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madeira, e aos processos de obtenção de polpa celulósica e papel. ... Somente em 1944, através das Indústrias Klabin do Paraná de Celulose,.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Umberto Klock Eng. Florestal, Dr., Prof. Associado
Alan Sulato de Andrade Eng. Industrial Madeireiro, Dr. Prof. Adjunto
José Anzaldo Hernandez Eng. Químico – Dr. Professor UDG
A fabricação de papel é uma das práticas mais antigas desenvolvidas pela humanidade, constituindo-se ao mesmo tempo numa das indústrias tecnologicamente mais desenvolvidas, ocupando lugar de destaque no setor industrial dos países mais desenvolvidos do mundo. Tamanha foi a importância que o papel tomou na vida cotidiana do homem que o consumo de papel por indivíduo passou a ser considerado como um dos índices de avaliação do padrão de vida de uma região. Isto se deve ao enorme crescimento da indústria de celulose e papel a partir do início do século XX, e as possibilidades potenciais imensas para seu desenvolvimento futuro. Atualmente o papel está de tal forma incorporado ao nosso dia a dia, que nem sequer refletimos como seria nossa vida sem este material. Embora não se imagine limites para o desenvolvimento da informática, o papel ainda é o principal meio utilizado para transmissão de informações escritas ou impressas, assim como para materialização de jornais, livros, listas telefônicas, etc. Isto sem falar nos papéis higiênicos e nas mais diversas formas de embalagem dos diversos produtos que utilizamos em nosso cotidiano.
2. HISTÓRIA DO PAPEL
Papel é definido como sendo um produto bidimensional produzido a partir de uma suspensão aquosa de fibras, que são entrelaçadas artificialmente e posteriormente desaguadas através de processos mecânicos e térmicos. Seguindo-se a história da escrita ao longo da evolução da humanidade, verificamos que o homem necessitava de uma superfície para registro de suas idéias, de seus pensamentos. Desta forma explicam-se os desenhos e inscrições encontradas nas paredes das cavernas habitadas pelos povos primitivos. A necessidade de transmitir estes pensamentos para outras regiões levou ao desenvolvimento de uma superfície que pudesse ser transportada. Inicialmente foram utilizadas placas feitas de argila que, quando úmidas, recebiam as inscrições ou desenhos, sendo posteriormente secas ao sol ou num forno para que os registros não pudessem ser alterados. Os romanos e gregos usavam tábuas de madeira para registrarem seus pensamentos. A idéia da utilização de casca de árvores para a obtenção de áreas maiores que possibilitassem o registro de mais informações é o que provavelmente levou os egípcios a produzirem ha cerca de 6.000 anos atrás as primeiras folhas de Papyrus, de onde originou-se o nome papel. Devido ao clima seco da região, os rolos de Papyrus se conservaram ao longo de milênios e chegaram com valiosas informações até os nossos dias.
O Papiro, entretanto, devido as suas características, não pode ser considerado como sendo papel. Além disso não podia ser dobrado, daí o fato dos manuscritos serem em forma de rolos de até 50 m de comprimento.
Figura 1. A palavra papel se deriva da planta chamada Papiro. Os egípcios produziram o primeiro material para escrita do mundo, unindo entre si, finas lâminas do talo dessa planta (não ocorria o desfibramento completo que é requerido para produzir um verdadeiro papel ).
Outro material utilizado para escrita, mais antigo que o Papiro, foi a pele de animais como carneiros, ovelhas, etc. Há registros feitos pelo naturalista romano Plínio, O Velho (23-79 d.C.) sobre a introdução deste material na cidade romana de Pergamo, de onde originou o nome pelo qual é conhecido até hoje: Pergaminho. Assim como o Papiro, o Pergaminho não pode ser considerado como sendo papel devido a sua estrutura característica. Já naquela época o fator econômico limitou o uso do Pergaminho, pois sua fabricação era simplesmente muito cara. Enquanto isso, o papel como se conhece até hoje, começa a tomar forma na China. Já no terceiro século A.C., tecidos de seda pura foram utilizados para pintura e escrita. Os chineses escreviam todos seus livros e documentos sobre tecidos de seda. Entretanto as fibras da seda não possuíam as características necessárias para fabricação do papel tais como: absorção de água e fibrilação; características estas, essenciais para a garantia de uma determinada resistência da folha. A maioria dos historiadores concorda em atribuir a Ts´ai Lun (105 D.C.), um dos ministros a serviço do Imperador Ho, como o primeiro a produzir de fato papel por um processo a partir de casca de árvore e trapos, que deu início ao ciclo do produto que conhecemos hoje como papel.
Figura 3. A rota do papel a partir da China.
A produção de papel chegou na América nos fins do século XVII, onde em 1690, em Germantown na Filadélfia, o primeiro moinho de papel americano foi fundado. Em 1798, teve êxito a invenção segundo a qual foi possível fabricar papel em máquina de folha contínua, como até hoje é conhecida esta fabricação. O seu inventor foi o francês Nicolas Louis Robert que, por dificuldades financeiras e técnicas não conseguiu desenvolvê-la, tendo cedido a patente a dois outros franceses, os irmãos Fourdrinier. Assim a máquina de papel Fourdrinier (máquina de tela plana), foi a primeira máquina de folha contínua que se tem notícia. O caminho do papel estava completo; foi necessário um intervalo de tempo de 1700 anos para que o papel saísse da China e chegasse à América. A pasta de trapos foi um dos primeiros materiais a serem utilizados para a fabricação de papel. As primeiras tentativas de produção de papel sem trapos, utilizando matéria prima vegetal surgiram entre 1765-1771. Em 1840, Friedrich Gottlob Keller deu início ao processo que mais tarde seria responsável pela produção da chamada Pasta Mecânica, polpa produzida através da fricção da madeira contra uma superfície abrasiva. Uma vez que a polpa produzida desta forma, apresenta características de resistência física não suficientemente elevadas para determinadas aplicações, foi
necessário desenvolver modificações que permitissem liberação das fibras da madeira sem danificá-las. Enquanto que para obtenção da Pasta Mecânica, a madeira é tratada através de um processo mecânico com consequente redução do comprimento médio da fibra, a celulose é obtida a partir de um processo químico, no qual ocorre a dissolução lignina que mantém as fibras unidas entre si. Em 1854, os ingleses Watt e Burgess conseguiram patentear nos EUA, o processo de produção da celulose através do cozimento da madeira sob pressão com soda. Além disso foram desenvolvidos os processos sulfito e sulfato, que são utilizados até hoje, na obtenção de celulose a partir de diversos tipos de madeira, disponíveis para esse tipo de atividade.
As culturas pré hispânicas confeccionaram papel valendo-se de muitos elementos de origem natural. O papel foi utilizado como objeto ritual, ornamental e, particularmente com um sentido transcendente: em sua função preservadora de normas e valores, transmissora de cultura e civilização, através de leis (códices). Os primeiros indícios que se conhecem indicam que os maias já fabricavam o papel no ano 600 utilizando como matéria prima a casca de uma árvore denominada huun. Os maias vestiam túnicas de papel que fabricavam a partir de casca de figueira, que serviam posteriormente para a confecção de livros. Seus códigos eram pintados em papel, um deles o Código Pereciano, está pictografado em papel de poa , arbusto que abunda na região. Os historiadores falam de diferentes tipos de papel feito pelos antigos aztecas, o de maguey (metl), de algodão (ixcotl), de uma palmeira chamada izote (izotl), de casca de algumas árvores, da árvore do papel (amaquahuitl), e outras tantas. Provavelmente as árvores da família das moraceas, a figueira e amoreira , foram as mais utilizadas. O amatl, o papiro azteca era feito de maguey, macerado por algum tempo na água e batido para separação das fibras, estas eram estendidas sobre capas com a adição de um tipo de goma e submetidas a pressão para ficarem bem unidas. Os povos conquistados pelos aztecas eram obrigados a render numerosos tributos entre os quais as folhas de papel se destacavam, eram usadas para adornar os deuses, e as de melhor qualidade era utilizados para os códigos.
Até o final do século XVIII a fabricação do papel não passou de ser uma arte artesanal, seguindo a técnica dos chineses de formar as folhas sobre telas.
continuamente aperfeiçoada. Fundamentalmente consiste em uma esteira sem fim feita de uma fina tela de arame de bronze, montada ao redor de um cilindro frontal no extremo de alimentação, e de um cilindro impulsor a uns 15 metros de distância (FIGURA 5). A esteira se mantém plana porque corre sobre pequenos cilindros que formam uma mesa, assim como sobre um série de caixas aspiradoras. A máquina Fourdrinier veio a solucionar o problema de insuficiência de papel, mas ao mesmo tempo confirmou trapos como matéria prima insuficiente.
1826 - Empregam-se cilindros de vapor para secagem do papel.
1827 - É instalada a primeira máquina Fourdrinier na América, em Saugerties, Nova Iorque, nos Estados Unidos. Alúmen e resina são usados na colagem de papel.
1839 - O químico francês Anselme Payen trata a madeira com ácido nítrico concentrado, isolando um material fibroso ao qual chamou de celulose.
1840 - Intensificam-se os experimentos com madeira, sendo que a partir desta época a madeira se converteu na matéria prima por excelência para a fabricação de papel. Entre as razões para usa-la estariam : relativa disponibilidade, baixo custo, conveniência no manejo e armazenamento, obtenção de polpa de boa qualidade e versatilidade das propriedades das fibras.
1847 - Friedrich Keller na Alemanha e Charles Fenerty na Nova Escócia, desenvolvem processo de pasta mecânica.
1852 - Charles Watt e Hugh Burgess patenteiam na Inglaterra o primeiro processo químico para obtenção de polpa a partir de madeira descascada - o processo soda.
1867 - Benjamin C. Tilghman, obtêm nos Estados Unidos uma patente para cozimento de substâncias vegetais com ácido sulfuroso, nascendo assim o processo sulfito.
1870 - Primeira utilização comercial de pasta mecânica.
Figura 5 – Máquina de papel aperfeiçoada (1803)
1874 - Primeira utilização comercial de polpa sulfito, por Karl Ekman na Suécia e Alexander Mitscherlich na Alemanha. Processo aperfeiçoado com emprego de bases como cálcio, sódio, magnésio e amônia. Com o aparecimento de equipamentos resistentes a corrosão o processo foi adquirindo importância, e por quase cem anos foi o mais importante processo de obtenção de celulose para papel. Atualmente cerca de 10 % da celulose produzida no mundo é celulose sulfito.
1883 - O químico alemão Karl Dahl inventa o processo sulfato ou Kraft, resultado da evolução do processo soda, cujo licor de cozimento consiste nem uma solução aquosa de NaOH e Na 2 S. Posteriormente foi desenvolvido um sistema de recuperação econômica dos reagentes, e também pela qualidade das fibras veio a se tornar o processo mais empregado em todo o mundo, o que ocorre atualmente.
1909 - É instalada a primeira fábrica de processo Kraft nas Américas em Roanoke Rapids, Carolina do Norte, nos Estados Unidos.
1925 - Desenvolvido o processo semi químico sulfito neutro (NSSC)
1930 - Inicia-se a aplicação industrial do cloro no branqueamento de polpas celulósicas.
1935 - É aperfeiçoado o processo de recuperação de licor do processo Kraft, passando a ser o processo mais importante a nível mundial.
1940 - O peróxido de hidrogênio é utilizado como agente de branqueamento.
1946 - Primeira aplicação industrial de dióxido de cloro no branqueamento de celulose.
1970 - Iniciada a operação industrial da primeira unidade de branqueamento com oxigênio.
1994 - Devido a questões ambientais, são desenvolvidos processos de branqueamento totalmente livres de cloro - TCF - Totally Chlorine Free, e EFC - Elementary Chlorine Free.
Algumas características da indústria de celulose e papel.
Requer grande capital. Por exemplo uma planta industrial para 750 toneladas dia de celulose Kraft branqueada custa entre 500 e 700 milhões de dólares.
Grande consumo de energia, especialmente a indústria que fabrica pasta mecânica.
As fábricas de polpa e papel consomem grandes quantidades de água, gerando com isso grande quantidade de efluentes. Estima-se que nas condições de operação de uma fábrica moderna de celulose branqueada com capacidade de
2.4.1. Pastas para Fabricação de Papel
Durante esta fase de industrialização, a matéria-prima para fabricação de papel já não era mais trapos e panos velhos, mas o próprio papel reciclado e pastas celulósicas importadas da Europa, sobretudo da Escandinávia e alguma já fabricada no Brasil. A fabricação brasileira de celulose iniciou-se em Jundiaí-SP por iniciativa de Gordinho Braune. Tratava-se de Celulose Sulfito, a partir de Araucária. Outros produtores nacionais se seguiram aumentando gradativamente a participação de pastas celulósicas nacionais na fabricação de papel brasileiro. Nesta evolução a característica comum era a produção para a própria fabricação de papel, e vendas apenas circunstanciais de alguns excedentes para terceiros. Somente em 1944, através das Indústrias Klabin do Paraná de Celulose, começou a haver celulose nacional para venda ao mercado (celulose Sulfito, 55 ton/dia). Esta mesma indústria começou a produzir papel jornal para imprensa em 1947, a partir das suas próprias pastas químicas (celulose) e mecânicas. Em 1957, a Olinkraft Celulose e Papel, começa a produzir regularmente papel Kraft para sacos de cimento, apenas com a sua própria produção de celulose. Nesse mesmo ano, a Suzano inicia a produção de papéis brancos somente com a sua própria celulose de eucalipto. Em 1959, a Champion Celulose inicia a venda de celulose branqueada de eucalipto de sua fábrica em Mogi Guaçu, para o mercado.
2.4.2. Outros Fatos
Em 1965, técnicos e dirigentes das áreas industrial e comercial do setor, fundam a ABTCP, Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel, ampliando-se extraordinariamente o ambiente para a difusão e discussões de caráter tecnológico. Em 1966, fruto de um contrato estabelecido pela entidade empresarial e pelo então BNDES, é completado o Relatório Leone, que após um levantamento feito porta- a-porta em todo o Brasil, identifica o número de empresas, as máquinas instaladas, a produção de papel e celulose, os homens empregados nos vários níveis e a área florestada pelo setor. Este levantamento fundamentou o acompanhamento que vem sendo feito correntemente pela ANFPC sobre a indústria. Em 09 de setembro de 1966, através da Lei nº 5106, foram estabelecidos os incentivos fiscais ao reflorestamento com o que a expansão da silvicultura e da profissionalização da engenharia florestal viria tomar enorme impulso; criaram-se meios até então inexistentes para uma mudança radical na escala e nas tecnologias existentes no setor. Iniciou-se o grande avanço no rendimento florestal, através da biotecnologia e manejo.
2.4.3. Desenvolvimento Atual do Setor de Celulose e Papel
Por volta dos anos 70, a tecnologia empregada no setor estava plenamente consolidada. Os incentivos fiscais ao reflorestamento começavam a mostrar os seus primeiros resultados. A maturação dos plantios estabelecidos somou-se ao Programa Nacional de Papel e Celulose.
Estes fatos e o amparo aos financiamentos e da participação do BNDES, propiciaram a alavanca que o empresariado brasileiro do setor buscava para atingir a fase contemporânea da indústria. Foi possibilitada a mudança de escala das fábricas atingindo-se níveis de custos operacionais competitivos com os grandes produtores do exterior, tanto de celulose como de papel. Por essa ocasião, o Brasil além de produzir celulose para seu consumo, já exportava regularmente para países da América Latina: celulose Sulfito (Cambará), celulose Kraft fibra longa (Olinkraft) e celulose Kraft branqueada de eucalipto (Champion). Mas somente em 1972 com a entrada em operação da Borregaard, em Guaíba (hoje Riocell), é que a escala dessas exportações atingem proporções de competitividade mundial. Caminho que seria seguido pela Aracruz em 1975, pela Cenibra e pela Jari nos anos seguintes.
a) Balança Comercial
Embora apto a abastecer as suas necessidades, produzindo mais de 60 qualidades diferentes de papéis e pastas celulósicas e exportando vários destes produtos, o Brasil importará sempre certos papéis ou celuloses que necessita. A balança comercial sofreu marcante inversão nos seus valores, a partir de 1979, quando as exportações brasileiras do setor começaram a apresentar saldos crescentes.
b) Gestão
No início de 1979, um grupo de dirigentes começou a reunir-se sistematicamente, visando um planejamento estratégico institucional para o setor. Um ano após, este grupo que se intitulou GDPE - Grupo de Debates sobre Planejamento Estratégico -, elaborou um documento com diretrizes para a ação possível, que foi incorporada por várias empresas ativas no setor. Hoje, do mesmo modo, conceitos contemporâneos da tecnologia de gestão vem sendo incorporados por várias empresas que atuam crescentemente para satisfazer os parâmetros das normas ISO das séries 9000 e 14000, além da norma ambiental britanica BS 7750.
c) Equipamentos e Engenharia
Em 1935 começa a operar na Indústrias de Papel Simão, a primeira máquina de papel brasileira produzida pela indústria mecânica Cavallari (que encerrou suas atividades em 1986, após o Plano Cruzado). Hoje estão instalados no país empresas multinacionais e nacionais de grande competência e capacidade técnica, aptas a todas as necessidades contemporâneas do setor, exceto na área da informatização e controles automatizados.
Em 2013 os principais mercados para exportação de celulose foi a Europa com 40%, seguida da China com 31% e da América do Norte com 20%. Para papel, os principais mercados são América Latina com 44%, seguida da Europa com 26%, da Ásia com 13% e da América do Norte com 11%, de acordo com BRACELPA, 2013.
Destino das exportações de Celulose (BRACELPA, 2013)
2013 - 15 milhões de toneladas de celulose (7,1%) e 10,4 milhões de toneladas de papel (1,6%). (BRACELPA, 2013)
Destino das exportações de Papel ( BRACELPA, 2013)
O consumo “per capita” no Brasil em 2010 foi de 48,6 kg/hab./ano, abaixo da média mundial de 57 kg/hab./ano, o que demonstra potencial de aumento do consumo aparente no mercado interno
C onsumo “per capita” de papel nos principais países consumidores
As condições naturais do Brasil, indicam uma "vocação natural" para as atividades de base florestal. O espaço geográfico, a topografia, a baixa densidade populacional e a profusão de solos pobres e de terras degradadas orientam inequivocamente na direção das florestas plantadas. Os incentivos fiscais ao reflorestamento, a par de algumas atividades menos sensatas ocorridas fora do setor, permitiram o grande desenvolvimento de um corpo profissional e a ação da silvicultura no estabelecimento de uma base florestal no Brasil, base esta, responsável pelo nível atual de desenvolvimento da indústria de celulose e papel em nosso país. Se por um lado, é a natureza que permite a existência deste ramo empresarial, por outro é a proteção ambiental que pressiona a indústria de celulose e papel. Sendo grande consumidor de madeira, água e produtos químicos seria praticamente inevitável deixar de fora a indústria papeleira das preocupações com relação ao meio ambiente. Observa-se basicamente dois pontos de vista adotados pelo público em geral. Muitos vêem o papel como sendo um produto simpático, feito a partir de uma fonte de matéria-prima renovável, podendo ser reciclável e biodegradável. Outros sugerem que ele é inseguro para determinadas aplicações, único responsável pela devastação de florestas e pela poluição das águas.
O fato é que entre as duas posições existe um enorme abismo sendo imprevisíveis as consequências de se adotar radicalmente uma ou outra posição. Ambos os grupos de pressão, assim como a indústria, desempenham um importante papel no equilíbrio da apresentação do cenário ao público. Na verdade, a indústria papeleira brasileira cometeu uma falha, não se preocupando em divulgar bem sua existência e ação. Todo esforço de comunicação, limitou-se à manifestações isoladas ou vinculadas à valorização da indústria para o mercado acionário. O público conhece mal o setor. Isto restringe o seu progresso e a solução de alguns problemas, além de gerar outros. Além dos investimentos (que foram comprometidos após o plano de estabilização do governo) realizados no setor, estão sendo promovidos Grupos de trabalho que estão se reunindo nas diversas Associações e Sindicatos Estaduais objetivando um melhor intercâmbio de informações para ações mais efetivas em direção da solução dos problemas comuns, e entre eles os problemas de ordem ambiental. De forma geral, o setor está consciente da necessidade do planejamento ambiental e do manuseio racional dos recursos naturais, assim como da necessidade de um processo de tomada de decisões envolvendo soluções ótimas para o uso destes mesmos recursos, soluções estas baseadas no contexto ecológico, econômico, social, político e institucional.
Desde a invenção do papel, inúmeros materiais foram usados para sua fabricação. Muitas destas matérias-primas foram abandonadas quer pela exaustão de suas reservas, quer pela impossibilidade de atenderem a demanda e a exigência em qualidade crescente da indústria. Inicialmente a preferência era por fibras de vegetais arbustivos como o papiro, o linho, a amoreira, etc. Depois fibras de algodão e palhas de gramíneas foram utilizadas, para finalmente, há pouco mais de um século, adotar- se em definitivo a madeira como a principal matéria-prima para a fabricação do papel. Pouco antes da descoberta das fibras de madeira, a indústria utilizava fibras de algodão e linho obtidas de trapos de tecidos. Os limitados suprimentos destas matérias-primas criavam sérios problemas e impediram o desenvolvimento mais rápido da indústria de papel. Com a utilização da madeira, grande volume de matéria-prima tornou-se disponível, sendo a razão do ritmo extraordinário do desenvolvimento da indústria papeleira no último século. Atualmente em escala mundial a madeira representa cerca de 90~95% da matéria-prima fibrosa utilizada pela indústria de celulose. A celulose e o papel são constituídos principalmente de fibras que são os elementos celulares dos vegetais, traqueóides de coníferas, fibras libriformes e fibro- traqueóides de folhosas. Estes elementos se entrelaçam formando uma rede na folha de papel conferindo a mesma a maioria de suas propriedades. As fibras encontradas na natureza são quase que totalmente provenientes de vegetais, embora existam também fibras animais, minerais e artificiais. Nos vegetais os elementos celulares fibrosos têm as funções de condução e sustentação, assim como conferir estrutura ao vegetal.
2. RAZÕES PARA O USO DE FIBRAS VEGETAIS
Existem fortes razões para que as fibras vegetais sejam a principal fonte de suprimento à indústria de celulose, tais como:
são relativamente de baixo custo; são abundantes; são recursos naturais renováveis; e, tem a capacidade de absorver água entre seus componentes, hidratando, inchando e tornando-se mais flexível. Também apresentam a propriedade de unirem-se por ligações eletrostáticas, formando uma rede muito resistente.
3. CONDIÇÕES DE UMA BOA MATÉRIA-PRIMA PARA CELULOSE E PAPEL
Entretanto, nem todo tipo de vegetal se presta para a fabricação de papel. Uma boa matéria-prima deve preencher algumas condições fundamentais, como:
