Agromatter: desarrollo de materiales técnicos altamente sostenibles derivados de subproductos o residuos de la industria agrícola y alimentaria

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.

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.

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.