio para la producción de otros productos químicos.
 
 El etanol puede ser deshidratado a etileno, lo cual es el bloque constructivo para muchos otros intermedios orgánicos y polímeros. Por la oxidación de etanol a acetaldehído, un intermedio para posterior producción de ácido acético y anhídrido, acrilonitrilo, acetato de vinilo, y el butadieno pueden ser obtenidos.
 
La fermentación de la glucosa puede alternativamente ser direccionada a ácido láctico, acetona, butanol, isopropanol, glicerina, etc. La hidrogenación de glucosa puede producir glicoles así como también sorbitol. Ver también: Fermentación
 
La hidrólisis de hemicelulosas produce mannosa, la cual puede ser procesada junto con glucosa, y xilosa, lo cual puede ser convertido a furfural o xilitol. El componente aromático lignina de madera puede ser convertido en fenoles y otros productos químicos aromáticos como benceno bajo condiciones de hidrogenación diversas seguidas por la desalquilación y la deshidroxilación.