Rice hulls in construction/Cáscaras de arroz en la construcción

Las cáscaras de arroz son únicas en la naturaleza. Contienen aproximadamente un 20 % de sílice opalina en combinación con una gran cantidad del polímero estructural fenilpropanoide llamado lignina. Este abundante residuo agrícola posee todas las propiedades que cabría esperar de algunos de los mejores materiales aislantes. Pruebas recientes de la ASTM realizadas por R&D Services de Cookville, Tennessee, revelan que las cáscaras de arroz no se incendian ni arden con facilidad, son altamente resistentes a la penetración de la humedad y a la descomposición por hongos, no transfieren bien el calor, no desprenden olor ni emiten gases, y no son corrosivas para el aluminio, el cobre ni el acero. En su estado natural, las cáscaras de arroz constituyen un material aislante de Clase A o Clase I, por lo que pueden utilizarse de forma muy económica para aislar las paredes, el suelo y el techo de una casa de cáscara de arroz con aislamiento térmico superior. Este documento también explica cómo se puede construir la estructura de dicha casa a partir de diversos productos de madera de ingeniería derivados de la corteza de la caña de azúcar.

Cuando la naturaleza decidió cómo empaquetar un grano de arroz, envolvió este pequeño paquete de nutrientes con lo que a menudo se denomina "ópalo biogénico". ^{[ 1 ]} La estructura química de la cáscara de arroz, que contiene sílice amorfa unida al agua, se asemeja mucho a la del ópalo, y esto le confiere a la cáscara de arroz propiedades bastante sorprendentes. En ningún otro lugar podríamos encontrar un subproducto de cereal tan bajo en proteínas y carbohidratos disponibles, y sin embargo, al mismo tiempo, tan alto en fibra bruta, ceniza bruta y sílice. ^{[ 2 ]} De todos los subproductos de cereales, la cáscara de arroz tiene el porcentaje más bajo de nutrientes digeribles totales (menos del 10%). ^{[ 3 ]}

La cáscara de arroz contiene aproximadamente un 20 % de sílice opalina en combinación con una gran cantidad del polímero estructural fenilpropanoide llamado lignina. Un porcentaje tan alto de sílice es muy inusual en la naturaleza, ^{[ 4 ]} y esta íntima mezcla de sílice y lignina hace que la cáscara de arroz no solo sea resistente a la penetración del agua y la descomposición por hongos, sino también a los mejores esfuerzos del hombre por deshacerse de ella. Dado que el arroz se cultiva en todos los continentes excepto en la Antártida, dado que ocupa el segundo lugar después del trigo en términos de superficie y producción mundial, ^{[ 5 ]} y dado que la cáscara representa en promedio alrededor del 20 % del peso bruto cosechado del arroz, ^{[ 6 ]} nuestro planeta termina con una abundancia de este residuo escamoso.

Cada año se generan más de 100 000 000 de toneladas métricas de cáscaras de arroz en todo el mundo. ^{[ 7 ]} En 1995, Estados Unidos produjo alrededor de 1 260 000 toneladas métricas de cáscaras de arroz ^{[ 8 ]} en aproximadamente 50 molinos ^{[ 9 ]} ubicados en Luisiana, Texas, Arkansas, Misuri, Misisipi, Florida y California. Dado que la mayoría de los molinos almacenan arroz en cáscara y lo procesan diariamente, las cáscaras secas frescas están disponibles durante todo el año. Como las cáscaras no se biodegradan ni se queman fácilmente, a veces se ofrecen de forma gratuita.

Las cáscaras suelen venderse a unos 6 dólares por tonelada, aunque un molino indicó que las ha vendido a precios que oscilan entre 2 y 20 dólares por tonelada. ^{[ 10 ]}

La cáscara es un material de embalaje muy resistente y abrasivo, compuesto por dos mitades entrelazadas. Encapsula el pequeño espacio que deja el grano molido y, en proximidad a una miríada de otras cáscaras, forma una barrera térmica comparable a la de excelentes materiales aislantes. ^{[ 11 ]} Las pruebas de resistencia térmica realizadas en cáscaras de arroz enteras indican valores R superiores a 3,0 por pulgada. ^{[ 12 ]} Si el valor R de las cáscaras de arroz es tan favorable, ¿por qué no se han utilizado ampliamente para aislar estructuras residenciales y comerciales? ^{[ 13 ]}

Quizás nuestros científicos e ingenieros se centran únicamente en crear materiales y productos que puedan etiquetarse y comercializarse como patentados. Quizás el uso sencillo de la cáscara de arroz como material aislante no despierta suficiente interés científico ni comercial. Pero, ¿por qué centrarse en productos artificiales cuando abundan los materiales naturales? Sin duda, debe existir alguna razón profunda y evidente que haga que la cáscara de arroz cruda no sea adecuada como material aislante.

¿Arden las cáscaras de arroz? Sí, arden, pero con dificultad, como Eldon Beagle explicó tan elegantemente en una ocasión:

"La peculiar disposición estructural de sílice-celulosa en forma de 'haz de pajita' de las cáscaras da como resultado un objeto que no arde ni libera calor de manera similar a ninguna sustancia orgánica. Estas minúsculas estructuras tubulares con crestas de sílice ofrecen una resistencia inherente a la combustión. A menudo, sellan e impiden la combustión completa y uniforme, esencial para obtener el producto final deseado." ^{[ 14 ]}

Quien haya intentado prender fuego a cáscaras de arroz sueltas sabe lo difícil que es quemarlas. Dado que el aire no puede circular libremente a través de un montón de cáscaras de arroz para proporcionar el oxígeno necesario para una combustión rápida, no se queman de forma fácil ni limpia. La densidad aparente de las cáscaras de arroz sueltas es similar a la de la paja en balas, y quien haya intentado quemar una bala de paja comprende el problema de la disponibilidad de oxígeno. Pero la simple disponibilidad de oxígeno no lo explica todo.

Como hemos señalado anteriormente, el alto porcentaje de sílice opalina en las cáscaras de arroz es muy inusual en comparación con otros materiales vegetales, y algunos científicos afirman que durante la combustión de las cáscaras de arroz, la ceniza de sílice puede formar un "capullo" que impide que el oxígeno llegue al carbono del interior. Otros científicos especulan que, dado que la sílice y el carbono pueden estar parcialmente unidos a nivel molecular, se forma carburo de silicio durante la combustión a alta temperatura, y que la presencia de esta cerámica resistente al calor dificulta la combustión de la cáscara de arroz. ^{[ 15 ]} Otros científicos afirman que, a ciertas temperaturas, el enlace molecular entre la sílice y el carbono en la cáscara se fortalece, impidiendo así la combustión completa y uniforme de la misma. ^{[ 16 ]} En cualquier caso, incluso si logramos encender un montón de cáscaras de arroz, observamos que tienden a arder lentamente en lugar de prender fuego.

Las cáscaras de arroz son ignífugas y, a temperaturas normales, se autoextinguen. Una cerilla encendida, arrojada sobre un montón de cáscaras de arroz, generalmente se apagará sin producir una llama autosostenible en las cáscaras. ^{[ 17 ]}

El aislamiento de celulosa convencional requiere la adición de grandes cantidades de retardantes de llama y de combustión lenta. La concentración de sustancias químicas retardantes de llama y de combustión lenta (como ácido bórico, borato de sodio, sulfato de amonio, sulfato de aluminio, trihidrato de aluminio, fosfato mono o diamónico) en el aislamiento de celulosa convencional puede alcanzar hasta un 40 % en peso. ^{[ 18 ]} Estas sustancias químicas son costosas de adquirir y preparar, y la fibra celulósica debe someterse a una preparación exhaustiva para recibirlas.

Sorprendentemente, la cáscara de arroz no requiere retardantes de llama ni de combustión lenta. La naturaleza ha dotado a este subproducto agrícola de todas las propiedades de combustión necesarias para superar la prueba de flujo radiante crítico (ASTM C739/E970-89), la prueba de combustión lenta (ASTM C739, Sección 14) y la prueba de características de combustión superficial (ASTM E84). Pruebas recientes realizadas por R&D Services indican un flujo radiante crítico (CRF) promedio de 0,29 W/cm², una pérdida de peso por combustión lenta de entre 0,03 % y 0,07 %, un índice de propagación de llama (FSI) de 10 y un índice de desarrollo de humo (SDI) de 50. Dado que los códigos de construcción de EE. UU. exigen un FSI de 25 o menos y un SDI de 450 o menos, vemos que la cáscara de arroz superó fácilmente estas pruebas. En su estado crudo y sin procesar, la cáscara de arroz constituye un material aislante de Clase A o Clase I.

Todos los materiales orgánicos absorben o liberan humedad hasta alcanzar el equilibrio con la humedad relativa del aire circundante. La alta concentración de sílice opalina en la superficie exterior de la cáscara de arroz impide la transferencia atmosférica de humedad a la misma. Además, entre el 2,1 % y el 6,0 % de la cáscara de arroz está compuesta por un biopoliéster llamado cutina, ^{[ 19 ]} que, en combinación con una cera producida por la planta de arroz, forma una barrera altamente impermeable. La naturaleza emplea diversas estrategias muy eficaces para proteger el grano de arroz del agua y la alta humedad generalmente asociadas con el cultivo y crecimiento de esta planta.

En consecuencia, los estudios realizados en cáscaras de arroz a 25 °C indican que el contenido de humedad de equilibrio de las cáscaras de arroz a una humedad relativa del 50 % es igual o inferior al 10 %, mientras que a una humedad relativa del 90 %, el contenido de humedad de equilibrio de las cáscaras de arroz se mantiene igual o inferior al 15 %. ^{[ 20 ]} Una prueba de sorción de vapor de humedad (ASTM C739, Sección 12) realizada por R&D Services indica un aumento de peso de solo el 3,23 %. Esto está muy por debajo del contenido de humedad necesario para sustentar el crecimiento de hongos y moho.

La especificación estándar ASTM para el aislamiento de celulosa requiere una prueba de 28 días para comprobar la resistencia al crecimiento de hongos (véase la sección 10 de ASTM C1497, ASTM C1338, la sección 6.6 de ASTM C1149 o la sección 11 de ASTM C739). Siguiendo estas normas, R&D Services inoculó cáscaras de arroz con cinco especies de hongos diferentes, y las cáscaras de arroz superaron estas pruebas sin la adición de fungicidas ni otros productos químicos.

La alta concentración de sílice opalina en la superficie exterior de la cáscara de arroz también establece la dureza efectiva de la cáscara de arroz en valores aproximadamente iguales a los reportados para el ópalo (6 en la escala de Mohs). ^{[ 21 ]} Sin embargo, debido a la presencia de lignina dentro de la cáscara de arroz, esta dureza se ve atenuada por la flexibilidad y la elasticidad. Dado que la cáscara de arroz es dura y a la vez elástica, resiste el asentamiento y la compresión mucho mejor que los periódicos triturados. El asentamiento del aislamiento de celulosa en una cavidad de pared puede reducir su altura instalada hasta en un 25%. Por esta razón, a menudo es necesario estabilizar el aislamiento de celulosa mediante acetato de polivinilo o un adhesivo acrílico. Ninguno de estos compuestos estabilizadores es necesario con las cáscaras de arroz, si se vibran o compactan firmemente en una cavidad de pared.

Normalmente, las cáscaras de arroz sueltas tienen un ángulo de reposo de aproximadamente 35 grados. ^{[ 22 ]} Pero una vez compactadas firmemente en una cavidad de pared, sus diminutas puntas, bordes y pelos se entrelazan para lograr un ángulo de reposo negativo. Debido a esta peculiar unión de las cáscaras de arroz bajo una presión suave, se estabilizan de manera muy uniforme y no es posible que se asienten más. Además, dado que no es necesario agregar retardantes de llama, fungicidas ni ningún otro producto químico a la cáscara de arroz, R&D Services ha determinado que esta biomasa benigna y estable no emite olores desagradables (ASTM C739). Asimismo, R&D Services determinó que las cáscaras de arroz no corroen el aluminio, el cobre ni el acero (ASTM C739, Sección 9).

Con las cáscaras de arroz, no necesitamos participar en un proceso de minería o fabricación que genere contaminación del aire, contaminación del agua o erosión. ^{[ 23 ]} Con las cáscaras de arroz, no necesitamos participar en un proceso de fabricación que agote nuestras reservas de combustibles fósiles (como con el poliestireno, ^{[ 24 ]} el aislamiento de poliisocianurato y poliuretano). Con las cáscaras de arroz, no usamos productos químicos a base de cloro como fosgeno, clorhidrina de propileno ^{[ 25 ]} o cualquier clorofluorocarbono que agote la capa de ozono. ^{[ 26 ]} Con las cáscaras de arroz, no usamos urea formaldehído, y seguramente ninguno del fenol formaldehído utilizado en la mayoría del aislamiento de fibra de vidrio. ^{[ 27 ]} Con las cáscaras de arroz, no tenemos que preocuparnos por la irritabilidad o la carcinogenicidad del polvo y las fibras. ^{[ 28 ]} Además, quienes tienen sensibilidad química aguda no deberían preocuparse por la liberación de gases asociada con los aglutinantes en el aislamiento de fibra de vidrio, con la tinta en el periódico reciclado o con los COV liberados del aislamiento de espuma. ^{[ 29 ]} Dado que las cáscaras de arroz no requieren trituración, molienda con martillos, esponjado, fibrado, aglutinación o estabilización, poseen, seguramente en aquellos estados donde las cáscaras están disponibles, mucha menos energía incorporada que incluso el aislamiento de celulosa. ^{[ 30 ]} Dado que las cáscaras de arroz no se queman muy fácilmente, no requieren retardantes de llama o de combustión lenta, y dado que son tan resistentes y duraderas, nada impide que se usen y reciclen una y otra vez.

Quizás el costo más significativo asociado con la utilización de la cáscara de arroz sea su transporte. Con una densidad aparente de aproximadamente 9 lb por pie³ ^, [ ^{31 ] las} cáscaras sueltas se pueden transportar a un costo similar al de la paja empacada. Sin embargo, para reducir el costo del transporte, las cáscaras de arroz se pueden comprimir hasta 25 lb por pie³ ^sin destruir su elasticidad. ^{[ 32 ]} Recuperen fácilmente su densidad original una vez que se elimina la fuerza de compresión. Pero para transportar cáscaras de arroz de manera económica, no sería necesario comprimirlas a una densidad de 25 lb/pie³ ^. Con una densidad de solo 14.50 lb/pie³ ^, un remolque estándar de 53 pies alcanza una eficiencia de transporte óptima con su peso máximo legal de 24 toneladas. Si, con esta densidad de transporte, pagamos una tarifa promedio de transporte por carretera de $1.45 por milla, costaría aproximadamente $15, $30, $45, $60, $75 y $90 transportar una tonelada de cáscaras de arroz 250, 500, 750, 1000, 1250 y 1500 millas respectivamente (ver gráfico a continuación).

Con una densidad instalada de 9 lb/ft³ ^, una tonelada de cáscaras de arroz aísla 222 ft² ^de una cavidad de pared de 12 pulgadas. Por lo tanto, el costo por ft² ^incurrido por el transporte a estas mismas distancias es de $0.07, $0.14, $0.20, $0.27, $0.34 y $0.41 respectivamente (ver el siguiente gráfico).

Quienes viven a menos de 320 kilómetros de los molinos de arroz difícilmente encontrarán justificación para usar otro tipo de material aislante. Dado que muchos molinos venden a regañadientes la cáscara de arroz por menos de 5 dólares la tonelada, el argumento a favor de la cáscara de arroz se vuelve aún más convincente. A 5 dólares la tonelada, el costo de la cáscara de arroz por pie ^cuadrado de una pared de 30 centímetros de profundidad es de tan solo 0,02 dólares.

Suponiendo que paguemos no 5,00 dólares sino 25 dólares por tonelada (muy por encima del valor actual del mercado), encontramos que el precio de compra de las cáscaras de arroz por pie ^cuadrado de pared aislada es de solo 0,11 dólares. Si añadimos estos 0,11 dólares al coste del transporte a lo largo de esas mismas distancias, llegamos a un coste total por pie ^cuadrado de cáscara de arroz entregada en la obra de 0,18, 0,25, 0,32, 0,38, 0,45 y 0,52 dólares respectivamente (véase el gráfico a continuación).

Con estos sencillos cálculos, vemos que el transporte de cáscaras de arroz no debería limitar su uso generalizado como aislante. Estos cálculos nos permiten realizar dos comparaciones: una con respecto a la paja empacada y otra con respecto al aislamiento de celulosa de alta densidad. En comparación con todos los demás tipos de aislamiento disponibles actualmente en el mercado, estos dos tipos presentan el mayor contenido de material reciclado y el menor contenido de energía incorporada.

En promedio, una paca de paja de dos cuerdas (14x18x36 pulgadas) pesa 45 libras, se vende por $2.50 y su transporte al lugar de trabajo cuesta $1.00 adicional. ^{[ 33 ]} Colocada plana dentro de una pared, la paca de dos cuerdas representa 3.5 pies ^cuadrados de superficie de pared. Esto da un precio de compra de $0.71 por pie ^cuadrado de pared, al que debemos agregar otros $0.29 por transporte. Por lo tanto, el costo total de la paja empacada por pie ^cuadrado de pared de pacas es de aproximadamente $1.00. Esto representa más de cinco veces el precio de la cáscara de arroz transportada 250 millas y casi el doble del precio de la cáscara de arroz transportada 1,500 millas. Además, 12 pulgadas de cáscaras de arroz con un valor R de 3,0 por pulgada proporcionan un 37 % más de aislamiento que 18 pulgadas de paja empacada con un valor R de 1,45 por pulgada, ^{[ 34 ]} y esto, a un quinto o la mitad del costo, utilizando un 33 % menos de espacio en la pared.

El aislamiento de celulosa en una aplicación de empaque denso se inserta en una pared con una densidad aproximada de 3,5 lb/pie³ ^. Por lo tanto, una tonelada de aislamiento de celulosa aislará 571 pies² ^de nuestra pared propuesta de 12 pulgadas de profundidad. Con un precio promedio de entrega de $540 por tonelada, el aislamiento de celulosa cuesta aproximadamente $0,95 por pie² ^de pared aislada. Esto es ligeramente más barato que la paja en balas, pero aún así es aproximadamente cinco veces el precio de la cáscara de arroz transportada 250 millas y el doble del precio de la cáscara de arroz transportada 1500 millas.

Si el aislamiento de cáscara de arroz se compara favorablemente con el de balas de paja y celulosa, ¿cuánto más deseable debería ser que aquellos tipos de aislamiento con bajo contenido de material reciclado y alto contenido energético incorporado? La industria de la construcción en Estados Unidos demanda varios millones de toneladas de aislamiento anualmente. ¿No deberían las arroceras aliarse con arquitectos y constructores para reemplazar todos los tipos de aislamiento que no se producen de manera ambientalmente eficiente y beneficiosa?

En respuesta, alguien podría argumentar, con razón, que un muro de balas de paja portante ofrece mucho más que simple aislamiento. También se podría argumentar que hemos comparado el valor de aislamiento teórico de las cáscaras de arroz con el valor de aislamiento instalado de las balas de paja, un caso clásico de comparar peras con manzanas. Pero siempre que el sistema de muro esté correctamente diseñado (sin conductividad térmica a través de los elementos estructurales) y que las cáscaras de arroz estén distribuidas y compactadas uniformemente dentro del muro (sin espacios vacíos), los valores teóricos e instalados deberían ser iguales.

En 1994, la industria del aislamiento de celulosa consumió 420 000 toneladas de periódicos reciclados. ^{[ 35 ]} Esta es una actividad que debería promoverse y potenciarse en todos los sentidos. Si los molinos de arroz aportaran una cantidad equivalente a la industria del aislamiento, esto constituiría tan solo un tercio de la producción anual de cáscaras de arroz en Estados Unidos.

Con un precio de venta promedio de $25 por tonelada y una distancia de transporte promedio de 600 millas, esto generaría anualmente aproximadamente $10.5 millones de dólares en ingresos para los molinos de arroz y más de $15 millones de dólares para las empresas de transporte. Dado que Estados Unidos genera menos del 1.3% de la producción mundial de cáscaras de arroz, el resto del mundo tiene mucho más que ganar con este uso simple y sencillo de un subproducto agrícola tan abundante. Suponiendo que estemos convencidos de que las cáscaras de arroz ofrecen muchas ventajas sobre los materiales aislantes convencionales, ¿cómo deberíamos construir una casa superaislada utilizando cáscaras de arroz? Suponiendo además que quisiéramos construir la estructura de esta casa casi en su totalidad con materiales de desecho agrícola, ¿cómo deberíamos proceder? Dado que las cáscaras de arroz sueltas, a diferencia de las balas de paja, no tienen valor estructural, ¿cómo deberíamos construir las cavidades del piso, las paredes y el techo de una casa de cáscaras de arroz? La tecnología que nos permitiría crear sistemas de piso, paredes y techo a partir de materiales celulósicos de baja calidad ya existe. Empresas como Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser y Boise se especializan en una variedad de productos de madera de ingeniería, como vigas en I, madera laminada enchapada (LVL), madera de hebras paralelas (PSL), madera de hebras laminadas (LSL), madera de hebras orientadas (OSL), madera laminada encolada (GLULAM), etc. Estos productos de madera de ingeniería ofrecen una amplia gama de ventajas sobre la madera maciza tradicional.

Están libres de nudos y otras imperfecciones. No se encogen, deforman, tuercen, arquean, agrietan ni deforman. Son más resistentes, rígidas, ligeras, rectas y mucho más precisas que la madera maciza aserrada. Se pueden diseñar para cubrir distancias relativamente largas, con una capacidad de carga mucho mayor por unidad de peso. Los arquitectos pueden diseñar estructuras con un espacio habitable y útil mucho mayor, los constructores no tienen que lidiar con desechos ni desperdicios, y a los carpinteros les resulta fácil cortarlas e instalarlas.

Actualmente, el álamo temblón es la principal materia prima utilizada para fabricar muchos de estos productos de madera de ingeniería. El álamo temblón crece en bosques y, hasta ahora, la destrucción de estos bosques ha sido una consecuencia inevitable de la producción de madera de ingeniería. La construcción con balas de paja llama nuestra atención de manera tan poderosa por la sencilla razón de que utiliza un abundante material de desecho agrícola. Para construir un muro de balas de paja portante, no necesitamos talar ni un solo árbol ni afectar de ninguna manera la abundante y diversa vida que depende de los árboles. Además, no necesitamos destinar un acre adicional de tierra de cultivo para producir las balas necesarias para su construcción. La bala de paja es un producto secundario o subproducto del cultivo de trigo y la elaboración de harina.

Así como la agricultura nos proporciona la cáscara de arroz como subproducto, ¿no podría también ofrecernos una fibra leñosa resistente como subproducto de otra actividad? Buscamos un subproducto agrícola que, como por una lógica natural, se asemeje al bambú en muchos aspectos. No solo debería ser de rápido crecimiento y resistente, sino que incluso podríamos esperar una notable similitud con el bambú en cuanto a la estructura de la planta, más concretamente, la serie de nudos e internodos que caracterizan el tallo. Al igual que el bambú, debería ser una hierba perenne alta con una corteza exterior gruesa, pero a diferencia del bambú, podríamos esperar que pudiera cosecharse y utilizarse como un simple subproducto. No sería necesario reservar tierras específicamente para su cultivo, y todo el equipo necesario para su cosecha, transporte y preprocesamiento ya debería estar disponible. ¿Dónde podríamos encontrar una planta tan extraordinaria?

Ya existe. Introducida por Cristóbal Colón en el Nuevo Mundo ya en 1493, la caña de azúcar no representa nada nuevo para la agricultura en los Estados Unidos. ^{[ 36 ]} Pero desde su introducción en América, se ha cultivado principalmente por la gran cantidad de sacarosa que llena su interior. Aunque toda la sacarosa de alto valor se encuentra principalmente en su interior, el tallo entero se tritura, se prensa y se procesa, y al hacerlo, la integridad, la resistencia y el valor de la corteza leñosa exterior se destruyen por completo. En el mejor de los casos, sirve como combustible de baja calidad, y en el peor, se desecha al aire libre en grandes montones donde eventualmente podría autoincendiarse por la acción de bacterias termófilas. Es difícil comprender qué estamos desechando cuando incineramos la corteza exterior de la planta de caña de azúcar. Si comparamos la tasa de crecimiento y la calidad de la fibra de un bosque típico del noroeste del Pacífico con las de una plantación típica de caña de azúcar en Luisiana, descubriríamos con gran asombro que el campo de caña de azúcar supera con creces al bosque. En un período de tiempo equivalente, una hectárea de caña de azúcar puede producir casi el doble de pies tablares que una hectárea de bosque.

Una vez que el tallo o tronco pasa por una prensa de molino convencional, no solo se destruye la integridad estructural de la corteza, sino que la médula y la corteza se mezclan íntimamente, eliminando cualquier posibilidad de separarlas económicamente. El núcleo interno o médula de la caña de azúcar representa una fibra hemicelulósica biodegradable con muy poco valor estructural, y si buscamos alternativas a los productos forestales convencionales, incluso una pequeña cantidad de médula en productos de madera manufacturada sería muy indeseable. Por lo tanto, toda la atención se centra en encontrar la manera de separar la corteza de la médula antes del corte y la molienda de la caña de azúcar en el molino.

Actualmente, la mayor parte de la caña de azúcar en los países desarrollados se cosecha con una cosechadora de troncos. Esta máquina derriba el tallo y se clava en la superficie de la hilera, arrastrando consigo gran cantidad de desechos como hierro, arena, arcilla, terrones de arcilla, piedras, ladrillos, hojas y cogollos. A continuación, corta el tallo en troncos de aproximadamente 20 centímetros de longitud. En el mejor de los casos, en condiciones secas, una tonelada de caña contiene un 8 % de desechos inorgánicos en peso, y en condiciones húmedas, hasta un 30 %. La resistente fibra celulósica de la caña no solo se destruye por completo durante el proceso de molienda en el molino, sino que además se mezcla íntimamente con cantidades iguales de residuos inorgánicos.

Esta basura que entra al ingenio no contiene azúcar, y al salir del ingenio en forma de torta de filtración o bagazo, se lleva consigo el azúcar. Cada uno por ciento de basura en los lingotes representa una pérdida de producción de tres libras de azúcar por tonelada de caña. Más basura significa más mantenimiento, más floculante, más cal, más gas natural, más bagazo sin quemar, más torta de filtración, más cargadoras frontales, más tratamiento de agua, más balsas de sedimentación, más dragalinas para limpiar las balsas de sedimentación, más transporte, más inversión, más melaza, menos azúcar y más costos. Sin duda, debe haber una manera de maximizar la recuperación de azúcar y minimizar el costo de su producción, preservando al mismo tiempo la integridad de la cáscara.

Para solucionar este problema, se requieren dos tipos de separación. El primer separador, un separador de medio denso, elimina todos los residuos inorgánicos de la caña cortada, y un segundo separador, un separador mecánico, separa la médula de la corteza.

Engineering, Separation and Recycling LLC de Washington, Luisiana, ha diseñado más de 20 separadores de medios densos que se utilizan ampliamente en el preprocesamiento de una gran variedad de hortalizas de raíz, como patatas, zanahorias, salsifíes y remolachas. Este mismo separador de vegetales puede utilizarse con gran eficacia para separar los trozos de caña de azúcar de los residuos inorgánicos (véase la imagen inferior). Dado que un trozo de caña de azúcar tiene una densidad de aproximadamente 1,09 RD (muy similar a la de una patata), y que las bolas de arcilla, las piedras y los ladrillos tienen una densidad muy superior a 2,00 RD, esta separación es fácil y directa.

Una vez eliminado todo el material inorgánico de los lingotes, estos se dirigen a un separador mecánico muy moderno y sofisticado llamado "Separador Tilby". El Separador Tilby consta de un conjunto inicial de rodillos (una estación de corte) donde los lingotes se dividen en dos mitades longitudinales. Posteriormente, el proceso se divide en un conjunto de rodillos derecho e izquierdo (una estación de desmineralización), cada uno de los cuales raspa y separa la médula de la corteza. Los lingotes pasan por las estaciones de corte y desmineralización a una velocidad extraordinaria de 6 metros por segundo. Solo la médula se dirige al extractor de jugo, mientras que la corteza se envía a un secador. Una vez seca hasta alcanzar un contenido de humedad inferior al 2%, la corteza se puede transformar en prácticamente cualquier tipo de madera de ingeniería imaginable.

Dado que la estructura de la fibra y la longitud del lingote original se conservan completamente en el proceso Tilby, se requiere mucho menos pegamento en la fabricación de madera de ingeniería de lo que sería habitual. Si se transforma en montantes de madera de ingeniería, tenemos todo lo necesario para crear las cavidades de las paredes de nuestra propuesta casa de cáscara de arroz. Si se transforma en vigas en I de madera de ingeniería, tenemos todo lo necesario para crear las cavidades del piso y del techo. Los umbrales, las baldosas del piso, las tejas del techo e incluso la fibra necesaria para la fabricación de revestimiento de fibrocemento podrían fabricarse a partir de la fibra extremadamente resistente de la cáscara de caña de azúcar. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

Mediante el uso de madera de ingeniería, la opción de elevar toda la estructura del suelo (pilares y vigas) se presenta a un costo razonable y permite ubicarla en áreas bajas o en terrenos irregulares. De manera similar, el ático se convierte fácilmente en un espacio habitable abierto, despejado y útil, lo que reduce considerablemente el costo promedio por pie cuadrado de la estructura. ^{[ 39 ]} Dado que la producción anual mundial de caña de azúcar cruda se sitúa en alrededor de mil millones de toneladas, aproximadamente 75 millones de toneladas de corteza seca están potencialmente disponibles para la industria de la madera de ingeniería. Esto casi iguala los 100 millones de toneladas de cáscaras de arroz disponibles cada año en todo el mundo. Con estos dos subproductos del azúcar y el arroz, podemos construir y aislar millones de hogares cada año.

Como ciudadanos de una gran sociedad industrial, nos resulta difícil hacer cosas que realmente marquen la diferencia. Al optar por construir una estructura derivada en gran medida de residuos agrícolas, no solo hacemos lo correcto con respecto al medio ambiente, sino que también creamos una estructura muy superior a cualquier otra disponible convencionalmente. Esta casa de cáscara de arroz y caña de azúcar, con un aislamiento térmico excepcional, si se diseña correctamente, ^{[ 40 ]} debería ser considerablemente más barata de construir que una estructura convencional, a la vez que beneficia continuamente a su propietario con facturas de servicios públicos que nunca superan, en promedio, un dólar estadounidense al día.

Por lo tanto, ¿por qué construir de forma convencional cuando es mucho más económico y, en todos los sentidos, mucho más sensato hacerlo de otra manera? Hasta ahora, siempre podíamos refugiarnos en el hecho de que, mientras desconociéramos lo posible, no podríamos lograrlo. Pero esto no se trata tanto de deber u obligación, sino de encontrar formas nuevas y fascinantes de responder creativamente a la asombrosa e inmensurable belleza de nuestro universo.

La primera casa de cáscara de arroz, terminada en febrero de 2004, es el hogar de Paul y Ly Olivier. Ubicada en la histórica ciudad portuaria de Washington, Luisiana, justo enfrente de la magnífica plantación Magnolia Ridge, ^{[ 41 ]} es indistinguible de las casas construidas en la zona hace más de 150 años. Muchas de las técnicas de construcción descritas en este artículo se han aplicado en la construcción de esta vivienda.

Pablo Olivier

Ingeniería, Separación y Reciclaje LLC

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