Extracción sostenible de fibra de plátano y compostaje con diseños de máquinas replicables

El plátano es la segunda fruta más producida del mundo y se cultiva en todas las regiones tropicales y subtropicales situadas entre 40°N y 40°S. En Nepal, la variedad más utilizada en la producción de Sparśa es Musa paradisiaca (grupo AAB), conocida localmente como Malbhog. Una planta de plátano tarda entre 9 y 12 meses en madurar y forma continuamente hojas a partir de su núcleo. Estas vainas foliares superpuestas forman el pseudotallo, que crece hasta que comienza la floración. Tras la fructificación y la cosecha, el pseudotallo se corta por la base porque cada tallo produce plátanos una sola vez. Cortar el tallo también estimula el crecimiento del siguiente pseudotallo de la misma planta. A lo largo de su ciclo vital, una planta de plátano puede generar unos 25 pseudotallos, cada uno de los cuales crece a velocidades diferentes y se cosecha en momentos distintos.

Este ciclo agrícola produce grandes cantidades de residuos. Cada racimo de plátanos cosechado corresponde a un pseudotallo que pesa unos 30-40 kg. Los agricultores suelen quemar estos tallos o dejar que se pudran en el campo. La quema requiere queroseno u otros acelerantes porque los tallos están muy húmedos, lo que provoca emisiones de gases de efecto invernadero y un humo espeso. Dejar que los tallos se pudran lleva meses y ocupa mucho espacio en las tierras de cultivo.

Los principales distritos bananeros de Nepal son Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali y Nawalparasi. En todo el país, el cultivo del plátano ocupa unas 21.413 hectáreas y produce aproximadamente 1.284.780 toneladas de residuos agrícolas al año. Dentro de estas zonas, destaca el municipio de Susta, en Nawalparasi, con casi 2.200 hectáreas de cultivo -una de las mayores concentraciones de Nepal- que generan unas 132.000 toneladas de residuos al año. Aquí es donde Sparśa eligió establecer su fábrica de extracción de fibra.

Las comunidades agrícolas de Susta están dirigidas por la comunidad y se mostraron abiertas y entusiastas a colaborar con nosotros, lo que hizo que la asociación fuera práctica y tuviera impacto. La zona era estratégica y socialmente adecuada: las materias primas son abundantes y las distancias de transporte son cortas, lo que garantiza que los troncos puedan procesarse en 72 horas para mantener la calidad de la fibra. Al mismo tiempo, Susta se enfrenta a retos sociales profundamente arraigados. Las mujeres tienen oportunidades limitadas fuera del hogar y a menudo carecen de igualdad de derechos y representación en la toma de decisiones de la comunidad. El estigma menstrual sigue siendo fuerte. Establecer la fábrica aquí nos permitió crear empleo digno para las mujeres, apoyar su independencia financiera y llevar a cabo campañas educativas en torno a la salud menstrual y la sostenibilidad medioambiental.

Sparśa desarrolló un modelo de economía circular que transforma los residuos agrícolas en oportunidades. Los troncos de plátano se recogen gratuitamente de los agricultores después de la cosecha, y a cambio la fábrica proporciona compost orgánico producido a partir de los residuos de la extracción de la fibra. Este intercambio no monetario reduce los residuos, favorece la fertilidad del suelo y genera confianza a largo plazo con los agricultores.

Las fibras de la planta del plátano contienen un 60-65% de celulosa, con fracciones menores de hemicelulosa (6-19%), lignina (5-10%), pectina (3-5%), cenizas (1-3%) y extractivos (3-6%). Una vez que el pseudotallo llega a la fábrica, se separan sus vainas. La madurez de la fibra varía en función de la posición de la vaina dentro del tallo: las capas exteriores suelen producir fibras más rígidas, mientras que las interiores son más blandas. Como resultado, la extracción puede ser ligeramente heterogénea a menos que los operarios clasifiquen y separen las vainas adecuadamente. Por término medio, pueden extraerse 11 hojas exteriores utilizables por pseudotallo.

La instalación de extracción de fibra de Sparśa procesa los troncos en fibras utilizadas para compresas menstruales compostables. Los troncos deben procesarse en 72 horas porque su contenido de humedad es del 90-92%. Los retrasos en el procesamiento desencadenan la descomposición y la fermentación, lo que provoca decoloración, malos olores y degradación microbiana. El rendimiento en fibra sigue siendo bajo: un pseudotallo de 20 kg rinde unos 150 gramos de fibra seca, dejando tras de sí grandes cantidades de residuos convertidos en compost.

Se emplean trabajadores adicionales estacionalmente durante 3-4 meses (agosto-noviembre) para cosechar, cortar y transportar los troncos desde los campos hasta la fábrica. Los principales costes operativos incluyen la mano de obra y el transporte con tractor. Aproximadamente 6.772 m² de explotaciones pueden suministrar suficientes pseudotallos al año para una producción constante de fibra.

Después de cosechar los plátanos, los agricultores suelen desechar el pseudotallo, a menudo llamado tronco, que en realidad contiene valiosas fibras naturales en sus vainas estratificadas. Sin embargo, antes de que pueda comenzar la extracción de la fibra, el pseudotallo debe dividirse longitudinalmente para exponer las vainas individuales. Este paso es esencial para una separación eficiente y reduce significativamente el esfuerzo del operador durante la extracción.

Originalmente, Sparśa utilizaba una cortadora de pseudotallos basada en una sierra circular que permitía a los trabajadores dividir los tallos en mitades. Aunque funcional, esta versión anterior requería que los operarios levantaran, equilibraran y empujaran manualmente de forma continua pseudotallos pesados a través de la cuchilla. Esto hacía que el proceso fuera físicamente exigente, largo y agotador. También limitaba el rendimiento, ya que sólo se podía procesar un tallo a la vez y la fatiga del operario ralentizaba rápidamente el flujo de trabajo. Estas limitaciones hacían que el proceso general de producción de fibra fuera menos eficiente y dificultara las largas jornadas de trabajo.

Para hacer frente a estas limitaciones, se diseñó una cortadora de troncos nueva y mejorada. El modelo mejorado sustituye el empuje manual por un mecanismo de alimentación de cadena y rueda dentada que agarra y avanza automáticamente el pseudotallo hacia la zona de corte. En lugar de confiar en una hoja de sierra circular, la máquina utiliza dos hojas de corte perpendiculares colocadas para dividir el tronco en dos mitades en una sola pasada. Este sistema integrado ofrece varias ventajas:

• Reducción del esfuerzo físico: Los operarios ya no tienen que empujar manualmente tallos pesados.
• Mayor rendimiento: La alimentación automática continua permite una producción más rápida y uniforme.
• Mayor seguridad: Las protecciones y la distancia de alimentación controlada mantienen a los operarios alejados de las cuchillas en movimiento.
• Corte más preciso: La alimentación automática mantiene una alineación de corte uniforme.

El proceso funciona de la siguiente manera

1. Colocación: El pseudotallo se coloca en la plataforma de alimentación por cadena.
2. Enganche: Las cadenas y las ruedas dentadas sujetan firmemente el pseudotallo y lo guían hacia delante.
3. Corte: El tallo pasa por dos cuchillas perpendiculares que lo dividen limpiamente en mitades.
4. Salida: Los trozos cortados caen sobre el lado de recogida, donde pueden pelarse manualmente para extraer la fibra.

Tras la división, los operarios pelan a mano cada capa de vaina. Cada vaina contiene una zona fibrosa junto con tejidos internos más blandos. Los operarios recortan los bordes no fibrosos con una cuchilla para eliminar las secciones con poca o ninguna fibra, lo que garantiza que sólo el material rico en fibra pase a la máquina de extracción.

Esta cortadora mejorada ha facilitado enormemente la manipulación del material, ha reducido la fatiga de los operarios y ha favorecido una mayor coherencia en el flujo de trabajo de extracción. También hace que el proceso sea accesible para los trabajadores con menos fuerza física, incluidas las mujeres que forman una parte clave de la mano de obra de Sparśa.

La extracción de fibra de plátano ofrece una forma sostenible de transformar los residuos agrícolas en un material natural de alto valor. Tras la cosecha de la fruta, el pseudotallo del plátano, que normalmente se desecha, es rico en fibras largas y duraderas adecuadas para productos biodegradables, textiles, cuerdas, papel y compresas.

Para extraer estas fibras de forma eficiente y consistente, Sparśa desarrolló una máquina semiautomática de extracción de fibras de plátano que mejora significativamente el rendimiento y la calidad en comparación con el raspado manual.

La máquina es un sistema accionado por motor que utiliza un tambor giratorio provisto de cuchillas raspadoras, accionado por un motor eléctrico de 3 CV. Durante el funcionamiento, el operario introduce manualmente las vainas de plátano entre el rodillo giratorio y una barra de soporte fija. A medida que la vaina pasa, las cuchillas raspan el material exterior carnoso, separando y liberando las fibras limpias. Un sistema de presión del rodillo ajustable permite al operario ajustar con precisión la separación en función del grosor de la vaina, lo que garantiza un funcionamiento más suave y un resultado de mayor calidad.

Una sencilla transmisión por correa y polea transfiere la energía del motor al tambor. El sistema se diseñó intencionadamente para que requiriera poco mantenimiento, fuera fácil de reparar en talleres rurales y fuera totalmente compatible con los componentes disponibles en los mercados locales. Su compacto bastidor soldado proporciona estabilidad, incluso durante largos ciclos operativos.

En condiciones típicas, la máquina produce aproximadamente 5 kilogramos de fibra seca por jornada laboral de 6-8 horas, dependiendo de la variedad de plátanos, el estado de las vainas, el afilado de las cuchillas y la habilidad del operario.

Pasos de trabajo detallados:

1. Preparación:
   Los pseudotallos del plátano se recogen, se parten, se pelan en vainas y se recortan a longitudes de aproximadamente 1-1,5 metros.
2. Alimentación:
   Se introduce una vaina cada vez en la máquina, ajustando la presión del rodillo al contenido de humedad y al grosor de la vaina.
3. Extracción:
   El tambor giratorio elimina el tejido rico en agua y libera las fibras incrustadas. El proceso se repite en ambas mitades de la vaina para maximizar el rendimiento.
4. Secado y almacenamiento:
   Las fibras extraídas se secan al sol o se colocan en un secador solar durante 1-1,5 días, dependiendo del clima. Una vez secas, se atan y se almacenan para la siguiente fase de procesamiento.

La cadena de transformación comienza tras la recogida del pseudotallo del plátano en las plantaciones cercanas. Cada pseudotallo está formado por vainas foliares estrechamente superpuestas. Primero se retiran las vainas exteriores y las hojas para dejar al descubierto las capas interiores aprovechables. Con el cortador de troncos, el pseudotallo se corta por la mitad longitudinalmente, lo que facilita considerablemente el pelado de las vainas y acelera el proceso de extracción.

Las vainas separadas se introducen en el extractor semiautomático de fibra de plátano de Sparśa. Cada vaina contiene múltiples capas con diferentes proporciones de material fibroso y tejido interior blando. Durante la extracción, un extremo de la vaina se introduce en la máquina mientras el operario sujeta el otro extremo. El tambor giratorio y las cuchillas raspadoras rompen el material de la pared interior, liberando las fibras incrustadas. La capa interior, más blanda y rica en agua, se raspa durante el proceso. El operario repite la extracción en ambos extremos de la vaina para maximizar la recuperación de fibras.

Para obtener la mejor calidad de fibra, la extracción debe realizarse en las 72 horas siguientes a la recolección del pseudotallo. Con un contenido de humedad del 90-92%, los tallos se descomponen rápidamente. Un procesamiento tardío provoca fermentación, decoloración y olor desagradable, todo lo cual compromete la fibra resultante.

La fábrica de fibra de Sparśa cuenta con tres máquinas de extracción, cada una de las cuales produce aproximadamente 3 kg de fibra seca al día, lo que da una producción diaria combinada de unos 9 kg. Los operarios suelen adquirir destreza al cabo de una semana de formación, y su eficacia mejora notablemente con la experiencia, lo que se traduce en una producción de fibra más uniforme.

Las fibras extraídas, de unos cuatro pies de longitud, se secan inmediatamente después de la extracción. El secado se realiza al sol o en el secadero solar de 251,712 pies cuadrados. El secado solar requiere entre 1 y 1,5 días en verano y hasta 3 días en invierno, dependiendo de las condiciones meteorológicas. Una vez completamente secas, las fibras se agrupan y almacenan para la siguiente fase.

A continuación, las fibras se transforman en papel. Las fibras largas se cortan en trozos más pequeños para facilitar su procesamiento, se lavan para eliminar impurezas y se introducen en una batidora Hollander, donde se baten hasta obtener una pasta uniforme.

Como el papel final se utiliza en productos sanitarios, la higiene y el control microbiano son esenciales. Por esta razón, hervimos la pasta después de batirla, en lugar de cocer previamente las fibras crudas. El batido lleva mucho tiempo, y si las fibras se hirvieran antes, el largo periodo de procesamiento aumentaría el riesgo de contaminación. Al hervir la pasta después del batido, minimizamos el crecimiento microbiano y podemos proceder directamente a la formación de hojas, lo que garantiza una producción de papel higiénica y de calidad sanitaria.

Tras la cocción, la pasta se diluye con agua en una gran cuba para conseguir la consistencia adecuada para la formación de hojas. Se sumerge un marco de malla en la cuba, lo que permite que una capa fina y uniforme de fibras se asiente en su superficie y forme la hoja húmeda inicial. A continuación, esta lámina se coloca bajo una máquina de prensado, que elimina el exceso de agua y compacta las fibras. Por último, las hojas prensadas se transfieren al secador solar, donde se secan hasta convertirse en un papel de fibra de plátano resistente y duradero.

Uso de la fibra

La fibra de plátano es un material natural versátil con aplicaciones en textiles, cuerdas, alfombras, geotextiles, artesanía, productos de papel y envases ecológicos. Se valora por su resistencia, biodegradabilidad y renovabilidad. A nivel mundial, la investigación continúa explorando la biomasa del plátano como una alternativa sostenible a las fibras sintéticas, apoyando modelos de economía circular y reduciendo los residuos agrícolas.

En Sparśa, el objetivo principal es producir fibra de plátano apta para papel, que se utiliza como núcleo absorbente de las compresas menstruales compostables de Sparśa. Esto concuerda con los objetivos del proyecto de crear productos de higiene responsables con el medio ambiente, reducir la contaminación por plásticos y demostrar cómo los residuos agrícolas pueden transformarse en una solución con impacto social.

El cultivo del plátano produce grandes volúmenes de residuos, incluidos los pseudotallos que no son aptos para la extracción de la fibra, las hojas y los purines generados durante el proceso de extracción de la fibra. En lugar de quemar esta biomasa o dejar que se pudra -ambas cosas contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero- Sparśa la convierte en abono orgánico. Este planteamiento reduce las emisiones de metano, favorece la salud del suelo y refuerza la misión de cero residuos del proyecto.

Residuos utilizados

• Hojas de plátano (40% ) - cortadas en trozos pequeños (3-50 mm).
• Troncos de plátano (35%) - partes inutilizables, troceadas mientras están frescas para una descomposición más rápida.
• Purín (25%) - los residuos fibrosos que quedan tras la extracción, prensados para eliminar el exceso de agua.
• Biocarbón (opcional) - se añade para mejorar la aireación, la actividad microbiana y la retención de nutrientes.

La receta del compost pretende alcanzar una proporción ideal de carbono-nitrógeno (C:N) de 20:1 a 35:1, ya que esta proporción influye en la actividad microbiana y en la velocidad de descomposición.

Procedimiento de compostaje:

1. Procesar previamente los materiales: Picar las hojas y los trozos de tronco a 3-50 mm. Prensar el purín para reducir la humedad.
2. Pesar o estimar las cantidades: Utilizar una balanza digital al principio; más tarde, los trabajadores pueden estimar por volumen.
3. Mezclar bien: Combinar los ingredientes en proporción 40:35:25 para formar una pila de compost uniforme.
4. Ajustar la humedad: Alcanzar un contenido de humedad del 50-60%. Añada agua si está seco; añada hojas o troncos secos picados si está demasiado húmedo.
5. Etiquete la pila: Marque cada nueva pila de compost con la fecha, el número de lote y la composición.
6. Controle las condiciones: Controle la temperatura, la humedad y el estado de la pila utilizando las hojas de control de la fábrica.

La temperatura se mide a dos profundidades: 25 cm y 50 cm. Un compostaje adecuado requiere mantener temperaturas entre 55-65°C para la higienización. Un descenso constante de la temperatura o una distribución desigual del calor interno indican la necesidad de voltear la pila. Deben evitarse las temperaturas extremas (>75°C) para evitar el sobrecalentamiento.

Al cabo de 4-5 meses, el compost se vuelve estable, desmenuzable, inodoro y listo para su uso agrícola. El compost final enriquece el suelo, reduce la dependencia de los fertilizantes químicos y garantiza la plena utilización de los residuos vegetales del plátano.