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PROYECTO CELLUWOOD: MADERA MÁS RESISTENTE Y ECOLÓGICA

PARA LA CONSTRUCCIÓN

El instituto tecnológico AIDIMA investiga dentro del proyecto europeo CELLUWOOD el desarrollo de madera reforzada para construcción, fabricada con procesos de

fabricación ecológicos que no utilicen adhesivos petroquímicos. Finalizada la anualidad 2012 del proyecto, se exponen aquí los principales resultados obtenidos.

Miguel Ángel Abián Coordinador del proyecto Dpto. Tecnología y Biotecnología de la Madera Project abstract: The project introduces (new) technologies from other sectors for innovative uses in the defect removal and repairing, and laminating of strong wood-based building materials. It facilitates innovation in the use of nano and micro cellulose and bio-resin technologies in timber re-engineering. The final outcome of the project will be the development, testing and demonstration of the novel initiative products. The specific objective of this project is to bring into existence a new range of low carbon, reliably strong building construction materials made of wood sourced from well managed and sustainable forests, through:

The introduction of the (new) technologies from other sectors (e.g. cellulose velvet, biocomposite reinforcement and bio-resin) for innovative uses in the defect removal and repairing, and lamination of strong building materials

Facilitating innovation in the use of nano/micro cellulose and bio-resin technologies in timber re-engineering

The development, testing and demonstration of the novel initiative products. The major output would be a major new market for laminated wood in construction: Eco-Beams and columns and production technologies. This would stimulate rural economies in all EU states and promote the planting and good management of new woodland, with its attendant environmental benefits. The clear result of this market's emergence would be a significant reduction in the carbon footprint of construction within the EU and, eventually, worldwide, as the proposed engineered timber became a viable and cost-effective substitute for conventional strong construction materials that are high CO2 emitters during manufacture.

1. Introducción

En el marco del proyecto europeo CELLUWOOD (Laminated Strong Eco-Material for Building Construction made of Cellulose-Strengthened Wood), se están desarrollando nuevos materiales resistentes de construcción hechos de madera, procedente de bosques bien gestionados y sostenibles. El proyecto pertenece al programa Eco-innovation First Application and Market Replication Projects, promovido por la Comisión Europea para la eliminación y reducción del impacto ambiental y el uso óptimo de los recursos, mediante soluciones “eco-innovadoras” en procesos, técnicas, servicios, productos o tecnologías. Todo ello está encaminado a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. CELLUWOOD está financiado parcialmente por el programa Eco-innovation. La anualidad 2012 del proyecto, que ha finalizado recientemente, ha sido cofinanciada por el IMPIVA (Instituto de la Mediana y Pequeña Industria Valenciana). El proyecto está también cofinanciado por fondos FEDER de la Unión Europea.

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Este proyecto de I+D está coordinado por la empresa británica InWood Developments. En él participan AIDIMA, la Universidad de Brunel (Reino Unido), Chimar Hellas (Grecia), Contemporary Building Design (CBD) de Eslovenia, Tecnifusta (España) e InnovaWood (Bélgica). En la actualidad, las grandes estructuras de madera se obtienen uniendo láminas de madera muy selectiva mediante adhesivos derivados del petróleo (figura 1), y con procesos industriales complejos que requieren abundante agua. La selección de la madera elimina los nudos y defectos (figura 2) para aumentar la resistencia del material resultante, conocido como madera laminada encolada o glulam. El proyecto introduce una eco-innovación mediante reparaciones con membranas de celulosa y usando como adhesivos compuestos de fibras naturales y bioresinas que aumentarán la resistencia de la madera y no tendrán ningún impacto medioambiental.

Figura 1: Unión dentada o finger-joint de madera laminada encolada. Las resinas utilizadas son de tipo petroquímico y por tanto no renovables. Fuente: TECNIFUSTA.

Figura 2: Eliminación de defectos en madera mediante corte. El inconveniente de esta forma de sanear la madera es que se desperdicia mucho material. Fuente: TECNIFUSTA.

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2. Resultados del proyecto Durante la anualidad 2012, en el proyecto se ha obtenido información detallada sobre la utilización de madera de pequeño diámetro e infrautilizada en Europa. Las especies de madera seleccionadas fueron las siguientes: castaño (Castanea sativa), abeto de Douglas o abeto de Douglas Fir (Pseudotsuga menziesii), alerce europeo o lárice (Larix decidua), abeto rojo o abeto de Noruega (Picea abies), pícea de Sitka o abeto de Sitka (Picea sitchensis). La figura 3 muestra la distribución europea de castaño.

Figura 3: Distribución del castaño en Europa. Fuente: European Journal of Forest Research.

En el proyecto se recopiló también información sobre bioresinas, sus propiedades y las tecnologías existentes que las emplean, así como sobre su compatiblidad y funcionalida con la madera y la nano-microcelulosa. Las bioresinas son polímeros (plásticos) hechos de materiales orgánicos de origen biológico (maíz, azúcar, recursos forestales, residuos agrícolas, etc.) y que por tanto tienen una producción sostenible. Las bioresinas parecen y actúan como plásticos normales, pero no dependen del petróleo y son neutrales en cuanto al carbono (es decir, extraen tanto CO2 de la atmósfera como el que añaden). Muchísimos objetos, desde embalajes a teléfonos, pueden fabricarse con bioresinas. Algunas empresas ya están modificando sus sistemas de producción para incorporar bioresinas en sus productos. Por ejemplo, la empresa John Deere construye ya cuerpos de tractores con bioresinas, y Boeing y Airbus está reemplazando los aviones antiguos con nuevas estructuras de bioresinas. Se analizaron los siguientes tipos de bioresinas:

Taninos Ligninas

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Líquido de la cáscara del fruto del anacardo (Cashew Nut Shell Liquid o CNSL) Carbohidratos Triglicéridos (procedentes de aceites). Proteínas Resinas alquídicas

Tras el análisis de las bioresinas, se decidió centrar la investigación en sistemas de adhesivos basados en lignina, taninos y CNSL, y se formularon varias combinaciones de ellos, que se utilizaron para encolar tableros contrachapados y ensayarlos a rotura. La resistencia mecánica obtenida fue buena, pero aún deben realizarse más ensayos. En el proyecto se desarrolló también un gel de nanocelulosa (figura 4), que servirá para reparar defectos de la madera como nudos. Así se evitará el saneado mediante corte de la madera, que desperdicia materiales, y el uso posterior de adhesivos para luego unir las partes sanas con uniones dentadas. Asimismo, se ensayaron tres adhesivos para la madera. Los resultados han sido satisfactorios, y ahora se están realizando más pruebas para elegir la mejor combinación. La figura 5 muestra el tipo de probetas encoladas que se ensayaron; y la figura 6, el tipo de ensayo en la máquina universal de ensayos.

Figura 4: Gel de nanocelulosa utilizado en el proyecto como adhesivo no petroquímico. Fuente: Brunel University.

Figura 5: Probetas encoladas con los adhesivos del proyecto.

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Figura 6: Ensayo de las probetas en la máquina universal de ensayos de AIDIMA. Como material de relleno para las Eco-vigas y Eco-columnas que se desarrollarán se ha investigado el efecto sobre el yeso de aditivos como nanocelulosa y cal. Aunque se necesitan más pruebas para llegar a resultados significativos estadísticamente, puede afirmarse con los ensayos realizados hasta ahora que la adición de nanocelulosa aumenta la resistencia a flexión y compresión del yeso en más de un 20%. Dada la alta especialización en madera que precisa el proyecto, en él participa el Departamento de Tecnología y Biotecnología de la Madera de AIDIMA, que cuenta con amplia experiencia en madera estructural, en evaluación no destructiva de esa madera, en nuevos materiales derivados de la madera y en el cálculo estructural de estructuras innovadoras o singulares de este material. Los resultados del proyecto generarán un nuevo y mayor mercado para la madera en construcción mediante el desarrollo de Eco-vigas y Eco-columnas fabricadas con los nuevos materiales y mejorará las tecnologías de producción actuales de madera estructural, estimulando las economías rurales en toda la Unión Europea y promoviendo una óptima gestión forestal, así como una significativa reducción de la huella de carbono en el sector de la construcción. Los resultados más destacables del proyecto se irán difundiendo en un ámbito nacional y europeo a medida que éste vaya avanzando. El proyecto cuenta con la página electrónica www.celluwood.com.

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Proyecto cofinanciado por el programa CIP Eco-innovation First Application and Market Replication Projects de la Comisión Europea. This project is co-funded by the European Union within the CIP Eco-Innovation initiative of the Competitiveness and Innovation Framework Programme (CIP). Proyecto cofinanciado por los Fondos Estructurales, a través del Programa Operativo FEDER de la Comunidad Valenciana 2007-2013 Organismos colaboradores: Instituto de la Mediana y Pequeña Empresa Valenciana IMPIVA | Instituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y Afines AIDIMA | Red de Institutos Tecnológicos REDIT