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La celulosa es el principal componente de las paredes celulares de las fibras que constituyen los árboles y otras plantas. La fibra vegetal al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm, las de pino 2-3 mm y las de eucalipto 0,6-0,9 mm. De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere. A continuación se muestra la composición de distintos árboles y plantas:

Pinos Otros árboles Bagazo de caña de azúcar Bambú Pelusa de algodón Paja de trigo Paja de arroz

Celulosa 40-50 38-51 32-44 26-43 80-85 28-36 29-40

Pentosanos Hemicelulosa 4-14 15-34 9-26 21-17 27-32 15-26 23-28 26-32

25 26

Lignina 26-34 16-30 19-24 21-31 3-4 12-16 7-21

Ceniza 1 1 2-5 2-5 1-2 15-20 4-11

Sílice trazas trazas 1,5-2 1,5-2,5 12-18 4-7

Fuente: TAPPI

En la actualidad, las plantas de celulosa de Chile extraen las fibras de la madera del pino y del eucalipto, separándola de los otros componentes de la madera como la lignina y la hemicelulosa. Durante siglos, estas fibras se han constituido en la materia prima para la fabricación de diversos objetos de uso cotidiano, entre los cuales sobresale, por su importancia, la elaboración del papel. Cuando se funda Empresas CMPC, en 1920, se utilizó celulosa importada para la fabricación del papel, combinándola con la producción propia de celulosa a partir de la paja de trigo. Posteriormente -en los años 30-, y asumiendo el compromiso de abastecer a Chile de papel, CMPC adquirió plantaciones de pino insigne con la idea de extraer la celulosa de la madera. Los árboles constituyen la principal fuente de fibras naturales para más del 90% de la producción de celulosa a nivel mundial; el restante 10% es aportado por otras plantas, tales como pastos, bambúes, bagazo de caña de azúcar, algodones, linos, cáñamos y otros.

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La Celulosa en el Árbol

Los árboles, plantas y algas sustentan su crecimiento a través de la fotosíntesis (foto = luz/síntesis = hacer). En el caso de los árboles y plantas verdes, ésta consiste en una reacción química que se produce en las hojas con la ayuda de la clorofila (pigmento verde que absorbe la energía de la luz del sol para convertirla en alimento) y que combina la energía de la luz solar, el dióxido de carbono del aire y el agua absorbida del suelo. A través de este proceso el árbol obtiene alimento en la forma de azúcares, tales como la sacarosa y la maltosa. Toda esta cadena concluye con la instalación de la glucosa en el cámbium (capa situada entre la corteza y la madera del árbol) para ser sintetizada, dando origen a la celulosa.

Las plantas verdes producen en sus hojas las sustancias para su crecimiento mediante el proceso de fotosíntesis, una compleja reacción química que se lleva a cabo en las hojas. La fotosíntesis es el proceso a través del cual las plantas verdes utilizan la energía de la luz solar para fabricar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y el agua, en presencia de la clorofila. En estas plantas, el agua y otros nutrientes son absorbidos desde el suelo por las raíces y trasladados hacia las hojas a través del xilema, uno de los componentes del “sistema circulatorio” de las plantas. El dióxido de carbono es obtenido del aire que entra a las hojas a través de los estomas (poros) y se difunde hacia las células que contienen la clorofila. Este pigmento fotosintético verde denominado clorofila tiene el atributo único de ser capaz de convertir la energía activa de la luz en una forma latente de energía que puede ser almacenada (como alimento) para ser usada cuando se necesite.

La fase inicial del proceso de fotosíntesis es la descomposición del agua (H2O) en Oxígeno, que es liberado a la atmósfera a través de los estomas y el Hidrógeno. Se requiere luz directa para realizar este proceso. Posteriormente este Hidrógeno más el Carbono y el Oxígeno del dióxido de carbono (CO2) son transformados en una secuencia de compuestos cada vez más complejos, los cuales finalmente dan origen a un compuesto orgánico estable denominado Glucosa (C6H12O6) y Agua. Esta fase del proceso utiliza la energía acumulada y por lo tanto puede desarrollarse en la oscuridad. La ecuación química simplificada de este proceso global es: 6CO2 + 12H2O + (energía) → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O En general, los resultados de este proceso son los inversos a los de la respiración, en la cual los carbohidratos son oxidados para liberar la energía, produciendo dióxido de carbono y agua. El principal producto de la fotosíntesis, la glucosa, es la piedra angular de los carbohidratos (azúcares, almidones y celulosa). Los azúcares solubles (sacarosa y maltosa) son usados como fuente inmediata de energía. Los almidones no solubles son almacenados como pequeños gránulos en distintas partes de la planta, principalmente hojas y raíces (incluyendo los bulbos) desde donde pueden ser consumidos por la planta cuando requiera de energía, y en los frutos. La celulosa es usada para construir las paredes rígidas de las células, que son la principal estructura soportante de las plantas.

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Partes de un Árbol

La glucosa proveniente del proceso de fotosíntesis llega al cámbium a través del floema, el otro componente del sistema circulatorio de las plantas. El cámbium es un tejido vegetal específico de las plantas leñosas, ubicado entre la corteza y la madera, compuesto normalmente por una capa única de células embrionarias que son las responsables del crecimiento de las plantas. En los árboles, cada año el cámbium origina dos capas de células adultas. La primera, hacia el interior, es de madera o albura, cuyo nombre científico es xilema y se reconoce al momento de cortar el árbol como los anillos de crecimiento del tronco. La segunda capa de células adultas, hacia afuera, es otro tipo de tejido, denominado floema, que a diferencia del xilema está compuesto por células vivas que transportan la savia, solución acuosa rica en azúcares producida en la fotosíntesis. También a diferencia del xilema, que transporta el agua y otros nutrientes desde la raíz hacia las hojas, el flujo de la savia a través del floema es bi-direccional: durante el período de crecimiento del árbol, generalmente en primavera, el floema transporta la savia desde las raíces, donde se han almacenado los azúcares, hacia las áreas de crecimiento del árbol. Después del período de crecimiento, el flujo de savia es desde las hojas hacia las raíces. Corteza Externa Es lo que se ve desde fuera del tronco. Esta capa protege al árbol de los insectos, enfermedades, temperaturas extremas y otros daños. Floema Es la corteza interna. Transporta los carbohidratos producidos en las hojas hacia abajo, a las otras partes del árbol, donde se convierten en el alimento que necesita el árbol para crecer. Cámbium Es una capa delgada de células embrionarias, del espesor de una célula, ubicada en la parte interior de la corteza interna. Aquí es donde se produce el crecimiento del árbol. Cada año el cámbium produce las células que constituyen el xilema y el floema. Una vez producidas las nuevas células del floema, las antiguas se secan y pasan a formar parte de la corteza. Hacia el interior del cámbium, las nuevas células de madera se unen a la albura (xilema). Así se producen los anillos de crecimiento del árbol. Xilema También conocida como albura, cuya función es conducir el agua y las sales minerales desde las raíces hacia las hojas. La albura está compuesta por largas moléculas de celulosa que le dan al árbol su fortaleza. Duramen En los árboles más viejos, en la medida que se forman nuevos anillos de crecimiento desde afuera hacia dentro, los anillos interiores, de albura más vieja, se bloquean con resina y se transforman en duramen. El duramen ya no puede transportar fluidos, pero su rigidez ayuda a sostener el árbol en el centro del tronco. El duramen es más oscuro que la albura. Este árbol aún no había desarrollado el duramen.

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Composición Química del Árbol

Las moléculas de glucosa (del orden de 30 mil por molécula de celulosa) se unen punta con punta entre sí, en una larga cadena recta para formar las moléculas de celulosa. Dado el gran número de moléculas de glucosa que se unen, se dice que la celulosa tiene un alto grado de polimerización. Sin embargo, a pesar de la longitud de las moléculas de celulosa, las cuales miden alrededor de 10µ (1µ = 10-3 mm) todavía son muy pequeñas como para ser observadas por el ojo humano, incluso en un microscopio electrónico. La celulosa representa alrededor del 50% del peso seco de la madera (una vez extraída el agua). Debido a que las uniones entre las moléculas de glucosa son tan firmes, las moléculas de celulosa son muy resistentes y por esa misma razón, la madera también es resistente. Las uniones laterales entre las moléculas de celulosa también son muy fuertes, lo que hace que ellas se agrupen para formar filamentos, los cuales a su vez forman estructuras más gruesas, similares a una cuerda, llamadas microfibrillas. Estas microfibrillas pueden observarse en un microscopio electrónico.

Las fibrillas (fibras) de celulosa tienen distintas formas y tamaños. El círculo rojo representa una partícula de 20µ de diámetro.

La hemicelulosa es el segundo componente de la madera, representando entre el 15-34% del peso seco de ésta. A diferencia de la celulosa, que está constituida sólo por glucosa, la hemicelulosa consta de glucosa más otros azúcares solubles en agua producidos en la fotosíntesis. El grado de polimerización, es decir, el número de moléculas de azúcar conectadas entre sí, es menor que en la celulosa y en consecuencia, las moléculas de hemicelulosa tienden a formar cadenas ramificadas en vez de estructuras rectas. La hemicelulosa rodea los filamentos de celulosa y ayuda en la formación de microfibrillas. El tercer elemento de la madera es la lignina. Es un producto químico complejo, totalmente diferente de la celulosa. La lignina constituye entre el 26-34% del peso seco de la madera. En la madera se concentra principalmente en las paredes de las células, ayudando a pegar las microfibrillas entre sí. La lignina es un polímero tridimensional, cuya estructura exacta aún no es totalmente conocida. Las plantas que contienen lignina, como los árboles, por ejemplo, son rígidas y pueden crecer a gran altura. Además de otorgar resistencia mecánica a las paredes de la células de la madera y por lo tanto, a todo el árbol, la lignina juega un rol crucial en la conducción del agua a través del xilema. Los componentes polisacáridos de las paredes de las células de las plantas, particularmente la celulosa, son altamente hidrofílicas, y por lo tanto permeables al agua. La lignina permite la formación de vasos que transportan el agua eficientemente. El resto de los componentes de la madera se agrupan genéricamente en una categoría denominada extraíbles. Se trata de una serie de productos químicos orgánicos e inorgánicos de las células, que no son componentes estructurales de la madera. Oscilan entre un 2% y 15% del peso seco de la madera. Como su nombre lo indica, se pueden extraer de la madera con agua caliente, alcohol u otros solventes. Los extraíbles de tipo orgánico contribuyen a darle a la madera propiedades tales como: color, olor, sabor, resistencia a la descomposición, densidad, higroscopicidad (capacidad para absorber el agua) y combustibilidad. Algunos ejemplos de extraíbles son: taninos, aceites, grasas, resinas, ceras, goma, almidón y terpenos. La hoja posee una capa protectora externa llamada epidermis, una capa intermedia, que contiene los cloroplastos, que absorben el dióxido de carbono (CO2) necesarios para la fotosíntesis; y, una capa interior, que contiene los vasos centrales, xilema y floema, que transportan las sustancias nutritivas hacia la hoja y fuera de ella. En las superficies de las raíces existen pelos que se extienden por el suelo, que absorben el agua y sales minerales mediante un proceso de osmosis. El agua y los minerales en forma de savia fluyen a través del xilema o vasos leñosos, hasta alcanzar las hojas en la cima del árbol.

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Tipos de Celulosa

Desde el punto de vista técnico y comercial, la celulosa recibe diferentes denominaciones, dependiendo del proceso que se utilice para separar las fibras de celulosa del resto de las componentes de la madera: la celulosa química, que se obtiene a partir de un proceso de cocción de las partículas de madera (astillas) con diferentes productos químicos a altas temperaturas y presiones; y, la pulpa mecánica, que es una mezcla de celulosa y lignina, que se obtiene desfibrando la madera a altas temperaturas y presiones. Entre ambas categorías está también la celulosa denominada quimo-termomecánica, donde se utiliza una combinación de los procesos anteriores. La celulosa resultante de estos procesos tiene la forma de una pasta (tiene un alto contenido de agua) y tiene aún un contenido importante de lignina, que le da una tonalidad color café, similar al color natural de la madera.

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Celulosa cruda o Kraft

Celulosa blanqueada o celulosa química.

Dado que uno de los principales usos finales de la celulosa es la producción de papeles blancos, es necesario blanquear la pasta de celulosa a través de un tratamiento con productos químicos en orden a extraer la lignina, resinas, iones metálicos y otras sustancias que podrían afectar el proceso de producción del papel. Una vez blanqueada, la celulosa todavía tiene la forma de una pasta, con un alto contenido de agua. En las Plantas integradas de celulosa y papel, esta pasta alimenta directamente las máquinas papeleras allí instaladas. En el caso de Chile, la mayor parte de la celulosa producida se destina al mercado externo y en consecuencia, es necesario extraerle el agua antes de despacharla para su venta, con el propósito evidente de reducir los costos de transporte y además para preservar algunas de sus características, minimizando la reversión de la blancura en el tiempo.

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Usos de la Celulosa

Para reconocer la importancia de la celulosa, es necesario conocer sus diferentes aplicaciones y usos, los cuales se han ordenado de acuerdo al tipo de ella: La pulpa mecánica: En Chile como en todo el mundo, este tipo de celulosa prácticamente no se transa en el mercado y es consumida directamente en las mismas plantas donde se produce para fabricar papel de diario, papel para guías de teléfono y volantes. Es una pulpa de alto rendimiento, en el sentido que conserva un alto porcentaje de la lignina y otras sustancias de la madera y en consecuencia, es relativamente económica. Normalmente se utiliza en combinación con pulpa química para la fabricación tanto de estos papeles como otros destinados a revistas y catálogos, a los cuales a menudo se les agrega una capa de estucado para mejorar la calidad de impresión. La pulpa quimo-termo-mecánica (CTMP): Esta pulpa tiene propiedades intermedias entre la pulpa mecánica y la celulosa o pulpa química Kraft. Es un método de producción de celulosa relativamente nuevo, ya que se comenzó a utilizar en la década de los años 80, representando hoy alrededor de un 6% del total de las pulpas que se transan en el mercado. A menudo es blanqueada y un porcentaje significativo de la producción está integrada a máquinas que producen papel periódico y cartulina para envases. Sus atributos físico-mecánicos y su bajo costo permiten que sea utilizada en la producción de papeles blancos de impresión y escritura, sustituyendo a la celulosa química. La celulosa Kraft cruda: Es producida principalmente a partir de madera de pino que ha sido sometida a un tratamiento químico específico denominado Kraft o al sulfato. Como su nombre lo indica, no es sometida a un proceso de blanqueo. Se trata de un segmento con un alto grado de integración a la producción de papeles y cartones. Representa alrededor de un 4% del total de las celulosas que se transan en el mercado. Es la más resistente de las celulosas y de hecho la palabra alemana “Kraft” significa fuerza. Por esta razón, constituye la materia prima para la fabricación de papeles para embalajes: papel Kraft linerboard para cajas de cartón corrugado, papel sack Kraft, para sacos y saquitos de papel, papel Kraft de embalaje, cartulinas y cartones. La celulosa Kraft blanqueada fibra larga: Es producida a partir de madera de pino, que además de haber sido sometida al proceso Kraft, es posteriormente blanqueada. Esta celulosa representa un 45% del total de las celulosas que se transan en el mercado. Por sus excelentes índices de resistencia, es utilizada como materia prima para la fabricación de papeles y cartones blancos para embalaje. También se usa como fibra de refuerzo en una amplia variedad de papeles. Permite así alcanzar los parámetros de resistencia deseados cuando se usa en combinación, por ejemplo, con un elevado porcentaje de fibras recicladas. La celulosa Kraft blanqueada fibra corta: Es producida a partir de madera de eucalipto, acacia u otros árboles de maderas duras. Esta celulosa representa un 43% del total de las celulosas que se transan en el mercado. En particular, la celulosa de eucalipto tiene un conjunto de propiedades biométricas que la transforman en una fibra única, especialmente adecuada para la producción de papeles tissue de alta calidad (higiénicos, faciales, pañuelos desechables, servilletas, etc.), papeles finos de impresión y escritura, papel fotocopia y papeles estucados. Además, esta celulosa es fácil de refinar, lo que permite alcanzar las propiedades finales deseadas del papel reduciendo el consumo de fibras largas (fibras de refuerzo) y ahorrando energía en refinación. La celulosa Kraft se embala en fardos de 250 kilos. Cada fardo está constituido por un número variable de pliegos de celulosa de unos 80 cm. de largo por 70 cm. de ancho y un gramaje (peso por m²) entre 850-1300 g/m². Para su exportación y venta se agrupan 8 fardos en dos columnas de cuatro, para formar el denominado “unit”, de 2.000 kilos (2 toneladas).

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Materias Primas

Los árboles utilizados para producir celulosa se clasifican en dos grandes grupos dependiendo de las características de su madera: Las coníferas o árboles de fibra larga (Softwood) y las latifoliadas, o árboles de fibra corta (Hardwood). Entre las coníferas destacan diferentes especies de pinos y abetos, y en las maderas de fibra corta encontramos a las diversas variedades de eucaliptos, los abedules, álamos, acacias y varias otras especies tropicales.

La madera es lejos el principal insumo en la producción de la celulosa, representando un promedio de la industria mundial de alrededor del 50% del costo total del producto. Desde esta perspectiva, existen básicamente tres ejes de análisis para evaluar si un tipo de madera es apta para la producción de celulosa. 1.Economía Forestal: son todos aquellos factores que inciden en el costo de la madera puesta a la entrada de la Planta de celulosa. Además de la cercanía de los bosques con la Planta (costos de transporte), el ideal es que la superficie de bosques necesaria para abastecer las necesidades de la Planta sea lo más reducida posible. En esto intervienen principalmente dos factores: la edad de rotación, es decir, cuántos años tardan los árboles en alcanzar la edad de corte; y la tasa de crecimiento de los árboles, medida en m³ sólidos de madera sin corteza, por hectárea de bosques. 2.Economía de Proceso: son aquellas características de la madera que hacen más fácil (económica) la separación de las fibras de celulosa de los demás componentes de la madera, además de obtener una mayor cantidad de fibras de celulosa por m³ de madera. 3. Propiedades biométricas de la celulosa: son aquellos atributos de las fibras que las hacen más apropiadas para la fabricación de un tipo de papel u otro. Típicamente la longitud de fibra, su ancho, su espesor de pared, su peso por unidad de longitud, etc.. El desarrollo en las últimas décadas de las plantaciones forestales de crecimiento rápido en el hemisferio sur está generando dos importantes cambios en la industria mundial de la celulosa. En primer lugar, se observa el paulatino desplazamiento del centro de gravedad de la industria desde el Hemisferio Norte, basada en bosques naturales, hacia el hemisferio sur, en base a bosques plantados por el hombre. Mientras en el año 90, sólo un 12% de la capacidad mundial productora de celulosa de mercado estaba localizada en el hemisferio sur, esa cifra llegará en el año 2010 a un 34%. En segundo lugar, se detecta una tendencia en las grandes empresas de la industria de la celulosa y el papel, -muchas de ellas integradas desde el bosque hasta el consumidor final-, hacia la especialización en un conjunto más reducido de negocios, donde exhiben probadas ventajas competitivas sustentables. De esta manera, muchas de ellas están abandonando la producción de celulosa, delegándola en empresas especializadas en dicho segmento. Las dos principales variedades de celulosa chilena producidas a partir del pino radiata y del eucalipto globulus, especies forestales cultivadas en el país, han alcanzado un buen posicionamiento en el mercado, por provenir de bosques manejados en forma probadamente sustentable, por exhibir adecuados parámetros físico-mecánicos y por tener una calidad uniforme. En Chile, la industria de celulosa usa sólo madera proveniente de bosques plantados por el hombre, ya que en nuestro país su rendimiento permite un muy buen nivel de productividad. Mientras en otros países los pinos de bosques naturales poseen un período de maduración entre los 45 y 90 años, en Chile las plantaciones de pino radiata alcanzan la edad de corte entre los 20 y los 25 años. De igual manera, los bosques naturales de fibra corta (abedules) del hemisferio norte tienen una edad de rotación entre 35-40 años, y los eucaliptos en Chile llegan a la edad de corte entre los 10-15 años. Las principales especies de árboles usadas en la producción de celulosa en Chile son el pino radiata, el eucalipto globulus y el eucalipto nitens, los que se encuentran en abundancia en las plantaciones de crecimiento rápido, ubicadas principalmente desde la Región del Maule a la Región de Aysén.

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Producción de Celulosa CMPC

Empresas CMPC está siempre atenta a los avances tecnológicos en la industria. Todas las plantas de CMPC Celulosa son sometidas periódicamente a intervenciones técnicas, con el propósito de mejorar su competitividad, entendida ésta en un sentido amplio, es decir, las intervenciones están orientadas a mejorar su eficiencia operativa, reducir costos y mejorar su desempeño ambiental. Ejemplo de ello son las tecnologías introducidas en los procesos de blanqueo, las que han significado la total eliminación del antiguo proceso de blanqueo basado en cloro elemental y su reemplazo por el sistema de blanqueo ECF (Elemental Chlorine Free). El proceso ECF y las plantas de tratamiento de efluentes han significado una reducción de los compuestos órgano clorados (AOX) superior al 95% con respecto al proceso tradicional. Además, los pocos compuestos órgano clorados que se generan con esta nueva tecnología son similares a los que se encuentran en la naturaleza, se degradan naturalmente y no tienen un efecto persistente en el medio ambiente (no son bioacumulables).

Otra consecuencia de estas mejoras tecnológicas ha sido el uso más eficiente del recurso agua. En la actualidad, se consume por tonelada de celulosa producida, sólo 40 m³ de agua, en circunstancias que en los años 80', esta cifra fluctuaba entre los 120 y 140 m³ por tonelada. Esto se explica porque los circuitos de agua se han cerrado, es decir, la misma agua se limpia y se reaprovecha. Debe destacarse el hecho de que, cerca del 95% del agua captada que se usa en el proceso, es devuelta debidamente tratada y limpia a los cursos fluviales. Sólo un 5% se evapora. La reducción en las emisiones ha sido otro de los logros registrados en la industria. El nivel de AOX (Adsorbable Organic Halogen) en los últimos 25 años ha bajado desde 8 kg/ton a 0,1-0,6 kg/ton de celulosa; el BOD (Biochemical Oxygen Demand) en los últimos 10 años ha bajado de 15 kg/ton a 0,5-3 kg/ton de celulosa, y en el ámbito de las emisiones aéreas, los compuestos sulfurados han sido reducidos en más de un 95% desde fines de los años 70. De esta manera, Empresas CMPC, a través de su constante inversión en tecnología de punta y de las cuidadosas prácticas en sus procesos industriales, no sólo logra la producción de celulosa de alta calidad, sino también reduce y neutraliza los impactos ambientales adversos, cumpliendo a cabalidad con las normas destinadas a la protección del medio ambiente.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Presione sobre las imágenes y sabrá más de este proceso

La celulosa es elaborada mediante el proceso denominado Kraft, a través del cual las astillas de madera son cocidas en una solución alcalina basada en sulfuro de sodio y soda cáustica para extraerles la lignina. Estos compuestos químicos son posteriormente recuperados para su reutilización, en un proceso de ciclo cerrado. Los rollizos de madera son descortezados y transformados en astillas éstas; son enviadas a una pila de acopio para su homogenización. Desde la pila de acopio, los chips o astillas son extraídos, clasificados y conducidos al proceso de cocción -en el digestor continuo o en digestores batch- con licor blanco, una solución alcalina de soda cáustica y sulfuro de sodio. Resultante del proceso de cocción es la pasta de celulosa, que se clasifica, se lava y se blanquea. Una vez blanqueada, se procede a su secado y embalado final en forma de fardos de 250 kgs. En el proceso de cocción, el licor blanco junto con la lignina disuelta, se convierte en un licor negro, el cual se concentra para luego ser quemado en unos equipos denominados calderas recuperadoras. La parte orgánica del licor negro (lignina y otros compuestos de la madera) produce energía en el proceso de combustión, generando el vapor que se utiliza en la producción de energía eléctrica y, posteriormente, para calefaccionar diferentes procesos dentro de la misma planta industrial. La parte inorgánica -sales minerales (cenizas)- se recupera después del proceso de combustión y es usada en la etapa de caustificación para regenerar el licor blanco usado en la cocción. La corteza de los rollizos de madera, recuperada en los descortezadores, se quema en calderas de poder para producir vapor y energía eléctrica, usados para los diversos procesos de la planta.

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Fases de producción Cada una de las fases del proceso de producción de la celulosa se caracteriza por aspectos técnicos particulares, lo que las diferencia y les confiere la calidad de unidades específicas. Ellas cumplen secuencialmente el rol de eslabones de una cadena de nueve fases que dan cuerpo al proceso global. Las cinco primeras fases corresponden al proceso productivo tradicional, que a partir de un conjunto de insumos básicos (madera, agua, productos químicos y energía) da origen a la celulosa. Las siguientes 4 fases tienen como objetivo asegurar que el proceso productivo se desarrolle en armonía con el medio ambiente. Especial mención merece la fase de monitoreo de las condiciones ambientales. De la misma forma como los doctores pueden diagnosticar que algo no anda bien en nuestro organismo a partir del análisis de muestras de sangre y orina, los técnicos de las Plantas de celulosa, a partir de la información recolectada en los instrumentos de control de la Planta y las estaciones de monitoreo, pueden detectar en forma inmediata eventuales alteraciones en el proceso productivo y ejecutar acciones correctivas y preventivas. Fase 1: Preparación de la madera. Fase 2: Cocción. Fase 3: Blanqueo ECF. Fase 4: Secado y embalado. Fase 5: Recuperación y energía. Fase 6: Tratamiento de efluentes. Fase 7: Control de emisiones aéreas y de olor. Fase 8: Disposición de residuos sólidos. Fase 9: Monitoreo de condiciones ambientales. A continuación se describen estas fases, mostrándolas en un esquema gráfico y explicándolas a través de una relación escrita.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Fase 1: Preparación de la madera

La madera, principal materia prima para la fabricacion de la celulosa, llega a las planta generalmente en forma de troncos de dimensiones estandarizadas, denominados rollizos. En menor medida también se utilizan astillas de aserradero u otra procedencia previamente certificada. El proceso se inicia cuando los rollizos de madera son cargados en los descortezadores, que son tambores rotatorios de grandes dimensiones que giran a una velocidad predeterminada o que giran a una cierta velocidad. La corteza no se desperdicia, sino que es llevada a través de una cinta transportadora para ser quemada en una caldera, denominada caldera de biomasa. Los troncos descortezados son transformados en astillas (chips), las cuales luego de ser acopiadas para su homogenización en grandes pilas, pasan a continuación por un proceso de clasificación por tamaño. Los chips de tamaño normal continúan a la fase siguiente, los de gran tamaño son devueltos para ser astillados nuevamente y los finos convergen junto con la corteza a la caldera de biomasa, donde son quemados para generar vapor, el cual se usa para producir energía eléctrica.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Fase 2: Cocción

Las astillas procedentes de la pila de acopio son conducidas hacia la tolva de astillas, donde son impregnadas con vapor de agua para eliminar su contenido de aire. Para asegurar una mayor uniformidad de la cocción en el digestor, las astillas pasan por un tanque a alta presión donde son pre-impregnadas con Licor Blanco. En el digestor, las astillas son literalmente cocidas con una sustancia denominada Licor Blanco, a alta temperatura y presión. El Licor Blanco es una solución acuosa compuesta por sulfuro de sodio (Na2S) e hidróxido de sodio (NaOH). Su función es romper las uniones de lignina y liberar las fibras de celulosa. Físicamente, el digestor continuo es un gran estanque cilíndrico de varias secciones, con una red de tuberías a través de las cuales se le adicionan o extraen los líquidos de cocción. Tiene un eje vertical para revolver la mezcla y tuberías y harneros para drenar la celulosa. El rango de temperatura de cocción varía entre 130ºC y 170°C, siendo más alta en la parte superior del digestor (etapa inicial). En la medida que las astillas avanzan hacia abajo en el digestor, se van transformando en pasta de celulosa. Esto explica porqué el proceso de cocción opera en forma continua. Al final de la cocción, además de la pasta de celulosa, se genera un residuo denominado Licor Negro, que está compuesto por el Licor Blanco mezclado con la lignina y otras sustancias de la madera. Este Licor Negro es recuperado para ser procesado en otro sector de la planta de celulosa denominado Sistema de Recuperación de Productos Químicos y Energía. Este importante proceso permite la recuperación de productos químicos valiosos. En la práctica, sólo un porcentaje muy minoritario de los residuos sólidos del digestor debe ser enterrado en los vertederos (áreas de disposición controlada, con fondo y paredes impermeabilizadas). Al llegar a la parte inferior del digestor, la pasta de celulosa es sometida a un lavado a altas temperaturas, donde flujos de agua en contracorriente le van eliminando el Licor Negro. Luego, la pasta pasa por un estanque de soplado, cuya función es reducir bruscamente la presión, con el objeto de liberar las fibras que aún permanecen compactas. El proceso de soplado se realiza a menores temperaturas; para ello se inyecta agua fría a la pasta, con el fin de bajar su temperatura al rango 75-80° C. La pasta de celulosa que sale del digestor es lavada y clasificada a través de varios filtros. Los nudos de la madera y otros chips que no pasan por los filtros son enviados de vuelta al digestor. La pasta filtrada y lavada por segunda vez constituye lo que se denomina celulosa cruda o celulosa sin blanquear, en la forma de una suspensión de fibras en agua. Esta pasta de celulosa tiene aún un contenido importante de lignina, que le da una tonalidad de color café. La celulosa cruda es el principal insumo en la producción de los papeles y cartones de color café que se usan para embalaje o para producir envases como los sacos, saquitos y cajas de cartón corrugado.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Fase 3: Blanqueo ECF

Dado que la celulosa es el principal insumo en la producción de papeles blancos, es necesario someter a la pulpa química a un tratamiento con productos químicos en orden a extraer el remanente de lignina, resinas, iones metálicos y otras sustancias que podrían afectar el proceso de producción del papel. Diferentes productos químicos, como el dióxido de cloro, el oxígeno y el peróxido de hidrógeno (H2O2-agua oxigenada) son agregados en forma secuencial a la pasta de celulosa para blanquearla extrayéndole la lignina. De esta manera, los consumidores de celulosa reciben un producto que les permite producir papeles con los atributos requeridos de blancura y brillo, los que además no decaen significativamente con el paso del tiempo. Los productos químicos actualmente en uso en esta fase del proceso han sustituido a otros que fueron eliminados, por cuanto se demostró que generaban componentes nocivos para el medio ambiente. El proceso de blanqueo significa, necesariamente, una reducción de rendimiento de la madera, medido en m³ de madera por tonelada de celulosa; por cuanto se elimina una parte importante de la lignina que aún permanece en la pasta café y además, una parte de las fibras de celulosa se degradan debido a los agentes químicos que intervienen en el proceso. Normalmente, en todo el proceso de blanqueo se pierde entre un 5% y 9% de la pasta café, para alcanzar blancura estándar de 89% a 91%, según la norma ISO-2470 (International Organization for Standardization). Las plantas de celulosa modernas -como las de Empresas CMPC- han incorporado en forma previa a las distintas etapas que componen el proceso de blanqueo, una etapa denominada deslignificación con oxígeno, que como su nombre lo indica, consiste en aplicar altas dosis de oxígeno a la pasta café para producir la oxidación de la lignina. Esta reacción química se realiza en un estanque presurizado, a elevadas temperaturas y en un medio alcalino (pH 10). Esta etapa tiene dos importantes beneficios: se reduce sustancialmente el consumo de químicos en las etapas posteriores de blanqueo y además, permite que la lignina removida en la primera estación de lavado pueda ser reprocesada en el Sistema de Recuperación de Productos Químicos y Energía. El blanqueo de la celulosa continúa agregando en sucesivas etapas distintos productos químicos que oxidan o modifican la estructura molecular de la lignina y otros elementos presentes en la pasta de celulosa cruda, facilitando su disolución y posterior extracción. La pasta es lavada al final de cada etapa para remover los materiales orgánicos solubles. Estas reacciones químicas se realizan en estanques a alta temperatura y en un ambiente ácido (pH < 4). Dado que en este proceso se generan algunos componentes orgánicos que no son solubles en un ambiente ácido, es necesario intercalar etapas en las que se utilizan productos químicos que generan un medio alcalino, de tal forma de poder extraer estos componentes en la estación de lavado. La pasta resultante, prácticamente libre de lignina, puede ser secada para obtener la celulosa blanca Kraft. A través de los avances recientes, los niveles de residuos en los efluentes líquidos de las plantas de celulosa han bajado continuamente. El residuo líquido procedente de la planta de blanqueo, es conducido a las plantas de tratamiento, con el objeto de ser purificado, eliminando todas las sustancias nocivas para el medio ambiente antes de devolverlo a los ríos. El proceso de blanqueo ECF (Elemental Chlorine Free), basado en dióxido de cloro, se ha impuesto largamente en la industria de la celulosa como el más aceptado, en reemplazo de las antiguas plantas de blanqueo basado en cloro elemental.

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Blanqueo TCF En un esfuerzo por eliminar totalmente los componentes órgano clorados del efluente se desarrolló un método alternativo de blanqueo de la celulosa, conocido por sus siglas en ingles TCF, que no usa ningún agente blanqueador que contenga cloro ni derivados de éste. No obstante, esta tecnología no logró diferenciarse de la ECF, por cuanto existe evidencia científica contundente que demuestra que los efluentes debidamente tratados con ambos métodos de blanqueo prácticamente están libres de contaminantes. En particular, las rigurosas mediciones realizadas no detectan la presencia de dioxinas ni furanos. Si bien el blanqueo TCF reduce la presión sobre las plantas de tratamiento del efluente, involucra inversiones mayores que el blanqueo ECF, debido a lo específico de los equipos requeridos. Además tiene varios inconvenientes técnicos que no han sido resueltos: Consume más madera por tonelada de celulosa y para lograr la blancura estándar se sacrifica un porcentaje significativo de sus parámetros de resistencia a la tracción, característica necesaria en la Celulosa. Tanto la Comisión Europea como la EPA (Environmental Protection Agency) de Estados Unidos, han incluido la tecnología de blanqueo ECF con sus correspondientes tratamientos de efluentes dentro de las denominadas Best Available Techniques (BAT) en la industria de la celulosa y el papel. En la práctica, la gran mayoría de las nuevas plantas de celulosa que se han instalado en los últimos 10 años usan el proceso ECF. Especial mención merece la Planta de celulosa Stendal, inaugurada a fines del año 2004 en Alemania, a 100 km. de Berlín. El proyecto de construcción de esta Planta se comenzó a gestar en el año 2000 y originalmente contemplaba producir sólo celulosa TCF, pero al momento de concretar el proyecto se decidió que ella tuviera la posibilidad de operar alternativamente con ambos métodos de blanqueo. Dados los argumentos recién expuestos, hoy produce sólo celulosa ECF.

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Fase 4: Secado y embalado

La pasta procedente de la planta de blanqueo es preparada para su secado. El porcentaje de fibras contenidas en la pasta a la entrada de la máquina secadora (consistencia inicial), es de aproximadamente 1% a 2%, es decir, la pasta tiene un gran contenido de agua. Desde la caja de entrada a esta máquina, la pasta es distribuida uniformemente sobre el fourdrinier o mesa formadora de la hoja. Este equipo es accionado por varios rodillos que sacan el agua de la pasta por gravedad y cajas de succión conectadas a bombas de vacío, dándole la forma de una lámina. La lámina, que a estas alturas posee una consistencia de aproximadamente un 46%, entra a los pre-secadores, grandes cilindros en cuyo interior circula vapor a altas temperaturas. Luego pasa a los secadores principales, que por dentro están equipados de diversos rodillos calientes que conducen la lámina a través de calentadores por convección y radiadores infrarrojos. Este sistema de rodillos secadores se puede sustituir por un sistema de secado con aire caliente, donde la hoja de celulosa pasa libre a través de corrientes de aire caliente seco para eliminar el agua. A la salida de esta área, la lámina posee una consistencia de 87% a 92% seco. Después, esta lámina pasa por la unidad cortadora, que la deja en forma de pliegos, los que se apilan, se prensan y se embalan en una unidad denominada fardo, con un peso de 250 kg. Finalmente agrupando ocho fardos en dos columnas de cuatro se forman los units, los que se pesan antes de almacenarlos en las bodegas. También existe la posibilidad de bobinar la lámina de celulosa (celulosa en rollos), en cuyo caso se prescinde de su paso por la cortadora.

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Fase 5: Recuperación y energía

En CMPC, al igual que en todas las modernas plantas de celulosa en el mundo, el proceso de producción está diseñado y programado para la recuperación y reutilización de los distintos componentes que intervienen en las cuatro primeras fases, estructurándose así un sistema de autoalimentación para el funcionamiento de la planta industrial en su conjunto. Así, la Fase Recuperación de Productos Químicos y Energía, si bien no se relaciona directamente con la celulosa en sí, contribuye a su proceso de producción a través de la generación de energía y la recuperación de los productos químicos que la planta requiere. Cortezas de rollizos, aserrines y astillas subdimensionadas, son transportados a las calderas de poder para ser aprovechados como combustible y generar vapor. El Licor Negro proveniente del digestor, generalmente con una concentración de sólidos del 15 al 18% sigue un proceso de concentración mediante evaporadores de múltiples efectos. Además de extraer el agua del Licor Negro, se retiran de la mezcla algunos componentes sulfurados disueltos, denominados TRS. También se extrae el metanol, el “tall oil” y la trementina, los cuales después son condensados, tratados y recuperados para su comercialización posterior, o son destinados para otros usos en la misma planta. Una vez que ha sido concentrado y depurado, el Licor Negro entra a la caldera recuperadora con una consistencia sobre 75%, donde se quema la parte orgánica (lignina y otros compuestos de la madera) liberando su energía en el proceso de combustión, la que se aprovecha produciendo vapor. El vapor generado tanto en la caldera recuperadora como en las calderas de poder es conducido hacia un turbo generador, a través del cual se genera energía eléctrica para los procesos de la planta industrial o para su venta al Sistema Interconectado Central; luego, el vapor -a más baja presión y temperatura- es usado en la calefacción de diferentes procesos dentro de la planta. La parte inorgánica y las sales minerales (cenizas), se recuperan después del proceso de combustión. Los principales compuestos químicos de las cenizas son el sulfuro de sodio (Na2S) y el carbonato de sodio (Na2CO3). Estas cenizas son disueltas en agua y se forma el denominado Licor Verde. Este Licor Verde es sometido después al proceso de caustificación, el cual en esencia consiste en adicionarle cal viva (CaO) y por medio de varias reacciones químicas y filtros, se producen dos compuestos químicos: Licor Blanco (Na 2S + NaOH) que es almacenado en estanques para ser reutilizado en la fase de cocción y cal apagada o caliza (CaCO3) en forma de lodos, a los cuales se les extrae la humedad y son calcinados en hornos especiales, denominados Hornos de Cal, para producir nuevamente la cal viva requerida en este proceso de caustificación.

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Fase 6: Tratamiento de efluentes

Los residuos líquidos provenientes de las distintas fases del proceso de producción deben ser purificados en plantas de tratamiento, con el propósito de eliminar todas las sustancias que puedan producir un impacto adverso en el medio ambiente, antes de devolver el efluente a los ríos. Es un hecho científicamente demostrado que la naturaleza tiene la capacidad de autodepurarse. En consecuencia, dependiendo de las características y el caudal del curso de agua al cual se evacua el efluente tratado, las plantas de celulosa en todo el mundo deben cumplir ciertos estándares específicos de emisión de materiales en su efluente. Entre otros, se debe medir el contenido de químicos y materia orgánica residual con los parámetros del efluente medidos universalmente para acreditar su calidad. El proceso de purificación del efluente se desarrolla sometiéndolo a una serie de tratamientos en forma secuencial: Tratamiento Primario Los tratamientos primarios son operaciones físicas que tienen por objetivo principal remover los sólidos suspendidos y material no disuelto (ej.: grasas, fibras, etc). Esta operación se realiza en depósitos denominados clarificadores primarios. El agua residual permanece en el clarificador durante varias horas. Esto hace posible que la gravedad actúe sobre las partículas suspendidas. Las partículas más pesadas que el agua se hunden hacia el fondo del clarificador formando el lodo primario. Este lodo se elimina y bombea hacia el manejo de sólidos. El material que no se sedimenta ni tampoco flota rebalsa del clarificador y circula hacia el tratamiento secundario. El rebalse del clarificador primario se denomina efluente primario o clarificado. Tratamiento secundario El objetivo central de un tratamiento secundario es reducir la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO, también conocida como Demanda Biológica de Oxígeno) del agua residual mediante un proceso biológico, es decir, disminuyendo el contenido orgánico del agua. Para cumplir este propósito, los microorganismos utilizan la materia orgánica biodegradable como fuente de nutrientes y energía para su propia propagación (biomasa) y mantención, produciendo compuestos inocuos y/o utilizables (agua, gases, materia celular). Este proceso es estimulado, aumentando el número de microorganismos encargados de la descomposición de la materia orgánica y generando las condiciones ambientales ideales para su crecimiento, tales como, oxígeno, pH, temperatura, nutrientes. El tratamiento secundario consiste en una unidad constructiva conformada por dos Reactores con película biológica de cama móvil (MBBR) y un estanque de Lodos Activados (AST). En términos generales, es un proceso de tratamiento biológico aeróbico efectuado por biomasa adherida a un soporte (MBBR) y biomasa suspendida (AST) que recibe el nombre de Biofilm Activated sludge (BAS) o Biopelícula de Lodos Activados. Los procesos aeróbicos son aquellos que se realizan en presencia de Oxígeno y son muy eficientes; funcionan en ciclos relativamente sencillos, con una amplia gama de sustancias posibles de degradar. Posteriormente, los sólidos junto con las fibras son prensados para retirarles el agua sobrante y depositarlos en vertederos especialmente habilitados (Áreas de Disposición Controlada), o alternativamente quemarlos en calderas de poder. Una vez retirados estos sólidos suspendidos, el efluente continúa hacia una etapa de neutralización, donde se le agregan aditivos químicos neutralizantes para que los residuos finales no sean ácidos ni alcalinos.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Fase 7: Control de emisiones aéreas y de olor

Las emisiones aéreas son monitoreadas y controladas rigurosamente para evitar la descarga hacia la atmósfera de sustancias dañinas para el medio ambiente o los seres vivos. Las fuentes fijas más importantes en una planta de celulosa y sus correspondientes equipos para el abatimiento de emisiones son las siguientes: Caldera Recuperadora: Es la principal fuente de emisiones aéreas de la planta. Como ya se indicó, esta caldera es alimentada con Licor Negro concentrado. Aproximadamente un tercio del peso seco de esta sustancia son químicos inorgánicos, de los cuales se recupera el sulfuro de sodio (Na2S), el carbonato de sodio (Na2CO3), el sulfato de sodio (Na2SO4 ) y sal (NaCl). El resto son sustancias orgánicas disueltas. Al interior de esta caldera, que opera en torno a los 1.000 °C, se producen una serie de reacciones químicas que liberan compuestos gaseosos, algunos de los cuales deben ser eliminados o tratados con el objeto de mitigar su impacto en la calidad del aire. Debido a la gran cantidad de variables que intervienen en el proceso, se dispone de sofisticados sistemas de control computarizado que permiten una óptima operación de la caldera. El principal compuesto gaseoso que se produce en la caldera recuperadora es el Dióxido de Azufre (SO2). Para reducir su emisión se opera con licor negro a elevada concentración, lo cual aumenta la temperatura de combustión en la caldera. En estas condiciones, el sodio en fase gas reacciona con el dióxido de azufre en presencia de oxígeno, produciendo sulfato de sodio (Na2SO4) y por lo tanto, disminuyendo la generación de SO2. La caldera recuperadora emite además material particulado (principalmente Na2SO4), Óxidos de Nitrógeno (NOx) y Sulfuro de Hidrógeno (H2S), este último es uno de los responsables del olor característico de las plantas de celulosa Kraft. Se han incorporado una serie de mejoras y equipos auxiliares en las calderas recuperadoras con el objeto de reducir sustancialmente estas emisiones. Se adicionaron lavadores (depuradores) de gases, que retiran el remanente de SO2 y parte del material particulado. El SO2 reacciona con el licor de lavado formando Na2SO3 y algo de Na2SO4 en solución, la cual es reciclada en el proceso para la preparación del Licor Blanco. También existen los precipitadores electrostáticos, equipos muy eficientes en los cuales prácticamente todo (99,9%) el material particulado es ionizado y removido en unos electrodos suspendidos. Finalmente se han realizado mejoras en el diseño de estas calderas hasta llegar a las denominadas “calderas de bajo olor”. Básicamente son equipos que permiten regular la concentración del Licor Negro y las entradas de aire para la combustión, de forma tal de minimizar la emisión no sólo de SO2, como ya se explicó, sino también de H2S. La formación de NOx en la caldera recuperadora está principalmente influenciada por el contenido de Nitrógeno en el Licor Negro y por un exceso de Oxígeno en la combustión. Para lograr una eficiente recuperación de los productos químicos, esta caldera opera con bajas concentraciones de Oxígeno y en consecuencia, las emisiones de NOx son muy bajas. Ellas son reducidas aún más en las calderas modernas, que disponen de sistemas de alimentación de aire modificados y que optimizan las condiciones de combustión con la ayuda de sistemas de control computarizado.

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http://www.imaginativos.cl/cmpc2/celulosa/08_fase_7.html Horno de Cal: Los hornos de cal son alimentados con lodos debidamente lavados, provenientes del proceso de caustificación. Ellos contienen, entre otros elementos químicos, la cal apagada o caliza (CaCO3). Estos lodos son calcinados a alta temperatura para convertir la caliza en óxido de Calcio (CaO).

Esta reacción tiene lugar físicamente en un horno rotatorio cilíndrico donde los lodos son secados y calentados hasta alcanzar la temperatura de reacción, calcinados y enfriados nuevamente. La reacción de calcinación comienza a los 800°C y para completar la reacción se requieren temperaturas de hasta 1.000°C a 1.100°C en el lado más caliente del horno. El enfriamiento se logra usando intercambiadores de calor con flujo de aire. Las principales emisiones aéreas de un horno de cal son el Dióxido de Azufre (SO2), Óxidos de Nitrógeno (NOx), otros gases sulfurados (TRS) y material particulado. El Dióxido de Azufre se genera en el horno de cal principalmente por el azufre contenido en el combustible empleado para calentar el horno. Los lodos que alimentan el horno hacen un aporte marginal en contenido de azufre, ya que ellos son previamente lavados con sistemas de clarificadores o filtros de prensas para recuperar la mayor parte de los compuestos que contienen azufre, los cuales son reutilizados en el proceso. Además de la solución evidente de utilizar combustibles con bajo contenido de azufre, es importante señalar que el horno de cal tiene la capacidad para reducir la emisión de SO2, en base al Carbonato de Sodio (Na2CO3) presente en los lodos de alimentación. La emisión de gases sulfurados (TRS), principalmente Sulfuro de Hidrógeno (H2S), desde el horno de cal es relativamente baja. El principal responsable de su generación es la presencia de Sulfuro de Sodio (Na2S) en los lodos de alimentación, el cual reacciona con el CO2 y el vapor de agua, para formar el sulfuro de hidrógeno y carbonato de sodio. Por esta razón, los lodos son lavados y filtrados previos a su ingreso al horno de cal con el propósito de extraerles el Sulfuro de Sodio, un insumo valioso del proceso de cocción de la pulpa. Esta depuración básicamente busca oxidar el Na2S, transformándolo en Tiosulfato de Sodio (Na2S2O3), una sustancia no tóxica. La emisión de material particulado se minimiza en virtud de los sistemas de control que poseen los modernos hornos de cal de CMPC, además de equipos adicionales, como lavadores de gases (scrubbers) y precipitadores electroestáticos. Calderas de Biomasa: Como ya se explicó, estas calderas son alimentadas con cortezas, astillas y otros desechos forestales generados tanto en la misma planta de celulosa como en las faenas forestales. Dada la naturaleza de estos materiales, estas calderas son neutras desde el punto de vista de la emisión de gases con efecto invernadero. La única emisión que es necesario controlar es la de partículas, lo que se logra mediante precipitadores electrostáticos más un adecuado manejo de las condiciones de combustión. Gases TRS: Proviene del término en inglés Total Reduced Sulfur. Bajo este nombre se agrupan un conjunto de compuestos que se generan en el proceso de producción de celulosa, los más importantes son el Sulfuro de Hidrógeno (H2S), los mercaptanos (CH3SH), el dimetil-sulfito (CH3SCH3) y el dimetil disulfuro (CH3SSCH3). También se les conoce como gases malolientes, ya que el olfato humano es capaz de detectarlos aún en concentraciones tan bajas como 1µg/l. (esto es, 10 elevado a -6 g/l). En particular, el umbral de percepción del H2S es de 0,0047 partes por millón (ppm) (esto es, 0,0047 miligramos por kilo de solución).

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Fase 8: Manejo de residuos sólidos

Esquema de vertedero industrial o ADC.

Los residuos sólidos están constituidos por un grupo heterogéneo de materiales producidos en la planta de celulosa, los cuales no pueden ser vendidos a terceros, reutilizados o incinerados. Todos estos residuos son derivados a instalaciones denominadas Áreas de Disposición Controlada (ADC), las cuales según el tipo de residuo que se trate, se localizan en la misma planta o son administradas por terceros fuera de ella. El volumen de residuos sólidos generados es muy bajo. Mediciones internacionales indican que el 50% más eficiente de la industria mundial, segmento en el que se inscriben las plantas de CMPC, genera menos de 25 kilos por tonelada de celulosa producida. Los materiales involucrados son residuos del proceso de caustificación conocidos por sus nombres en inglés: dregs y grits; cenizas, arena, lodos de los tratamientos de efluentes y un grupo misceláneo de residuos (materiales de construcción, metales, y basura en general). La mayor parte de estos residuos, todos ellos considerados en la categoría de residuos no peligrosos, son dispuestos en las ADC de las fábricas, las cuales reúnen las condiciones necesarias para mantener un completo resguardo de posibles filtraciones a las napas subterráneas, además del correspondiente monitoreo de estas napas. La construcción de un vertedero industrial o ADC no es un hecho trivial, sino una compleja obra de ingeniería que debe ser adecuadamente diseñada y planificada, de modo que constituya una solución técnica y económicamente viable, capaz de eliminar o mitigar los impactos negativos que pudiera generar sobre su entorno. Ellas cubren un área relativamente grande (entre 5 a 10 há) y están diseñadas para ir acumulando estos desechos por un largo período de tiempo, es decir, tiene una larga vida útil.

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http://www.imaginativos.cl/cmpc2/celulosa/09_fase_8.html Los desechos industriales que se depositan en las ADC de las plantas contienen tanto elementos orgánicos como inorgánicos, además de una inevitable cantidad de líquido. Las ADC además están expuestas a la lluvia, que percola (se filtra) a través de estos desechos. Para evitar que los lixiviados (líquidos que percolan o drenan a través de los residuos, conteniendo componentes solubles y material en suspensión) contaminen las napas de aguas subterráneas, las ADC son diseñadas con una base impermeable (membranas), compuesta por varias capas de distintos materiales, la cual cuenta además con una red de tuberías que colectan estos líquidos para ser procesados en la planta de tratamiento de efluentes. De igual manera, en su diseño se toman en cuenta aspectos topográficos y se incluyen protecciones laterales (canaletas) adecuadas, para evitar que las aguas lluvias de las áreas circundantes escurran hacia la ADC. Como medida de control, las ADC disponen de un sistema de monitoreo de la calidad del agua en las napas subterráneas para intervenir de inmediato en caso de detectarse algún problema. El material orgánico presente en estos residuos experimenta una descomposición anaeróbica producida por microorganismos, la cual genera metano, un biogás. Por esta razón las ADC deben disponer de chimeneas para evacuar este gas y eventualmente quemarlo, que es la forma más ambientalmente segura para su eliminación.

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Proceso Productivo Celulosa Kraft

Fase 9: Monitoreo de condiciones ambientales Las plantas de celulosa de CMPC están equipadas con todas las tecnologías que aseguran la minimización y el adecuado control de los impactos ambientales adversos de sus operaciones. Para asegurar su adecuado desempeño, se realiza también un monitoreo periódico de las características ambientales de los cursos de agua que reciben los efluentes; del aire, que recibe las emisiones y de las aguas subterráneas, por su relación con las Áreas de Disposición Controlada de Residuos Sólidos. Todas las plantas de celulosa de CMPC están situadas en la cuenca hidrográfica del Río Bío-Bío. En su calidad de usuario importante de esta cuenca, la empresa participa, junto a otras compañías y a la Universidad de Concepción, en el Programa de Monitoreo de la Calidad del Agua del Sistema Río Bío-Bío desde el año 1994 hasta la fecha. Además de lo anterior, cada una de las plantas ha instalado Estaciones de Monitoreo de la Calidad del Aire en las zonas urbanas próximas a sus instalaciones, las cuales miden constantemente las concentraciones de SO2, NOx, TRS, CO, Ozono y MP10 en el ambiente. También se realiza un monitoreo periódico de la calidad de las aguas subterráneas, como medida de prevención de accidentes relacionados tanto con la operación de las ADC como con el proceso de producción mismo. Adicionalmente las plantas de celulosa de CMPC disponen de un Sistema de Gestión Ambiental en conformidad con la norma internacional ISO 14001, en el marco de la cual se realizan auditorías periódicas a su accionar ambiental.

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Proceso Productivo Pulpa Mecánica

Los procesos de producción de celulosa que operan mediante la acción mecánica se clasifican básicamente en dos categorías: Aquéllos que usan como insumo directamente rollizos de madera descortezados: Este es el caso de la pulpa mecánica tradicional (Stone GroundWood, SGW), el método más antiguo de producción de celulosa, que comenzó a utilizarse en 1840 y su variante más moderna, la pulpa mecánica presurizada (Pressurized Groundwood, PGW). En estos procesos, los rollizos de madera son presionados contra un cilindro de piedra recubierto con una sustancia abrasiva, el cual gira a gran velocidad, actuando como una lima. La fricción del cilindro contra los rollizos produce el aumento de la temperatura, que permite separar las fibras. Los rollizos son presionados contra este cilindro ya sea por su propio peso y cadenas alimentadoras (en el caso de la SGW), o mediante pistones hidráulicos en cámaras presurizadas (PGW). Regaderas de agua caliente a 75-100ºC, en algunos casos a presión, limpian las fibras removiéndolas del cilindro para que caigan a una cuba desde donde son llevadas al proceso de clasificación. El consumo específico de energía en estos procesos es alto, entre 1.600 a 1.900 kWh/ton de pulpa. Lo normal es que esta pulpa fluya directamente para alimentar a una máquina papelera conectada en línea. El rendimiento de estos procesos es alto, ubicándose en el rango 94-97%, medido como toneladas de pulpa seca respecto a toneladas de madera seca alimentada. Esto significa que la pulpa producida retiene aún muchos de los componentes químicos de la madera, incluyendo lignina, hemicelulosas, resinas y otros. Así, los papeles producidos a partir de esta pulpa tienden a decolorarse cuando son expuestos a la luz, el calor o simplemente, con el paso del tiempo. Este fenómeno, conocido como “reversión de blancura”, puede comprobarse exponiendo un periódico a la luz del sol. La lignina presente en las hojas hará que se torne amarillo.

Stone Groundwood (SGW)

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Pressurized Groundwood (PGW).

Los papeles producidos en base a estas pulpas tienen características especialmente ventajosas para ciertos tipos de impresión, como periódicos y guías telefónicas. Dada la naturaleza de estos procesos, sin embargo, es inevitable que se produzca algún daño a las fibras, con lo cual los atributos de resistencia de estos papeles son bajos. Aquéllos que usan como insumo astillas de madera:

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http://www.imaginativos.cl/cmpc2/celulosa/10.html Dentro de esta categoría están, en orden cronológico, la pulpa mecánica refinada (Refiner Mechanical Pulp, RMP), desarrollada a fines de los ‘50s y la pulpa termomecánica (ThermoMechanical Pulp, TMP), desarrollada a principios de los ‘70s. En ambos casos, las astillas son desfibradas mediante un proceso de refinación, normalmente a un 30% de consistencia, es decir, en una mezcla que contiene un 30% en peso de fibra y un 70% en agua. La refinación se produce introduciendo las astillas a presión a una zona entre dos discos que rotan en direcciones opuestas a muy corta distancia. La acción de una serie de ranuras y barras sobre la superficie de estos discos separa las fibras. Se pueden utilizar entre una y tres estaciones de refinado en serie. La primera estación de refinado es presurizada, pero la segunda y tercera pueden operar a presión atmosférica. Después de la última estación de refinado, la pasta pasa por un proceso de clasificación y normalmente es alimentada en forma directa a la máquina papelera. Las fibras son mucho menos dañadas que en el caso anterior, tienen en promedio una mayor longitud y exhiben en consecuencia, mucho mejores atributos de resistencia. La principal novedad que introdujo el proceso TMP con respecto al RMP es la incorporación de una etapa inicial de ablandamiento de las astillas, impregnándolas y calentándolas con vapor antes de la refinación. De esta manera, se facilita la separación de la celulosa y se reduce el daño a las fibras. Ambos tipos de proceso también están dentro del segmento de las pulpas de “alto rendimiento”, siendo éste de 95% a 97% en el caso de la RMP y 93% a 97% en el caso de la TMP. El consumo de energía de estos procesos, no obstante, es sustancialmente mayor que en la categoría anterior de pulpas mecánicas y oscila, dependiendo del papel que se vaya a producir con ella, entre 1.650-3.200 kWh/ton de pulpa.

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Proceso Productivo Pulpa CTMP

En 1978 comenzó a operar la primera planta que utilizó el proceso Quimio-Termo-Mecánico para la producción de celulosa (Chemi Termo Mechanical Pulp - CTMP). Este proceso combina la acción de reactivos químicos con medios mecánicos para separar la celulosa de los demás componentes de la madera. Específicamente incorpora en el proceso TMP una estación de impregnación química intermedia entre la fase de impregnación con vapor y la unidad de precalentamiento de la pasta. Las astillas son alimentadas por medio de una prensa de tornillo en esta estación, donde son impregnadas con una solución de Sulfato de Sodio (Na2CO3), para ayudar a la separación de las fibras en la batería de refinadores. Así es posible remover los extractivos de la madera y abrir la estructura de las astillas a la impregnación, permitiéndoles expandirse en la solución de Na2CO3. El rendimiento de este proceso es levemente inferior a los anteriores -90% a 95%- y el consumo de energía por tonelada de pulpa CTMP está entre 1.500 a 2.500 kWh. Debido a que conservan un porcentaje importante de lignina, estas pulpas experimentan el fenómeno de reversión de blancura con el paso del tiempo o cuando son expuestas a la luz. La incorporación de una etapa de blanqueo con Peróxido de Hidrógeno (H2O2) permite mejorar la blancura, pero en general, no alcanzan la blancura estándar de la celulosa Kraft blanqueada y sólo mitigan, sin eliminar, la reversión de blancura. Estas pulpas reúnen un conjunto de atributos que les permite ser utilizadas en la producción de papel periódico, cartulina, papeles tissue, celulosa fluff para pañales y algunos tipos de papeles de impresión y escritura. Evidentemente, al incorporar una etapa de blanqueo, el rendimiento del proceso baja, ubicándose en el rango 80% a 90%.

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La Celulosa en Chile

Chile es un productor y exportador de celulosa de clase mundial En Chile, las condiciones de clima, suelo y pluviometría –favorables al desarrollo de variadas especies forestales–, unidas al esfuerzo de los sectores público y privado, han permitido en las últimas tres décadas la creación de una considerable masa forestal en la zona sur del país, que es la base para una de las industrias locales más dinámicas. Cerca de un 45% de la superficie continental de Chile es apta para la actividad forestal. En la actualidad, un 21% de la superficie del país está cubierta por bosques. De este porcentaje, un 18% corresponde a bosques naturales, la mayoría de los cuales están bajo protección en el marco del Sistema Nacional de Áreas Silvestres del Estado (SNASPE), entre otros. El 3% restante corresponde a bosques cultivados, plantados por el hombre.

Son estas plantaciones, que cubren unos 2,3 millones de hectáreas, las que actualmente sustentan la actividad forestal nacional, incluida la industria de la celulosa. Esta industria comenzó su desarrollo hace 50 años, en base al pino radiata. No obstante, en los últimos años se ha incorporado en forma creciente la madera de eucalipto como materia prima para la fabricación de celulosa. Desde el punto de vista de la demanda, la celulosa de eucalipto reúne una serie de atributos que la transforman en la materia prima ideal para la producción de papeles tissue de alta calidad y papeles finos para impresión y escritura. Estos mismos atributos hacen que la celulosa de eucalipto se incorpore también en la producción de cartulina, la cual se utiliza para la fabricación de envases de productos de consumo masivo, donde la calidad de impresión es un requisito fundamental para destacar la marca y las características del producto envasado. Desde el punto de vista de la oferta, la superficie plantada con bosques de eucalipto se ha expandido a una tasa de un 10% anual en los últimos 10 años, fundamentalmente porque tienen una rotación menor que las plantaciones de pino, alcanzando la edad de cosecha entre los 12-18 años. En Chile existen, actualmente, doce plantas de celulosa que operan un total de 17 líneas de producción. De éstas, 11 líneas de producción fabrican celulosa Kraft y el resto produce pulpa mecánica. En total, en el año 2008 se produjeron en Chile 4,94 millones de toneladas de celulosa. Existen 4 plantas en Chile que producen unas 500 mil toneladas por año de pulpa mecánica en base a pino radiata y eucalipto. La pulpa mecánica no se vende a terceros. Se trata de plantas totalmente integradas que la utilizan para fabricar una amplia gama de productos, como el papel para periódicos, otros papeles de impresión y escritura, y cartulinas. En contraste, la celulosa Kraft en sus dos variedades, cruda y blanqueada, tiene como principal destino el mercado externo. De los 4,44 millones de toneladas producidas en el año 2008, sólo unas 300 mil toneladas fueron consumidas en Chile por las filiales papeleras de las compañías productoras o por empresas independientes. A nivel mundial, Chile fue el cuarto mayor exportador de celulosa en el año 2008. Las empresas chilenas exportaron 4,06 millones de toneladas de celulosa, por un valor FOB de US$ 2.626 millones. Excluyendo las exportaciones de cobre y molibdeno, que ese año alcanzaron la cifra récord de US$ 41.000 millones (60% del valor FOB total exportado por Chile), la industria de la celulosa, sustentada en un recurso natural renovable, posicionó a este producto como el segundo en importancia, representando un 3,8% del valor total de las exportaciones chilenas.

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Plantas CMPC

Presione sobre las regiones destacadas y encontrará la ubicación de las Plantas CMPC.

Produciendo con Calidad y Protegiendo el Medio Ambiente En la provincia de Bío Bío, en la histórica Planta Laja, que inició en forma pionera en Chile la producción de celulosa en 1959, se producen 220.000 toneladas anuales de celulosa fibra larga en base a madera de pino radiata, principalmente blanqueada, además de una producción menor de celulosa cruda. De éstas, unas 70 mil toneladas se consumen internamente en la misma Planta para la producción de papeles (gráficos y sack Kraft) y celulosa fluff en rollos.

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http://www.imaginativos.cl/cmpc2/celulosa/13.html La celulosa fluff se utiliza para la fabricación de productos absorbentes, tales como pañales desechables y toallas femeninas. Planta Laja cuenta con dos máquinas papeleras. En una de ellas se producen papeles Kraft de embalaje y papeles sackKraft de alta resistencia, que se utilizan para fabricar sacos que servirán de envases para una amplia gama de productos industriales, tales como: cemento, cal, yeso, productos químicos, granos y alimentos. La principal materia prima para la producción de estos papeles es la celulosa Kraft de fibra larga, sin blanquear. La segunda máquina produce papeles fotocopia y otros papeles finos de impresión y escritura, que se fabrican en base a una mezcla de celulosas Kraft blanqueadas de fibra larga y fibra corta.

Planta Laja.

Planta Santa Fe.

Planta Pacífico.

En Planta Pacífico, localizada a 30 kilómetros al norte de la ciudad de Angol, se producen 500.000 toneladas anuales de celulosa blanca de fibra larga, en base a madera de pino radiata. Esta planta comenzó a operar a principios de 1992 y está dotada de equipos de proceso, control y apoyo de alta tecnología. Tiene un moderno diseño y opera con elevados estándares de desempeño ambiental. En Nacimiento, Región del Bío-Bío, Planta Santa Fe produce 1 millón 160 mil toneladas anuales de celulosa blanca de fibra corta, en base a madera de eucalipto, principalmente de las especie globulus y nitens. Santa Fe comenzó a operar en mayo de 1991 y en el cuarto trimestre de 2006 puso en operación una segunda línea de producción de celulosa en base a eucalipto, que tiene una capacidad de diseño de 780 mil toneladas por año. Santa Fe es una de las plantas más modernas de celulosa del mundo. Inforsa S.A. y Cartulinas CMPC en sus plantas de Nacimiento, Maule y Valdivia producen pulpa mecánica. Estas son fábricas integradas, ya que toda la pulpa mecánica que ellas producen se utiliza para la fabricación de papel periódico, papeles de impresión y escritura y cartulina en las máquinas papeleras instaladas en estas mismas plantas. Ser un operador de clase mundial en el mercado de la celulosa significa ser un operador eficiente, con plantas de la escala y con la tecnología adecuadas, además de costos competitivos. Tener una cadena logística optimizada, desde el bosque hasta el cliente final, significa un servicio de despacho de excelencia. Tener un producto con atributos valorados por los clientes y siempre dentro de los estándares comprometidos, significa exhibir un impecable desempeño ambiental en sus operaciones. La industria chilena de la celulosa atiende una selecta cartera de clientes en Europa, Asia, América y Oceanía. Ellos utilizan la celulosa como materia prima para la fabricación de una amplia variedad de papeles y productos de papel. En la siguiente etapa de la cadena de valor, nuestros clientes a su vez deben atender a un vasto número de consumidores que exhiben una creciente sensibilidad al desempeño ambiental de los productores de los bienes que ellos adquieren. Además del irrestricto cumplimiento de la normativa ambiental aplicable a nuestras plantas industriales en Chile, satisfacer este requerimiento de los clientes de nuestros clientes es un imperativo para competir con éxito en los mercados internacionales. En una frase, el desempeño ambiental de la industria es parte del producto que se vende. Por ello, en cada etapa de los procesos de fabricación de la celulosa se aplican rigurosos sistemas de control. Las tres plantas de celulosa de CMPC están respaldadas por los Sistemas de Calidad ISO 9001, los Sistemas de Gestión Ambiental ISO 14001 y de Seguridad y Salud Ocupacional, Norma OHSAS 18001. También cuentan con Certificado Cadena de Custodia CERTFOR:2004, N° CL05/0003FC (SGS).

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Productos CMPC Cinco son los tipos de celulosa que produce CMPC en sus plantas de Laja, Pacífico y Santa Fe. • Celulosa Kraft cruda fibra larga, de pino radiata (UKP): Utilizada para la fabricación de papeles de embalaje de alta resistencia como el papel sack Kraft (destinado a sacos para el envasado de cemento y otros productos industriales). También se utiliza como insumo en la producción de estructuras de fibro cemento. • Celulosa Kraft blanca fibra larga, de pino radiata (BRKP): Utilizada en la producción de papeles de embalaje, cuyo principal atributo es la resistencia, y también como fibra de refuerzo en una amplia variedad de papeles. Permite así alcanzar los parámetros de resistencia deseados cuando se usa en combinación, por ejemplo, con un elevado porcentaje de fibras recicladas. • Celulosa fluff, de pino radiata: Para la fabricación de productos absorbentes, tales como pañales desechables y toallas femeninas. • Celulosa Kraft blanca fibra corta, de eucalipto (principalmente glóbulus) (BEKP): Destinada a la producción de papeles finos de escritura e imprenta y papeles tissue de alta calidad (papel higiénico, servilletas, pañuelos desechables). También se utiliza en combinación con otros tipos de celulosa en la fabricación de papeles para embalaje como la cartulina, por ejemplo, donde sus propiedades permiten formar un sustrato ideal para impresiones gráficas de alta calidad. • Pulpa mecánica de pino radiata (PM): Para la fabricación de cartulinas, en combinación con celulosa BEKP. • Pulpa termomecánica de pino radiata (TMP): Para la producción de papel periódico en combinación con celulosas BRKP y BEKP. • Pulpa termomecánica blanqueada de pino radiata (BTMP): Para la producción de cartulinas, en combinación con celulosa BEKP y TMP.

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Mercado y Comercialización

La producción de celulosa a nivel mundial alcanzó unos 201 millones de toneladas en el año 2007, de las cuales unos 54 millones de toneladas fueron comercializadas vía exportaciones y el resto (75% del total) fueron consumidas en el mismo país donde fueron producidas. La industria de la celulosa exhibe un alto grado de integración vertical, es decir, un porcentaje importante de la producción no llega al mercado para ser vendida en competencia entre los distintos productores, sino que es utilizada directamente en la producción de papeles y cartones, y otros productos finales. En el año 2007, alrededor de un 73% del total de la celulosa producida no llegó al mercado, siendo transformada en papeles y cartones, ya sea en la misma planta donde se fabricó o en una empresa filial de dicha fábrica. La celulosa cuyo destino es el de ser comercializada en el mercado se denomina genéricamente por la expresión en inglés “Market Pulp”. La celulosa se produce utilizando los recursos fibrosos disponibles en cada país. A nivel mundial, alrededor de un 90% de la celulosa se produce utilizando la madera como materia prima fibrosa. Sin embargo, en países como China o India, se utiliza un elevado porcentaje de fibras vegetales en su producción. El papel de desecho también es una importante fuente de materia prima fibrosa. La preocupación por el cuidado del medio ambiente y los desarrollos tecnológicos, han permitido recuperar eficientemente las fibras de celulosa y reutilizarlas en la producción de más papel. En el año 2007 se fabricaron en el mundo 400 millones de toneladas de papeles y cartones. Para producirlos se consumieron 205 millones de toneladas de papel recuperado y 201 millones de toneladas de celulosa virgen. Como es lógico, el comercio internacional de celulosa fluye desde los países que poseen un abundante recurso forestal, que supera sus necesidades domésticas, hacia los países que tienen un déficit. Destaca la importancia de China, país que absorbió el 18% del comercio mundial de celulosa en el año 2007.

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Comercialización de la celulosa Más de un 90% de las celulosas Kraft producidas en el país se destinan al mercado de exportación. Los principales países de destino para la celulosa chilena están localizados en los continentes de Asia, Europa y América. En el año 2008, las nuevas plantas de celulosa que iniciaron sus operaciones a fines del año 2006 alcanzaron la plena capacidad. De esta manera, Chile exporta una cantidad similar de celulosa Kraft blanqueada de fibra larga (BSKP), producida con pino radiata (47% del volumen total) y de celulosa Kraft blanqueada de fibra corta (BEKP) (45%), producida con eucaliptos; el 8% restante corresponde a exportaciones de celulosa Kraft de fibra larga, sin blanquear (UKP). Los diferentes tipos de pulpas mecánicas se consumen en las mismas plantas donde se producen, llegando al mercado en la forma de papeles y cartulinas. Hasta el año 2010 se realizarán sólo aumentos marginales de capacidad, manteniéndose la actual composición de las exportaciones de celulosa. Las exportaciones de celulosa constituyen el principal rubro de las exportaciones forestales nacionales, representando un 49% del valor total. Le siguen en importancia, la madera aserrada/cepillada de pino (12%); los papeles, cartulinas y productos de papel (11%); la madera en partículas (chips) (6%); la madera contrachapada de pino (6%); los perfiles y molduras de pino (6%), y otros productos de la industria forestal (11%). El año 2008 las exportaciones de celulosa de Chile superaron los 4 millones de toneladas, representando retornos por más de US$ 2.600 millones en valor FOB. Los dos únicos productores de celulosas químicas Kraft en Chile son Empresas CMPC y Celulosa Arauco, con participaciones del 39% y 61% respectivamente. Arauco destina casi la totalidad de su producción al mercado exportador y CMPC, además de exportar, provee de celulosa Kraft al mercado local. Los principales compradores de la celulosa chilena están ubicados en diferentes regiones del mundo, y son empresas productoras de papeles blancos de impresión y escritura (con y sin estucado), papeles tissue (higiénicos, servilletas, pañuelos y otros), y cartulinas y papeles especiales. Los destinos más importantes de las exportaciones nacionales de celulosa en el año 2008 fueron: China (29%), Europa (32%), resto de Asia (26%), América (11%) y África/Oceanía (2%).

Comercialización de la celulosa CMPC en el mundo

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