El LPFMA se encuentra realizando investigación aplicada para aprovechar productos del bosque reduciendo el impacto ambiental e integrando conceptos ecológicos, económicos y de ingeniería. El Dr. Marco Contreras es el académico de la Universidad Austral de Chile a cargo, con quien conversamos de los proyectos desarrollados y su visión comparada de la industria forestal chilena.
Últimamente mucho se habla de apoyar la ciencia y la investigación como pilares fundamentales de desarrollo y crecimiento para un país que basa su economía en commodities. Ese apoyo se traduce en financiamiento y en Chile existen dos opciones: el financiamiento estatal a través de fondos concursables y el privado que pueden hacer las empresas. A ambas formas apela el Laboratorio de Producción Forestal y Medio Ambiente de la Universidad Austral de Chile, UACh.
Marco Contreras es Ingeniero Forestal y en 2003 inició un Magíster y luego un Doctorado en la Universidad de Montana, Estados Unidos. Fue académico de la Universidad de Kentucky y profesor especializado en operaciones forestales con manejo eficiente de las prácticas productivas en torno a la sustentabilidad medioambiental. En 2019 vuelve a Chile integrándose al equipo de trabajo de la Universidad Austral, liderando este espacio de investigación integrado también por un Ingeniero Forestal, un Ingeniero en Informática y una estudiante de Ingeniería Forestal, cuya conformación no ha sido fácil debido a los contratiempos como consecuencia del estallido social y, luego, de la pandemia. “Es un grupo reciente, más profesionales van a unirse en la medida que se vayan adjudicando proyectos y financiamiento para abordar distintos temas.”
*Leer artículo en Revista Contratistas Forestales.
Hoy, son tres los proyectos que se desarrollan en el LPFMA, “uno sobre planificación para cuantificar la productividad y los tiempos de operación de las maquinas en cosecha en alta pendiente, con volteo mecanizado asistido y torre de madereo con torre y garra que se está trabajando con la empresa Arauco. Otro proyecto más grande de cuantificación del impacto económico del cambio climático en las plantaciones, llamado Adaptación al cambio climático en la actividad forestal: productividad y reducción de impacto que cuenta con financiamiento de Corfo y un proyecto de postulamos al Fondo de Fomento de Desarrollo científico y Tecnológico, FONDEF que quedó en lista de espera, pero será repostulado con las correcciones necesarias,” explica Marco Contreras.
Este último busca desarrollar una herramienta para automatizar el diseño de las vías de saca que siguen los equipos terrestres en el bosque, para minimizar los costos de madereo y los impactos al suelo. “Esta herramienta operacional hoy no existe y la idea es desarrollarla para uso general para los contratistas y para las empresas y lo destacable es como se combinan sus dos ámbitos de acción: lo productivo y lo ambiental. Están apoyando las dos empresas forestales más grandes ya que FONDEF otorga como máximo $200 millones y se necesita cofinanciamiento de, por lo menos, un 20. La posibilidad de que las empresas más grandes puedan cubrir ese financiamiento es mayor a la de las empresas contratistas.”
“Tenemos la idea de trabajar junto a los Contratistas Forestales, ya que en Chile no hay un documento publicado que caracterice a las empresas de servicios forestales, cuáles son sus niveles de tecnificación, de productividad, en la línea de análisis FODA, donde a través de encuestas podamos tener esa información. Está ese desafío pendiente.”
“Para la investigación y por una razón de escala, lo que siempre se hace es colaborar con los grandes propietarios porque ellos tienen el financiamiento disponible para resolver problemáticas específicas que puedan tener. Y por tema de escala es más difícil trabajar directamente con empresas contratitas, aunque ellos tienen muchas necesidades que resolver. El desafío es acordar ideas con todo el gremio y resolver alguna problemática que sea común para todos,” plantea Contreras.
Según tu experiencia y perfeccionamiento realizado en otros países, ¿Cómo ves al sector forestal nacional?
Lo principal que veo desde mi llegada es que hay un sector forestal en Chile muy productivo, de alto nivel, pero el nivel de publicaciones y el intercambio de la academia con el sector productivo es muy poco y, claramente, es algo que tenemos que cambiar. Hay una oportunidad de trabajo y de colaboración muy grade. El sector forestal lo necesita, necesita tener herramientas que bajen de la academia, la idea es hacer investigación aplicada que tenga utilidad, que la investigación no termine en un paper en inglés en un journal, sino que termine en un tipo de herramienta que sea de uso de todos, para los contratistas y propietarios y esperamos contar con el apoyo de todos.
No es fácil comparar un país con otro porque estos tienen distintas situaciones. Por ejemplo, en EE. UU. hay varios sectores del país que se caracterizan por el tipo de bosque que cosechan y, de acuerdo con eso, es la industria forestal que está relacionada. En el sureste la caracterización es plantación de pino muy similar a lo que hay acá, en el suroeste hay bosque nativo y coníferas de grandes dimensiones. Kentuky, más cercano al este, es el segundo mayor productor de madera latifoleada, que sería muy similar a lo que es el manejo del bosque nativo acá y las empresas forestales que aprovechan estos bosques son muy pequeñas, de 3 a 4 personas, empresas familiares que trabajan con pequeños propietarios. Hay mucha diversidad en el sector forestal en EE. UU. y Canadá.
Se conoce desde afuera que el sector forestal chileno tiene muy alto nivel. Contantemente hay cambios en la mecanización, hay aumento en la productividad y bajas tasas de accidentabilidad. Es dinámico y, entonces, la cuantificación y costos de maquinarias también lo son, va cambiando y continuamente hay que medir para entender cómo funcionan los sistemas y ver la mejor forma de intervenir un bosque.
Se sabe en los otros países forestales de América, que Chile tiene un sector productivo mecanizado muy capaz y para mi fue un cambio bastante grande el que vi al volver. Me fui el 2003 con una idea del sector forestal y vuelvo 16 años después y ha cambiado mucho. Hay mucho más nivel de tecnificación, el capital humano es mucho más profesional de lo que era antes, hay mayor cuidado medio ambiental y social, no solamente de lo productivo, costo-utilidad sino que la interacción con el medioambiente y las personas es algo que es parte de la ecuación. No lo vi tanto antes de irme, lo que hace mucho más complejo analizar estos sistemas, porque no son solamente máquinas, hay personas, hay comunidades y hay medioambiente y todo eso se tiene que analizar desde un punto de vista más global, más integrador.
El sector forestal aquí es un ejemplo y la educación de los Ingenieros Forestales también, ha habido un cambio en los programas curriculares, se han incluido habilidades más blandas y aspectos más generales, no solamente técnicos. La preparación técnica de los ingenieros forestales aquí es mayor, es mejor en mi opinión que las personas que estudian ciencias forestales en Norteamérica, sin duda nuestros ingenieros forestales salen mejor preparados.
Desde tu sentir, ¿cuál debiera ser la proyección de este Laboratorio?
Hay muchas líneas de investigación potencialmente productivas y de gran impacto a la sociedad que se deben seguir explorando. La limitación es el financiamiento y la única forma de obtenerlo y contratar a personal que nos ayude a realizar estos estudios y trabajos, es postular a fondos concursables. También hay que trabajar con las empresas y eso ya lo estamos haciendo. Entonces, tenemos que generar ideas que sean atractivas y que se demuestre la potencial utilidad y nuestra idea principal ahora que nos permita crecer es a través del financiamiento de fondos concursables.
Hay varias líneas de investigación que nos interesan, obviamente trabajar con las empresas forestales y con los contratistas en asuntos básicos de medir productividad y costos es algo que tenemos que seguir haciendo.
También hay una línea de investigación con respecto a la productividad y los impactos en el bosque nativo que es súper interesante, pero la complejidad es mayor y los fondos son muy limitados. Hay mucho que hacer como, por ejemplo, generar ideas atractivas para obtener recursos de estos concursos para conciliar aspectos productivos y socioambientales.
Web Laboratorio: https://www.lpfma.cl/
Diseño de vías de saca
La ubicación de las vías de saca, senderos que siguen los equipos de madereo dentro del bosque, afectan los tiempos de viaje y consecuentemente la productividad del madero, los costos del madereo y el costo total de la cosecha. Adicionalmente, tanto el tránsito de equipos de madereo y/o el arrastre de la carga causan impactos al suelo, los cuales se concentran a lo largo de vías de saca principales. Actualmente, estas vías se trazan de forma manual basado en observaciones en terreno de las características topográficas, distribución del volumen a cosechar, ubicación de canchas de madereo, y zonas de protección. Aunque los diseños manuales pudieran reducir los costos de madereo e impactos al suelo, es prácticamente imposible evaluar el sinnúmero de alternativas posibles y obtener una red de vías de saca óptima.
En este sentido, se ha desarrollado un procedimiento automatizado para identificar vías de saca que minimizan simultáneamente los costos de madereo e impactos al suelo. En tres estudios, el LPFMA ha aplicado el procedimiento para diseñar vías de saca en operaciones de raleo, cosecha a tala raza y se ha comparado vías de saca optimizadas con vías de saca trazadas en terreno. Los resultados demostraron la factibilidad de generar vías de saca óptimas, evidenciaron la prueba de concepto del procedimiento y se cuantificó, a través de una comparación retroactiva, el beneficio económico y ambiental de aplicar diseños optimizados en comparación con diseño manuales de vías de saca.
Se continúa trabajando en esta línea de investigación para obtener financiamiento que permita realizar mediciones de productividad, costos de madereo e impactos al suelo de distintos equipos de madereo y en diferentes tipos de suelo, e implementar este procedimiento en un software para facilitar su uso por empresas forestales, empresas de servicios y consultores forestales.
Uso de datos LiDAR para la caracterización de vegetación y terreno
Los avances en tecnologías de sensores remotos, los sistemas de información geográfica y la ciencia de la información han traído impresionantes cambios a la adquisición de datos de inventarios forestales a escalas temporales y espaciales sin precedentes. En las últimas dos décadas, la tecnología LiDAR (Light Detection and Ranging) ha sido usada para obtener datos forestales a nivel de rodal e incluso a nivel de árbol, que incluyen posición, altura y ancho de copa, como también atributos derivados como el DAP y volumen. Esta información tiene el potencial de reducir drásticamente los tiempos y costos de inventarios forestales.
Durante el trabajo doctoral del Dr. Hamid Hamraz, quien actualmente trabaja como científico de datos computacional en Microsft Corporation, el LPFMA ha desarrollado un procedimiento computacional no-paramétrico que detecta la ubicación de árboles, delinea la copas y obtiene alturas basado en información local de la nube tridimensional de puntos LiDAR y no requiere de supuestos a priori de forma y tamaño de copa ni de estructura de rodal.
En diversos estudios, han evaluado la exactitud de modelos digitales de terreno derivados de datos LiDAR, aplicado el procedimiento de detección de árboles en bosque nativo a nivel de parcelas y a nivel de bosque, desarrollando procedimientos para estratificar el dosel de rodales, identificando árboles en diferentes estratos para mejorar la detección de árboles suprimidos y usando métodos de aprendizaje de máquinas para identificar tipos de especies.
Planificación de accesibilidad y transporte forestal
El transporte de productos forestales desde el bosque a los centros de conversión es la actividad de mayor costo en las operaciones forestales. Tradicionalmente, el objetivo ha sido encontrar las rutas que minimicen los costos variables de transporte y costos fijos de construcción o mantención de caminos. Estos problemas se suelen formular a través de programación entera mixta, pero como su complejidad es NP-complejo, la aplicación de algoritmos exactos, como Branch and Bound, está limitada a problemas de pequeña a mediana escala. Alternativamente, algoritmos de aproximación se usan para resolver problemas reales de gran escala en un tiempo razonable.
La optimización por colonia de hormigas (OCH) en un método metaheurístico que ha sido ampliamente aplicado para resolver problemas de optimización modelados a través de grafos, como es el caso del problema de planificación y transporte forestal. Se desarrolló un algoritmo de OCH para resolver problemas hipotéticos de transporte de mediana escala obteniendo soluciones cercanas al óptimo, y aplicado el algoritmo para resolver problemas reales con miles de segmentos de caminos, cientos de rodales, y múltiples productos y periodos de planificación. Como la calidad de la solución de algoritmos de OCH son altamente dependientes de los valores de parámetros iniciales, desarrollaron métodos con ajuste automático de valores de parámetro para consistentemente obtener soluciones de alta calidad. Esperan poder adoptar estos modelos en herramientas que sirvan como una alternativa generalizada de solución de problemas de transporte con costos fijos y variables.
Uso de biomasa forestal para la generación de energía
La biomasa forestal es utilizada para la generación de energía (calor y/o electricidad) a través de la sustitución de combustibles fósiles y la captura y almacenamiento de carbono en la vegetación y en el suelo. Sin embargo, incluso en regiones con una gran disponibilidad de biomasa forestal con dimensiones y calidad que no satisface los requerimientos para productos madereros tradicionales, su uso continúa siendo mínimo debido a los costos de la cadena de suministro. En este contexto, se hace relevante identificar las mejores alternativas de recolección, procesado, transporte, almacenado de biomasa para reducir los costos de la cadena de suministro.
En el LPFMA ha desarrollado modelos espaciales para identificar sitios económicamente eficientes de aprovechamiento de biomasa basado costos de procesado y transporte, ubicación de plantas de consumo y precios de biomasa puesta en planta, evaluado políticas de incentivos que permitan aumentar el uso de la biomasa.
Durante el trabajo de magíster del MSc Rodrigo Labbé, fueron evaluados en términos de productividad, costos y emisiones de CO, diferentes sistemas de aprovechamiento de biomasa caracterizados por un bajo grado de mecanización, para el uso de la regeneración natural de Acacia melanoxylon dentro de plantaciones de Eucalyptus, a partir de ensayos establecidos en la comuna de Valdivia. En estos ensayos también se evaluaron distintas técnicas de secado natural en función del tiempo de apilado, altura de la pila y uso de cobertor. Mediante la estadía de investigación en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Rottenburg (Alemania), Labbé fue parte del equipo de investigación que desarrolló un método innovador de pretratamiento de materia prima para reducir el costo de secado durante el proceso de producción de pellets de madera. También ha contribuido en el estudio de la conveniencia económica de sistemas de calefacción central y distrital con astillas de madera respecto a alternativas fósiles, bajo distintos escenarios de demanda térmica, eficiencia energética y disponibilidad de biomasa en la región de Los Ríos.
En la actualidad están trabajando para estimar la distribución y cantidad de biomasa potencialmente aprovechable para ser utilizada en la generación de bioenergía a nivel regional (región de Los Ríos) y desarrollar modelos que permitan identificar la mejor opción de maquinaria de procesado y transporte al igual que las ubicaciones deseadas para establecer distintos tipos de plantas de consumo.