Agromatter

Desarrollo de materiales técnicos altamente sostenibles derivados de subproductos o residuos de la industria agrícola y alimentaria

Hasta un tercio de todos los alimentos producidos en todo el mundo para el consumo humano (cerca de 1,3 mil millones de toneladas al año) se estropea o se desperdicia antes de ser consumido, siendo España el séptimo país europeo que más comida desperdicia cada año (7,7 Mt). Estos datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), dan cuenta de la enorme cantidad de residuos generados en la mayoría de los procesos propios del sector agrario y alimentario y evidencian que toda solución de alto valor añadido en materia de valorización de estos desechos que se pueda ofrecer a este perfil de empresas va a impactar de forma muy positiva en la cadena productiva.
Por otro lado, la producción mundial de plástico sube año a año, estableciéndose en 2020 en 367 millones de toneladas de plástico (Plastics – the Facts 2021), a pesar de haber visto un leve descenso provocado por la irrupción de la pandemia del Covid-19. En paralelo, los requisitos de la nueva legislación europea y nacional sobre Economía Circular han despertado un gran interés en la industria por el desarrollo de materiales obtenidos a partir de fuentes sostenibles.
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El crecimiento de los polímeros biobasados supera a los polímeros convencionales.
Como consecuencia, por primera vez, el crecimiento de los polímeros biobasados supera a los polímeros convencionales, tal y como refleja la segunda edición de “Circular Economy for Plastics – A European Overview”, publicada por Plastics Europe. Así, 4,6 millones de toneladas de plástico reciclado postconsumo se emplearon para nuevos productos, de un total de 10 millones de toneladas enviadas a reciclar. Además, se prevé que la capacidad mundial de producción de bioplásticos aumente desde 2,11 millones de toneladas en 2020 a aproximadamente 2,87 millones de toneladas en 2025, según los últimos datos de mercado recopilados por European Bioplastics en cooperación con el Nova-Institute (informe “Bio-based building blocks and polymers – Global Capacities). Sin embargo, estas cifras están aún lejos de la producción global de polímeros derivados del petróleo (370 millones de toneladas), por lo que se hace necesario optimizar las capacidades de producción y las aplicaciones de uso de este tipo de materiales.
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Los biomateriales se adecuarán a aplicaciones para el sector del envase y embalaje.

Soluciones para una industria que reclama materiales poliméricos

¿Y, si, para solucionar la necesidad de nuevos materiales poliméricos y la reducción de los residuos alimentarios, apostáramos por bioplásticos producidos por los residuos del sector agrario y alimentario?

Con el fin de dar respuesta a este reto, la Agrupación Cervera Agromatter (2021- 2023) trabaja en la obtención de nuevos biomateriales de alto valor añadido, bajo impacto medioambiental y fácil reciclabilidad mediante la valorización de residuos y subproductos agrícolas mediante tecnologías sostenibles. Estos materiales se adecuarán a aplicaciones para el sector del envase y embalaje, el sector biotecnológico, el textil, el de cosmética, el de automoción y el alimentario, entre otros.

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Utilización de plásticos en campos de cultivo.
La obtención de estos materiales permitirá a la industria alinearse con los requisitos en materia de Economía Circular y Sostenibilidad recogidos en la legislación, como es el caso de la nueva Ley de Residuos y Suelos Contaminados, que busca cumplir con los nuevos objetivos establecidos en las directivas comunitarias de residuos en línea de la Estrategia Española de Economía Circular (España Circular 2030). En dicha ley se recogen diversos tipos de residuos, entre los que se encuentran los generados en la industria agroalimentaria, no sólo por su impacto en el medio ambiente sino también por el desperdicio de recursos que suponen. Para incentivar la economía circular y evitar este destino final, esta norma incluye un impuesto a la incineración, coincineración y al depósito de los residuos en vertedero.

Nuevos materiales de envase y embalaje de bajo impacto ambiental

ITENE participa en el proyecto Agromatter como Centro de Excelencia de la red Cervera junto a otros cuatro centros tecnológicos complementarios en los ámbitos agrícola, biotecnológico y de ciencia de materiales: el Centro Tecnológico Nacional de la Conserva y Alimentación (CTNC), la Asociación de Investigación de la industria Textil (Aitex), Fundación Andaltec y el Centro Tecnológico Nacional Agroalimentario de Extremadura (Ctaex).
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Esquema Agromatter envases.
El centro tecnológico aporta a este proyecto su experiencia y conocimiento en el campo de la biotecnología, los bioprocesos, así como la síntesis de nuevos biopolímeros y la formulación de grados para su transformación y aplicación en el sector del envase y embalaje de productos alimentarios y cosméticos.

En Agromatter, ITENE está centrando sus esfuerzos en el estudio de valorización de residuos y subproductos para el desarrollo de nuevos materiales de envase de bajo impacto medioambiental y con un ciclo de vida perfectamente definido. Para ello, colaborará en todas las fases del proyecto:

1. Desarrollo de procesos de pretratamiento y acondicionamiento biotecnológicos: Se trata de tratamientos que permiten la obtención de azúcares de segunda generación y otros compuestos orgánicos fácilmente asimilables (aminoácidos, ácidos grasos, etc.). Estos compuestos se utilizarán posteriormente para ser biotransformados en una amplia variedad de productos, gracias a diversos microorganismos empleados en los procesos de fermentación. Para ello, se están evaluando procesos combinados de hidrólisis química y enzimática, optimizando variables del proceso y desarrollando cócteles enzimáticos ad-hoc de acuerdo con el biorresiduo de interés.

2. Desarrollo de procesos fermentativos avanzados para la obtención de compuestos de interés: Los procesos de fermentación son los que posibilitan la conversión controlada de moléculas simples en compuestos químicos a través de poblaciones microbianas. La mayoría de los procesos fermentativos han sido orientados hacia la generación de productos químicos de alto valor añadido, como alcoholes y ácidos orgánicos, muy demandados por la industria (en particular, en la industria de desarrollo de materiales), debido al potencial que presentan como materia prima para la producción de polímeros.

En esta línea, se están sintetizado biopolímeros a partir de building blocks, como el ácido láctico o el ácido succínico, y partir de los microorganismos, como polihidroxialcanoatos (PHA) o celulosa bacteriana. En este apartado, ITENE está optimizando y aumentando los rendimientos y escalando los procesos para que la valorización de residuos a nivel industrial sea una realidad próxima.

3. Desarrollo de procesos downstream de alta eficiencia de purificación y validación de los building blocks y polímeros naturales desarrollados: Se está profundizando en sistemas avanzados de purificación de los distintos compuestos obtenidos mediante tecnologías de bajo coste y sostenibles.

4. Desarrollo de procesos de polimerización a partir de monómeros, ácidos orgánicos y building blocks provenientes de residuos: En esta línea, se está trabajando en la adecuación de las condiciones de proceso con el objetivo de obtener polímeros con propiedades comparables a los obtenidos a partir de materias primas convencionales.

Obtención de nanoaditivos celulósicos a partir de la extracción y purificación de celulosa

Actualmente, la cadena de suministro de la transformación de plásticos suele constar de tres pasos: polimerización, compounding y una transformación posterior. En las aplicaciones industriales, estos tres pasos están separados en tiempo y espacio, ya que cada paso del proceso es realizado por diferentes empresas en la cadena de producción.
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Residuos naranja, romanescu y FORSU.

Los procesos de síntesis química o polimerización de los materiales de partida acostumbran a ofrecer productos controlados, con poca variabilidad en propiedades de partida, que suelen ser ajustados a la aplicación final mediante el empleo de distintos aditivos en el proceso de compounding. Por lo tanto, una vez obtenidos estos biopolímeros, es necesario desarrollar formulaciones adecuadas a la aplicación y a las propiedades requeridas en su uso, tales como la resistencia y estabilidad, incorporando en las formulaciones, por ejemplo, compuestos como estabilizantes, ayudantes de proceso, o refuerzos, entre otros. Esto es debido a que los plásticos tienen una serie de deficiencias que limitan su uso en determinadas aplicaciones, acentuándose más en los plásticos de origen renovable, los cuales deben superar la barrera del uso de materiales convencionales.

Para hacer frente a esta situación, Agromatter plantea la obtención de nanoaditivos celulósicos a partir de la extracción y purificación de celulosa de diferentes residuos o subproductos, utilizando procesos respetuosos con el medio ambiente, escalables, industrializables y competitivos. Estos nanoaditivos permitirá el desarrollo de nuevos grados poliméricos con las propiedades mejoradas que demanda tanto el sector de materia prima, como los convertidores y los usuarios finales.

El papel de ITENE esta tarea será el de identificar las propiedades objetivo a mejorar, optimizando los procesos de obtención de biopolímeros reforzados con nanoaditivos lignocelulósicos.

¿Cómo lo haremos? Mediante el diseño de husillos que nos ayuden a dispersar correctamente los aditivos en las matrices poliméricas y alcanzar los nuevos grados con mejoras en las propiedades térmicas, mecánicas y barrera.

Finalmente, se trabajará en diversas tecnologías (inyección, extrusión-soplado, etc.) para la fabricación de envases finales de origen renovable, teniendo en cuenta que los polímeros biobasados y biodegradables son más sensibles a las altas temperaturas de procesado que los polímeros convencionales. El desarrollo de estas tecnologías en el proyecto Agromatter favorecerá y ayudará a las empresas en la transición hacia un modelo de economía circular, fomentando la colaboración e implicación de todos los actores de la cadena de valor.

Este proyecto está financiado por el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial), a través del Ministerio de Ciencia e Innovación, en el marco de ayudas destinadas a Centros Tecnológicos de Excelencia ‘Cervera’. CER-20211013.

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