Itene ha liderado el proyecto europeo SEALIVE para obtener nuevos materiales biodegradables y compostables

Nuevas soluciones sostenibles para aplicaciones de envase

María José Jiménez y Amparo Verdú – Centro Tecnológico Itene

25/09/2024

La búsqueda de productos sostenibles por parte de los consumidores ha experimentado una clara tendencia ascendente en los últimos años. Esto afecta directamente al sector del envase, que se encuentra en el punto de mira por la gran cantidad de residuos cuyo uso, en constante crecimiento, supone. Con el objetivo de dar respuesta a esta nueva demanda, se están realizando numerosas actividades de investigación, entre las que destacan la mejora de la reciclabilidad y la introducción de soluciones compostables.

Siguiendo esta línea, Itene ha trabajado en numerosos proyectos, como NENU2PHAR y SEALIVE, en los que se ha realizado una exhaustiva investigación con el propósito de ofrecer alternativas que cumplan con estos requerimientos. En NENU2PHAR se ha abordado el desarrollo de materiales basados en PHA obtenidos a partir de microalgas para diversas aplicaciones, entre las que se encuentran envases flexibles y rígidos. Por su parte, el proyecto SEALIVE, con el fin de reducir los residuos plásticos y la contaminación en tierra y mares, ha impulsado el uso de nuevos biomateriales con propiedades mejoradas para diferentes aplicaciones, contribuyendo así a una economía circular.

El sector de los envases se encuentra en constante trasformación debido tanto a los cambios de consumo de la población, con una tendencia creciente de soluciones sostenibles, como a la nueva legislación que se está estableciendo para regular su uso. Este sector, lejos de quedarse estancado, ha mostrado una gran capacidad de adaptación, generándose numerosas actividades de I+D+i con el fin de cumplir con estas nuevas demandas del mercado y, en este sentido, se pueden distinguir dos grandes tendencias. Por un lado, el incremento de uso de materiales reciclados, así como la prevalencia de los materiales más fácilmente reciclables sobre los que no lo son, y, por otro, el rápido crecimiento de la introducción de soluciones biobasadas y/o compostables.

En el sector de los materiales compostables se ha detectado una gran capacidad de evolución, en gran medida debido a la novedad de estos materiales, cuyo uso tiene una tendencia tal de crecimiento que se espera que en los próximos años alcancen una producción global de 7,43 millones de toneladas, cuadriplicando los 1,81 millones de 2022. Actualmente, el sector en que el grado de consumo de estos materiales es mayor es el del envase, tanto rígido como flexible, superando el millón de toneladas, cifra muy alejada del resto de sectores en que se emplean.

Si bien de los materiales citados el más asentado en cuanto a capacidad de producción hoy en día es el PLA, éste cuenta con algunas carencias que están limitando su uso en algunas aplicaciones, como son las que requieren un compostaje doméstico, una alta flexibilidad o cierta resistencia térmica. Esto ha generado una ávida búsqueda de materiales que permitan superar estas barreras, surgiendo los polihidroxialcanoatos (PHA) como una familia de materiales con una gran gama de propiedades, que posibilitan su uso en un amplio número de aplicaciones. La longitud de cadena y las distintas unidades monoméricas que los forman aportan diferentes características; entre ellas, algunas de las propiedades comunes que más llaman la atención en el sector del envase son sus excelentes propiedades barrera a gases y vapor de agua, así como su biocompatibilidad. Se está trabajando, por tanto, en mejorar otros factores como la inestabilidad térmica o rigidez de algunos de los PHAs más comunes, como el poli(3-hidroxibutirato) (PHB) o el poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), con el fin de impulsar su consolidación en el mercado.

En este sentido, han surgido numerosos proyectos de investigación que abordan tanto la optimización de propiedades de los PHAs, como de sus procesos de producción, naciendo así el proyecto NENU2PHAR, financiado por el programa Biobased Industries Joint Undertaking (BBI JU) de la UE. El objetivo de este proyecto ha sido la obtención de PHA a partir de fuentes de carbono poco exploradas, como son las microalgas, así como la selección de cepas de bacterias adecuadas para su obtención. Se ha considerado dentro del proyecto la mejora de los PHAs sintetizados de forma que se alcanzaran las propiedades necesarias para la obtención de 8 prototipos de diferentes características, entre los que se encuentran 4 para aplicaciones de alimentación, una para el sector de la cosmética, una para impresión 3D, una para aplicaciones biomédicas y, por último, una para agro textiles.

Dada la variabilidad de propiedades que requieren estas aplicaciones, ha sido necesario el desarrollo de formulaciones a medida para cada una de ellas, tarea que ha sido liderada por Itene. Para ello, se han estudiado distintas combinaciones con otros biopolímeros y/o aditivos, con el fin de combinar las ventajas de cada uno de estos materiales y potenciar las sinergias entre los mismos de forma que se alcanzaran las propiedades objetivo, tratando cada caso específico según los requerimientos definidos (alta flexibilidad, barrera, resistencia térmica, procesabilidad, etc.). En paralelo, se ha trabajado en el desarrollo de refuerzos orgánicos como son los nanocristales de almidón o celulosa, así como la determinación de las modificaciones necesarias para aumentar su compatibilidad con las matrices de PHA obtenidas en el marco del proyecto, optimizando su efecto con el fin de alcanzar altas barreras.

Como resultado de las investigaciones realizadas, se han obtenido satisfactoriamente los prototipos previstos. Concretamente, en el caso de los relativos a aplicaciones de envase, destaca la obtención de materiales para el desarrollo de envases flexibles tipo pouch para el envasado de productos lácteos semilíquidos. Los materiales obtenidos han demostrado un excelente comportamiento en cuanto a procesabilidad para la producción de film y conformación del envase a escala laboratorio, asegurando la hermeticidad del envase en contacto con alimentos semilíquidos y mostrando una mayor ductilidad que el envasado actual. Cabe destacar también los resultados alcanzados en cuanto a materiales para envase rígido, llegándose a obtener bandejas termoformadas para el envasado de productos tipo loncheados con propiedades mecánicas destacables y excelente aspecto visual.

Figura 1. Bandejas termoformadas desarrolladas en el marco del proyecto NENU2PHAR.

Siguiendo esta línea de trabajo, Itene ha liderado el proyecto europeo SEALIVE para obtener nuevos materiales biodegradables y compostables, coordinando a un consorcio de 24 socios de diferentes países que han trabajado codo con codo en el desarrollo de nuevas tecnologías para convertir fuentes de biomasa (microalgas y residuos orgánicos, y otras materias primas vegetales que no compiten con la cadena alimenticia) en nuevas soluciones de bioplásticos, basados en PLA, PHA, almidón y mezclas novedosas con propiedades avanzadas. Estas nuevas soluciones de bioplásticos han sido testeadas en una escala de entorno industrial, produciéndose 8 demostradores para diferentes aplicaciones finales (casos de uso) cuidadosamente seleccionados por su alto potencial de reducción de la contaminación en suelos y medios acuáticos en diferentes territorios. Abarcan envases alimentarios compostables doméstica e industrialmente, cubiertos reutilizables y reciclables mecánica y orgánicamente, films de acolchado. También se incluyen demostradores para aplicaciones marinas como cajas de pesca reutilizables, reciclables y trazables (además de compostables industrialmente), bolsas de malla para crianza de ostras reutilizables y compostables industrialmente y redes de pesca reutilizables, compostables y biodegradables en medio marino.

Figura 2. Cubiertos reutilizables y reciclables (izq) y redes de pesca reutilizables, compostables y biodegradables en medio marino (dcha).

Tal y como se ha mencionado, las principales materias primas utilizadas para el desarrollo de estas formulaciones han sido PLA, PHA (más concretamente PHBV) y mezclas en base almidón. La clave de las propiedades avanzadas conseguidas ha sido el uso de aditivos hechos a medida, así como nuevos marcadores fluorescentes de base biológica para hacer posible la identificación de estos materiales en los sistemas de gestión de residuos. El desarrollo técnico de estos nuevos materiales, así como de tecnologías de procesado para la producción de productos sostenibles con propiedades avanzadas ha sido uno de los logros más significativos del proyecto SEALIVE.

También destaca el trabajo realizado para el desarrollo de modelos de negocio innovadores para fomentar buenas prácticas en el desarrollo de productos de base biológica y su implementación en el mercado. Así, se cubren y evalúan todos los impactos desde el origen hasta su fin de vida de los materiales, las tecnologías de procesado y conversión, así como su sistema de gestión de fin de vida, garantizando así productos eficientes, sostenibles y respetuosos con el medioambiente a escala industrial.

El proyecto SEALIVE no ha dejado de lado aspectos tan fundamentales para estos nuevos materiales como son la estandarización y las políticas europeas. El consorcio ha trabajado en la mejora de la normalización mediante la evaluación de las normas y estándares actuales que aplican a este tipo de materiales plásticos, identificando las principales lagunas o gaps para desarrollar normas optimizadas para este tipo de materiales, y proponiendo nuevos textos a los diferentes comités de normalización. Además, se han elaborado cinco informes recogiendo recomendaciones a las políticas europeas e internacionales, interactuando estrechamente con la Dirección General de Medio Ambiente de la Comisión Europea (DG ENV) con el objetivo de contribuir al desarrollo de la comunicación sobre plásticos biobasados, biodegradables y compostables.

En resumen, el Centro Tecnológico Itene está alineado con la demanda por parte de la industria del envase trabajando activamente en el desarrollo de nuevos materiales con propiedades avanzadas para cumplir tanto con los requerimientos técnicos del envase, así como con el actual panorama legislativo.