Balance de carbono del contrachapado de un programa de reforestación social en Indonesia

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 13552 (2023) Citar este artículo

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Los programas de reforestación social plantan árboles en tierras degradadas y sin cultivar en regiones de bajos ingresos para permitir que la población local genere ingresos mediante la venta de productos madereros y, en el caso de sistemas agroforestales, para cultivar alimentos. Para la recaudación de fondos es interesante demostrar no sólo los impactos sociales positivos sino también los ambientales. Demostrar emisiones negativas de gases de efecto invernadero (GEI) permitiría a los programas ingresar al mercado de proyectos de compensación de carbono y liberar más financiamiento. En un estudio de caso se analiza un programa de reforestación social en Kalimantan, Indonesia. Las emisiones de GEI (según ISO 14067, PAS 2050 y el Manual ILCD de la UE para ACV) del producto principal, la madera contrachapada laminada, se determinan en 622 y 21 kg CO2-e/m3 a corto y largo plazo (más de 100 años) uso de madera contrachapada, respectivamente. El cambio a resinas a base de lignina y electricidad renovable podría reducir las emisiones a -363 kg CO2-e/m3 para uso a largo plazo. El sistema agroforestal analizado produce hoy en día madera contrachapada casi neutra en carbono y podría ser positiva para el clima a medio plazo.

Los bosques están bajo presión en todo el mundo. La superficie forestal mundial disminuyó en 45 millones de hectáreas entre 1992 y 2018, especialmente en latitudes tropicales1. La deforestación tiene, entre otros, efectos negativos sobre el clima local y global, en particular debido a la liberación de reservas de carbono a la atmósfera y a las alteraciones del ciclo hidrológico, sobre la biodiversidad y la calidad del suelo, pero también sobre los pueblos indígenas. La deforestación es un problema complejo con una variedad de factores2, siendo la expansión de las tierras cultivables para producir alimentos, piensos y biocombustibles líquidos (por ejemplo, informe del WWF3), pero también la producción de leña y madera como los más importantes. La rápida degradación de los suelos agrícolas tropicales, cuando no se gestiona adecuadamente, impulsa la tala de incendios para obtener nuevos suelos fértiles. Otros factores determinantes son el crecimiento demográfico y, ligado a él, la pobreza, que se ve alimentada aún más por el cambio climático, que provoca la pérdida de cosechas.

En muchos países en desarrollo y recientemente industrializados, la población rural a menudo apenas tiene oportunidades de adquirir ingresos. La mayoría son agricultores con pequeñas superficies cultivadas. Al talar los bosques vírgenes locales, se puede generar un pequeño ingreso además de los alimentos cultivados y la tierra para el cultivo4.

Una posible solución a este problema es poner a disposición de la población rural tierras degradadas para la agrosilvicultura5. Los sistemas agroforestales son capaces de mejorar la productividad alimentaria y, sobre todo, la sostenibilidad de los bosques6. La agrosilvicultura tiene el potencial de aumentar los ingresos de los pequeños agricultores, pero aún quedan muchos desafíos, como la falta de apoyo de los gobiernos y la falta de acceso a fondos financieros para inversiones en semillas y otros bienes necesarios para los pequeños agricultores7. En general, los sistemas agroforestales contribuyen a los ingresos de los agricultores8, también en regiones difíciles de plantar9. Además, los sistemas agroforestales a menudo van de la mano con la legalización del único uso tolerado de los bosques de propiedad estatal por parte de los pequeños propietarios mediante la transferencia oficial de derechos de uso a la comunidad local, lo que resulta en un beneficio social y económico para los locales10,11.

Además de los beneficios para la seguridad alimentaria y los ingresos de los agricultores, también existen beneficios para toda la comunidad local. Muchos proyectos locales se llevan a cabo en asociación entre la población local, organizaciones sin fines de lucro, gobiernos locales e industrias transformadoras, minimizando los riesgos de conflictos sociales y al mismo tiempo generando ingresos adicionales para el gobierno local12. Race y Sumirat ven otras mejoras potenciales a través del aumento del capital social, extendiéndose a sectores distintos del forestal, como la salud, la educación y la agroindustria13. Para lecturas adicionales sobre los potenciales y obstáculos de la agrosilvicultura y la silvicultura social en Indonesia, las revisiones de Gunawan et al.14 y Rakatama y Pandit15 también en términos de aspectos sociales y de ingresos de la población local, así como de impactos en la comunidad local, dan una idea. descripción detallada. Los beneficios para la población local descritos anteriormente son principalmente potenciales que también deben materializarse mediante una buena cooperación entre todas las partes involucradas.

Los programas de reforestación social apoyan a la población local en este proceso, por ejemplo, Fairventure Worldwide (FVW), una organización sin fines de lucro con sede en Alemania, mediante el desarrollo de capacidades en agrosilvicultura teniendo en cuenta los conocimientos tradicionales de los agricultores, proporcionando plántulas de árboles y estableciendo cadenas de suministro. para productos de madera de mayor valor y establecer un seguimiento16. Además de reducir la presión sobre los bosques vírgenes, los bosques representan un importante sumidero natural de carbono17,18 y el potencial de secuestro de carbono de la forestación y reforestación se estima entre 0,5 y 7 Gt de CO2 al año en 205019. Los bosques comunitarios en Sumatra y Kalimantan, Indonesia, contribuyeron evidentemente a la prevención de la deforestación20, lo cual es beneficioso para la mitigación del cambio climático. Los bosques comunitarios en Indonesia son un sumidero de carbono con un potencial de almacenamiento de 331 toneladas C/ha21. Para organizaciones como FVW, el potencial de secuestro de carbono de sus proyectos de reforestación puede ser muy importante, no sólo para mitigar el cambio climático, sino también porque dichas organizaciones dependen de donaciones. Un secuestro de carbono esperado o incluso probado y los efectos climáticos positivos resultantes no sólo podrían atraer a nuevos donantes sino que también permitirían participar en el mercado de proyectos de compensación de carbono con los correspondientes pagos a los programas de reforestación. Esto último también ha dado lugar a proyectos de reforestación/forestación que son muy criticados por tener efectos negativos en las comunidades locales17, por ejemplo, debido al acaparamiento de tierras, en la biodiversidad porque a menudo se plantan especies exóticas y monocultivos y por tener sólo un potencial de secuestro muy bajo como una proporción alta. de las plántulas de árboles mueren. Además, cantidades importantes de carbono se secuestran sólo después de décadas, mientras que los titulares de certificados emiten gases de efecto invernadero (GEI) ahora y la venta de indulgencias podría impedir que los titulares de certificados reduzcan sus emisiones.

Se han desarrollado varios estándares de contabilidad de carbono, por ejemplo,22,23,24. Aunque comparten el objetivo común de determinar el potencial de calentamiento global (GWP) de un producto, los métodos difieren ligeramente, en particular con respecto a la forma en que se contabiliza el carbono biogénico. Como consecuencia, las huellas de carbono (CF) calculadas del mismo producto pueden diferir considerablemente (cf64) para una comparación entre DIN EN ISO 14067, PAS 2050 (British Standard Institute) y GHG Protocol (WRI/WBCSD)). La distinción entre carbono fósil y biogénico parece trivial pero depende de varios factores. Un factor es el tipo de bosque. ILCD (2010) exige contar las emisiones de carbono de los bosques vírgenes y del cambio de uso de la tierra (LUC) como emisiones de carbono fósil y las emisiones de las plantaciones forestales como biogénicas66. Otros factores son el tiempo de almacenamiento del carbono y la distinción entre el carbono almacenado directamente en el producto y el almacenado en otro lugar, por ejemplo, en el suelo. Existen enfoques que distinguen entre el almacenamiento de carbono a corto y largo plazo. Habitualmente se considera un período de evaluación de 100 años. La madera contrachapada de este estudio podría alcanzar una vida útil de más de 100 años si se utilizara como elemento estructural en viviendas pequeñas de los residentes locales. Además, las emisiones que se producen después de la etapa de producción pero aún en el período de evaluación podrían calcularse como emisiones retrasadas. El valor añadido para un ACV de considerar que algunas emisiones tienen lugar más tarde es controvertido25. Otros factores incluyen una extensión del tiempo hasta que la madera se oxida, por ejemplo debido a la reutilización, el reciclaje y los usos en cascada, así como la sustitución de materiales que consumen mucha energía26.

Este estudio analiza un proyecto agroforestal de la organización Fairventure Worldwide (FVW) en Kalimantan, Indonesia, cf.27 con respecto a su potencial de secuestro de carbono. Dentro del proyecto, los agricultores plantan y cosechan plántulas del árbol sengon (Paraserianthes falcataria (L.), también llamado albizia, cf.28) de rápido crecimiento. Los árboles Sengon están adaptados al clima tropical, soportan suelos pobres en nutrientes y son aptos para la agrosilvicultura. Crecen rápido y normalmente se cosechan entre los 5 y 7 años. Es una especie maderable importante en la industria procesadora de Indonesia y a menudo se cultiva en forma intercalada con cultivos agrícolas29. La madera clara de Sengon tiene una densidad media de 317 kg/m3 30 y puede utilizarse para la construcción de muebles y viviendas (cf. los objetivos del Programa de Reforestación Social27,31). La madera muestra una serie de propiedades buscadas, como un alto módulo E de resistencia al corte y resistencia a la rotura, así como una alta resistencia a la compresión, importante para los elementos de pared en la construcción con madera32. El mismo autor informa también que las resistencias a la rotura y a la tracción son desproporcionadamente altas en relación con la densidad del material y que la madera es resistente a las termitas y muestra una buena resistencia al fuego. La madera se vende a aserraderos locales donde se procesa para obtener madera contrachapada, un producto de madera diseñado que consta de múltiples capas delgadas de madera pegadas entre sí mediante adhesivos. Los lugareños pueden utilizar este contrachapado para construir casas asequibles y sostenibles, pero también se puede vender en los mercados nacionales e internacionales. Estudios recientes destacan las buenas propiedades mecánicas de la madera laminada enchapada (LVL) hecha de sengon33,34 (la LVL se parece al contrachapado con la excepción de que en el LVL todas las chapas se apilan en la misma dirección, mientras que en el contrachapado las chapas cambian de dirección)35. Aunque los adhesivos como la resina de fenol-formaldehído solo representan alrededor del dos por ciento en masa del producto, son responsables de una gran parte de su GWP36. En una revisión sistemática de la literatura, Eisen et al. descubrió que en la mayoría de los estudios los adhesivos con proporción de materias primas renovables funcionan tan bien como los basados ​​en combustibles fósiles o incluso mejor en términos ambientales78. Una alternativa renovable es la lignina. Representa alrededor del 30% de la biomasa lignocelulósica37 y es un subproducto de la fabricación de papel y de las biorrefinerías lignocelulósicas. La estructura química de la lignina, un polímero polifenólico con aldehído, alcohol, hidroxilo y grupos hidroxilo fenólicos, la hace particularmente adecuada para la producción de una resina fenólica renovable38. La lignina puede sustituir al fenol en las resinas de fenol formaldehído (por ejemplo, 39), pero también existen nuevos sistemas adhesivos hechos de lignina (por ejemplo, 40). Varios estudios mostraron un rendimiento adecuado de las resinas a base de lignina según diferentes estándares41,42. En resumen, sengon Los árboles parecen apropiados para la agrosilvicultura en tierras tropicales degradadas y la madera de Sengon muestra una serie de propiedades buscadas. Sin embargo, una pregunta abierta es si la reforestación y la agrosilvicultura con árboles de Sengon con la posterior producción de madera contrachapada también son positivas para el clima. La principal pregunta de investigación es: ¿Cuánto carbono por m3 de producto se secuestra si la madera del programa de forestación social que se estudia en Indonesia se utiliza en madera contrachapada?

con subpreguntas (Q1-Q3):

P1: ¿Qué tan grandes son las emisiones de GEI que se producen durante la reforestación y producción de madera contrachapada?

P2: ¿Cómo afecta el uso de diferentes estándares de contabilidad de carbono y escenarios de fases de uso a la evaluación del secuestro de carbono biogénico?

P3: ¿Cuál es el potencial de sustituir los adhesivos de origen fósil por adhesivos a base de lignina para el secuestro de carbono?

Se lleva a cabo una evaluación del ciclo de vida (LCA) desde la cuna hasta la puerta de acuerdo con las normas ISO 1404043 y 1404444 utilizando datos primarios de FVW de reforestación y producción de madera contrachapada en Kalimantan (Fig. 1). Este ACV de la cuna a la puerta se complementa con el carbono almacenado temporalmente en los productos de madera contrachapada utilizando las normas de contabilidad de carbono ISO 14067 y PAS 2050/ILCD. Se analizan tanto el almacenamiento a corto como a largo plazo en muebles y estructuras de madera en la construcción de viviendas, respectivamente. Finalmente, se analizan los efectos de la sustitución de las actuales resinas fósiles por resinas basadas en lignina basándose en datos de la literatura.

Estructura del análisis con preguntas de investigación Q1 a Q3.

El objetivo del ACV de la cuna a la puerta es identificar los procesos con los mayores impactos en las emisiones de GEI para identificar potenciales de mejora y proporcionar datos para el posterior análisis del almacenamiento de carbono. Sólo se consideran las fases de reforestación y explotación forestal, transporte de troncos de madera y fabricación de madera contrachapada (Fig. 2). Como unidad declarada se utiliza 1 m3 de madera contrachapada empaquetada (en lugar de una unidad funcional según ISO 14040/44, se utiliza una unidad declarada según ISO 14067. Esto permite comparaciones directas con otros estudios de GEI sobre madera contrachapada). El período considerado es la temporada de siembra 2019/2020.

Límite del sistema del modelo ACV de la cuna a la puerta.

Para la fase de reforestación y tala se utilizaron datos primarios del proyecto fairventures, proporcionados por FVW como comunicación personal. Los datos sobre el transporte de troncos y la fabricación de madera contrachapada provienen de tres empresas de fabricación de madera contrachapada (aserraderos) ubicadas en Java Central, que también procesan troncos de sengon del proyecto fairventures. El ACV se modeló con Umberto LCA +45 utilizando la base de datos ecoinvent 3.546.

Las plántulas de Sengon se cultivan en bolsas de polietileno en un medio que consiste en tierra vegetal, compost, turba de coco, cáscara de arroz y arcilla en un vivero de árboles en Kalimantan. Como fertilizante se utilizan NPK-16-16-16, herbagreen® Z20 (ver 47) y herbagreen® protect F, ambos fertilizantes foliares (ver 48). Los productos herabagreen® fueron cortados. Las máquinas para mezclar los sustratos y las bombas de agua funcionan con diésel. Después de 9 semanas de crecimiento, las plántulas se transportan a la plantación en una camioneta, cuyo consumo de diésel se contabiliza en el modelo de inventario de ciclo de vida (ICV). Antes de la plantación, se limpia el terreno con guadañas motorizadas y se preparan los hoyos de plantación con una barrena. Los árboles plantados se fertilizan con NPK, dolomita, biocarbón, compost y estiércol de pollo. Para un mejor crecimiento, el terreno se desmaleza varias veces con guadañas a motor. Antes de la cosecha final, los árboles sengon se aclaran con sierras eléctricas dos veces para lo cual se modela el consumo de gasolina y aceite lubricante. La recolección es apoyada por tractores con cabrestante, que consumen diésel. Los troncos se transportan desde Kalimantan a tres aserraderos de madera contrachapada en Java central. La distancia promedio desde las plantaciones hasta estos molinos es de 591 km.

Dado que en los tres aserraderos también se producen otros productos de madera, la electricidad, el gas combustible y otros materiales se destinaron físicamente a la producción de madera contrachapada de sengon. Para el ACV se utilizó la media aritmética de los tres aserraderos. Hughes35 proporciona una descripción detallada de los pasos típicos de producción. Los tres aserraderos utilizan resinas de urea-formaldehído (UF) y melamina-formaldehído (MF). Se cortaron los endurecedores. El contrachapado sengon se empaqueta con papel, cartón, envoltorios de plástico, cordones y esquinas de plástico, para lo cual se utilizaron datos bibliográficos de Rüter y Diedrichs49.

El carbono almacenado se calcula según la ecuación. (1):

Ecuación (1): Emisiones potenciales de dióxido de carbono procedentes de la oxidación del carbono biogénico almacenado en productos de madera según DIN EN 1644950.

PCO2 son las posibles emisiones de dióxido de carbono de un producto de madera debido a la oxidación, cf es el contenido de carbono en la biomasa seca (se utilizó un valor estándar de 0,5), ω la humedad restante en el producto (8-12 por ciento para la madera de sengon51), ρω la densidad bruta de la madera (350 kg/m3 ± 10% para la madera de sengon51), Vω volúmenes de producto con humedad ω, adaptados a la unidad funcional de 1 m3. Los valores publicados de humedad y densidad bruta de la madera de sengon varían considerablemente (Tabla 1). Los valores correspondientes para PCO2 calculados usando la Ec. (1) oscilan entre 421,94 y 916,81 kg CO2/m3 con una media aritmética de 669,38 kg CO2/m3. Para el contrachapado, las tres fábricas de contrachapado de Sengon utilizan en promedio un 10,13 por ciento de resina por m3 de contrachapado. Esto da como resultado una absorción de dióxido de carbono de 602 kg de CO2 por m3 de contrachapado de sengon.

El carbono biogénico y las emisiones que se producen cuando un producto se oxida después de su fase de uso (las llamadas emisiones retardadas) se contabilizan de manera diferente en la contabilidad de carbono y en las normas ACV ISO 14067, PAS 2050 e ILCD. La norma ISO 14067 exige informar el carbono almacenado en el producto por separado e incluir todas las emisiones biogénicas de GEI22. En consecuencia, también deben incluirse las emisiones de GEI derivadas de la incineración de madera durante la producción. Sin embargo, dado que el sistema considerado es un proyecto de reforestación en tierras degradadas, es decir, el carbono de la madera se fijó sólo unos pocos años antes de su liberación y no se esperan emisiones adicionales de GEI debido a cambios en el uso de la tierra, las emisiones de GEI se distorsionarían. Según PAS 2050, el almacenamiento de carbono y las emisiones retrasadas pueden contabilizarse en el cálculo del CF (cf.23 Anexo E). PAS 2050 e ILCD son congruentes aquí. Si el carbono se almacena durante al menos 100 años, se considera que no se libera. Por lo tanto, en este estudio se consideran dos escenarios: i) el contrachapado se utiliza para muebles o como material de construcción no estructural con una vida útil relativamente corta (definitivamente menos de 100 años) y ii) el contrachapado se utiliza como material de construcción estructural y permanece sin oxidar. durante más de 100 años. En el primer caso, se supone que los materiales se recuperan térmicamente de modo que el carbono fijado en la madera se reemite en los 100 años. De acuerdo con los estándares anteriores, esta emisión se contabiliza directamente y no se proporciona ningún crédito por emisiones retrasadas. En realidad, uno esperaría una combinación entre el uso de madera contrachapada a largo y corto plazo y un CF que se encuentre entre los dos extremos.

Mientras que las emisiones de GEI de los adhesivos de MF y UF de base fósil se modelaron utilizando datos primarios de los aserraderos locales sobre las mezclas aplicadas y datos de ecoinvención para su producción, para los adhesivos de lignina los datos de ACV de Perederic et al.55, Arias et al. 41 y Lettner et al.54. Los resultados del ACV se convirtieron a 101,3 kg de resina como flujo de referencia, la masa necesaria para un m3 de madera contrachapada. La Figura 3 muestra los grandes rangos y diferencias (92,2 kg CO2-e/m3 en 54, 1574,2 kg CO2-e/m3 en 41) en los estudios. Estos surgen de los diferentes tipos de lignina evaluados (lignina kraft y lignina organosolv), diferencias en las mezclas de resina y límites del sistema. Se calcularon medias aritméticas sobre todas las mezclas de resina en los estudios respectivos. Mientras que todos los sistemas de resina de Perederic et al.55 funcionan ligeramente mejor que la mezcla de base fósil, las mezclas de Arias et al.41 y Lettner et al.54 muestran rangos mayores, y las de Arias et al.41 muestran valores de PCA considerablemente más altos. .

GWP calculado de resinas de origen fósil (mezcla de referencia) en comparación con los valores de GWP de resinas a base de lignina en la literatura (todos los datos para 1 m3 de madera contrachapada).

Las resinas mencionadas no sólo se diferencian por su PCA, sino también por sus propiedades técnicas. La lignina glioxalada de41 se ha probado en combinación con tanino y hexamina en madera contrachapada de triple capa. Los tableros contrachapados de pino, roble y haya cumplen los requisitos estándar para uso en interiores40. Lettner et al. no hace referencia a documentos que describan el uso de los dos adhesivos elaborados a partir de ligninas modificadas para madera contrachapada. Sin embargo, los tableros de madera contrachapada de tres capas de Kouisni et al.56 están igualmente fabricados con adhesivos en los que el fenol se sustituye por lignina kraft. Las pruebas realizadas según las normas canadienses demostraron que no más del 30 por ciento del fenol debería sustituirse por lignina56. Perederic et al.55 investigaron resinas organosolv-lignina con una proporción en peso de lignina a fenol de 0:1 para fenol formaldehído (PF), 2:3 para fenol formaldehído a base de lignina (LPF) y 1:0 para lignina formaldehído (LF). ) resina en un estudio de la cuna a la puerta. No se realizaron pruebas mecánicas sobre la estabilidad y la conformidad estándar de las resinas. Sin embargo, los adhesivos son comparables a los de Tachon et al.42, que cumplen, según estos autores, los requisitos para uso en interiores según la norma NF EN 314-1.

Por lo tanto, se puede resumir, para los adhesivos a base de lignina, que la madera contrachapada fabricada con estos adhesivos es al menos adecuada para uso en interiores, por ejemplo, para estructuras de edificios, aunque la resistencia al agua de los adhesivos de base biológica sigue siendo un desafío57.

Las emisiones de GEI desde la cuna hasta la puerta de la madera contrachapada ascienden a 622 kg CO2-e/m3. Las emisiones de GEI de la reforestación son insignificantes en comparación con las del transporte de troncos y la producción de madera contrachapada (Fig. 4). Mientras que el 18% del total de las emisiones de GEI puede atribuirse a la generación de electricidad utilizada en la producción de madera contrachapada y el 21% al transporte de troncos, el 59% proviene de la producción y aplicación de resinas.

ACV de la cuna a la puerta: resultados de GWP (100 años) para madera contrachapada del programa de reforestación social FVW (MF para melamina-formaldehído y UF para resinas de urea-formaldehído).

El uso de madera contrachapada para muebles o como material de construcción no estructural con una vida útil inferior a 100 años (escenario uno) produce, según las normas ISO 14067, PAS 2050 e ILCD, unas emisiones de GEI de 622 kg CO2-e/m3. En el caso del almacenamiento de carbono a largo plazo en materiales de construcción estructurales (escenario dos), el GWP se reduce (si se siguen PAS 2050 o ILCD) por el carbono almacenado durante más de 100 años, lo que da como resultado un CF de solo 21 kg CO2-e/m3. . Tenga en cuenta que esta reducción no se habría proporcionado si la madera contrachapada procediera de un bosque virgen. Dependiendo de la proporción entre el uso de madera contrachapada en productos con vida corta y larga (más de 100 años), el CF varía entre 622 kg CO2-e/m3a (solo uso en productos con vida corta) y 22 kg CO2-e/m3 (solo uso en productos con vida corta) uso en productos con > 100 años de vida útil).

El efecto que tendría una sustitución del adhesivo de origen fósil por otros adhesivos de lignina diferentes sobre el GWP se muestra en la Fig. 5 para el escenario con almacenamiento a largo plazo (> 100 años) en productos. Para mostrar la distribución, sólo se presentan las resinas de lignina con el PCA más bajo y más alto. Las dos últimas barras de la derecha muestran que un cambio de la combinación eléctrica actual en Indonesia a una basada en energías renovables podría reducir el PCA en 110 kg CO2-e/m3.

GWP de sistemas de madera contrachapada (solo sistemas con una vida útil del producto > 100 años) con adhesivos de origen fósil (sistema actual/línea de base) y sustitución por adhesivos a base de lignina según las normas ISO 14067 y PAS 2050/ILCD, todos los sistemas con combinación eléctrica de Indonesia, excepto para el sistema de la derecha para el cual se asumió electricidad renovable.

Los resultados del ACV de la cuna a la puerta muestran que, independientemente de los estándares de contabilidad de carbono aplicados, se producirán pequeñas emisiones netas positivas de GEI si la madera del programa de forestación social FVW en Indonesia se utiliza en madera contrachapada con una vida útil superior a 100 años. Aquí hay que tener en cuenta que, debido a las incertidumbres, algunos sumideros de carbono, como la acumulación de materia orgánica en el suelo en la agrosilvicultura, no se tienen en cuenta. En su metaanálisis, Shi et al.58 muestran que en los sistemas agroforestales se almacena significativamente más carbono en los suelos que en las tierras de cultivo habituales. La agrosilvicultura también puede tener efectos positivos en la calidad del suelo de tierras degradadas5,58. La contabilidad manual adicional de los cambios en el uso de la tierra no es trivial y podría dar lugar a un doble conteo debido a que los conjuntos de datos del ICL ya incluyen el LUC59. Además, en la ACV se ignoraron los efectos de sustitución material. El suministro adicional de madera contrachapada sustituirá, al menos en cierta medida, a otros materiales. Una parte de la oferta también podría inducir una demanda adicional. Especialmente en el sector de la construcción, el uso de materiales de origen biológico en lugar de materiales con altas emisiones como el cemento puede ahorrar grandes cantidades de GEI60. Además, los subproductos de la producción de chapas y madera contrachapada, como el aserrín y la madera cortada, se incineraban para producir calor y electricidad. Si el calor y la electricidad reemplazan la combustión de combustibles fósiles fuera de los límites del sistema ACV, se podría otorgar un crédito por esto25. Sin embargo, en el estudio de caso se seleccionó un enfoque conservador y no se otorgaron créditos. En general, el PCA calculado para el contrachapado de sengon es de 622 CO2-e/m3 de tamaño similar al del contrachapado de meranti con un rango de 329 a 592 kg CO2-e/m3 de producción de Indonesia y Malasia con una media aritmética de 446 kg de CO2. -e/m3 36. En comparación con la producción de madera contrachapada con resina UF en Alemania, que según Rüter y Diedrichs49 sólo tiene emisiones de 266 kg CO2-e/m3 para la fase de producción y transporte, las emisiones son muy elevadas. Esto se debe en parte al hecho de que el mix eléctrico alemán contiene una proporción significativamente mayor de energías renovables (~ 40%)61 en comparación con Indonesia (~ 6%)62. Los datos bibliográficos sobre la densidad de la madera de sengon se utilizan para calcular el carbono almacenado en la madera. Las densidades oscilan entre 230 y 500 kg/m3. La densidad tiene un impacto particular en el cálculo de las emisiones de GEI en la Fig. 5 (ver barras de error), ya que aquí las emisiones calculadas según PAS 2050/ILCD también incluyen las emisiones biogénicas y el almacenamiento en el producto.

Un problema con las emisiones de carbono biogénico en el ACV y la contabilidad del carbono es que no existe un consenso científico sobre cómo abordarlas63. Esto es especialmente cierto en el caso del carbono biogénico almacenado temporalmente64. Hoxha et al.65 recomiendan una contabilidad dinámica del carbono biogénico que esté de acuerdo con el Manual ILCD66. La desventaja de la contabilidad dinámica es la mayor complejidad y la aplicabilidad limitada de este estudio. Dado que el proyecto en estudio se encuentra aún en sus primeras etapas, falta información sobre el destino de la madera contrachapada producida. En consecuencia, se desarrollaron dos escenarios para la fase de uso del contrachapado: i) uso del contrachapado en muebles y ii) uso para elementos estructurales de vivienda. Además, el uso de madera en cascada es posible y afectaría los resultados del ACV (por ejemplo, 67). Sin embargo, el reciclaje de la madera contrachapada sigue siendo exigente debido a las resinas UF68 y aún más si la madera está contaminada con materiales de construcción y conservantes de la madera69.

La mezcla de resinas UF y MF de origen fósil es responsable de una gran parte de las emisiones de GEI del contrachapado. Bushi et al.70 realizaron un ACV para resinas norteamericanas para el procesamiento de madera y descubrieron que la extracción de las materias primas y los procesos iniciales causan con diferencia la mayor proporción de emisiones de GEI, 91% para UF y 92% para MUF. Pero los adhesivos a base de lignina ya los utiliza industrialmente, por ejemplo, el fabricante de madera contrachapada Latvijas Finieris. Según su manual de madera contrachapada71, la empresa produce varios tableros de contrachapado de abedul, uno de los cuales, un contrachapado de abedul lijado por ambas caras, también cumple los requisitos de calidad de unión de la norma EN 314-272 cuando se pega con adhesivo a base de lignina y se puede utilizar en interiores y exteriores. al aire libre, por ejemplo para transporte, embalaje y juguetes infantiles73. La sustitución de resinas con resinas a base de lignina aún no se implementa en el área del proyecto en Indonesia y, por lo tanto, se modela basándose en datos de la literatura. Para implementar la cadena de valor lo más localmente posible y evitar las emisiones de las largas rutas de transporte, la lignina también debería producirse a nivel regional. Hoy en día, se supone un nivel de preparación tecnológica (TRL) de 4 para la producción de lignina en el sudeste asiático74. Otra limitación en el uso de resinas a base de lignina es su mayor costo en comparación con las resinas de origen fósil. Tanto el costo como el rendimiento están fuertemente correlacionados positivamente con el número de modificaciones y la funcionalización de la lignina75. Al mismo tiempo, las ligninas no modificadas no son adecuadas para su uso en adhesivos para madera76. Por tanto, se trata de un típico equilibrio entre propiedades y costes. Sin embargo, se puede suponer que, debido al aumento de los precios de las emisiones de GEI, así como a los programas de promoción del uso de materias primas renovables y al progreso técnico general en el campo de los productos químicos de origen biológico, los costes de los adhesivos a base de lignina pueden aumentar. mantenerse al día con los adhesivos de origen fósil a medio y largo plazo.

Un programa de reforestación social en Kalimantan, Indonesia, ayuda a los agricultores rurales a establecer un sistema agroforestal en suelos degradados y no cultivados, de modo que la población local pueda abastecerse de alimentos e ingresos mediante la venta de madera. Seis años después de la plantación, los árboles se cosechan y se venden a aserraderos en Kalimantan y Java. El principal producto de esos troncos de sengon es la madera contrachapada.

Para evaluar si se puede secuestrar carbono de esta manera, se determinó el PCA de la producción de madera utilizando datos primarios de los procesos de reforestación y tala y de la producción de madera contrachapada, utilizando datos recopilados en un estudio de tres aserraderos que procesan troncos de sengon para convertirlos en madera contrachapada. Las emisiones totales de GEI ascienden a 622 kg CO2-e/m3 de contrachapado, de los cuales el 59% provienen de la producción y aplicación de resinas. En un análisis de escenarios se evaluaron los efectos del almacenamiento de carbono biogénico en productos de madera contrachapada sobre el PCA. Según las normas de contabilidad de carbono ISO 14067, PAS 2050 e ILCD, un tiempo de almacenamiento inferior a 100 años, para el que podrían servir como ejemplo los usos para muebles o partes no estructurales de edificios, no alterará el PCA de 622 kg CO2-e/ m3. Sin embargo, si el contrachapado permanece sin oxidar durante más de 100 años, como podría ser el caso si se utiliza como elemento estructural en la construcción, el PCA se reduce a 21 kg CO2-e/m3. Uno u otro PCA debe compararse con el PCA de otros materiales que serían sustituidos por la madera contrachapada, como plástico, hormigón o acero, según el caso de aplicación.

El fuerte impacto de las resinas de origen fósil en el PCA total fue el punto de partida para una revisión de la literatura para identificar alternativas adecuadas. Como la lignina es el segundo biopolímero más común en la naturaleza y podría obtenerse de los residuos de madera de la producción de troncos de sengon y, al mismo tiempo, es similar a la resina fenólica ampliamente utilizada debido a su estructura química como polímero polifenólico, los ACV actuales de la resina de lignina Se evaluó la producción. Los adhesivos a base de lignina no sólo varían en sus propiedades técnicas sino también en su GWP. De hecho, grandes diferencias resultan de diferentes composiciones adhesivas y procesos de fabricación. Si se tomara el valor más alto informado para los adhesivos a base de lignina41, el PCA casi se triplicaría de 622 kg CO2-e/m3 a 1831 kg CO2/m3, mientras que para el valor más bajo informado54 el PCA se reduciría casi a la mitad a 349 kg CO2-e /m3. En caso de que la madera contrachapada permaneciera sin oxidarse durante más de 100 años y se aplicara PAS 2050 como estándar de contabilidad de carbono, el GWP se volvería incluso fuertemente negativo con - 252 kg CO2/m3. En resumen, la madera contrachapada que se produce actualmente a partir del programa de reforestación probablemente no tenga un efecto de secuestro, a menos que se fabriquen con ella productos duraderos con una vida útil de más de 100 años. Tenga en cuenta que aquí se descuidó la acumulación de materia orgánica del suelo y el secuestro de carbono asociado debido a la falta de datos. Hay margen de mejora cuando se pasa a la electricidad a partir de energías renovables en la producción de madera contrachapada. Esto por sí solo podría reducir el PCA de la madera contrachapada en unos 110 kg de CO2/m3, es decir, de una sexta parte en el caso de los adhesivos de origen fósil a un tercio en el caso del adhesivo a base de lignina con el PCA más bajo. Al observar los valores puros de GWP, también se debe tener en cuenta que incluso el almacenamiento durante algunas décadas ya es beneficioso para la mitigación del cambio climático, incluso si no es responsable según los estándares de contabilidad de carbono. Es más, la madera contrachapada y los alimentos producidos en tierras previamente no cultivadas reducen la presión sobre los bosques vírgenes y, por tanto, también la deforestación. La deforestación puede tener un fuerte impacto en el PCG de un producto, como lo demuestran Nguyen et al77, quienes informan que el PCG de la carne vacuna de Brasil es mayor en un factor de 3,1 a 3,9 si los cambios en el uso de la tierra se contabilizan y se deprecian durante 20 años. Desde el punto de vista metodológico, un análisis de este tipo requeriría un ACV consecuente y es un tema para futuras investigaciones.

Las investigaciones futuras también deberían investigar el desempeño técnico y ambiental del contrachapado de sengon con adhesivos a base de lignina y sus áreas de aplicación. Además, es necesario evaluar los efectos sobre las emisiones de GEI distintos del CO2, por ejemplo, N2O o CH4 de tierras no cultivadas frente a tierras sometidas a actividades agroforestales. Finalmente, es necesario evaluar los efectos a largo plazo de la agrosilvicultura con plantaciones de sengon, así como la estabilidad del sistema. En general, se espera que el programa de reforestación social tenga una serie de beneficios para la comunidad local con el potencial adicional de contribuir a la mitigación del cambio climático en el mediano plazo.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable, siempre que no se violen los derechos de copia.

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Departamento de Química Empresarial, Universidad de Ulm, Helmholtzstr. 18, 89081, Ulm, Alemania

Daniel Philipp Müller y Michael Hiete

Programa de estudios Gestión empresarial sostenible, Universidad de Ulm, Helmholtzstr. 18, 89081, Ulm, Alemania

Nadine Szemkus

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DPM: Conceptualización, Metodología, Software, Visualización, Análisis formal, Escritura – borrador original. NS: Encuesta de aserraderos en Indonesia. MH: Supervisión, redacción, revisión y edición.

Correspondencia a Daniel Philipp Müller.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Müller, DP, Szemkus, N. & Hiete, M. Balance de carbono de la madera contrachapada de un programa de reforestación social en Indonesia. Representante científico 13, 13552 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40580-0

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Recibido: 29 de marzo de 2023

Aceptado: 13 de agosto de 2023

Publicado: 20 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40580-0

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