Entrevista a Rafael Sánchez, jefe de Proyectos en la Unidad de Transformación de Materiales de Envase de Itene
Encontrar el sustituto perfecto para el plástico no es fácil. Son muchos los científicos que están trabajando en ello en todo el mundo. El centro de investigación Itene participa en el proyecto Boocell, que tiene por objeto el desarrollo de materiales innovadores y sostenibles basados en las nanocelusolas a partir de la transformación de la celulosa, para su aplicación en los sectores de la cosmética, el embalaje y los biofertilizantes. En la lucha contra los microplásticos, este proyecto estudia el desarrollo de nanocápsulas de celulosa para contener compuestos activos o aromas, tan empleados en la industria cosmética. Uno de los procesos para su obtención es la utilización de microorganismos vivos: la nanocelulosa bacteriana. El responsable del proyecto en Itene, Rafael Sánchez, nos explica, entre otras cosas, las ventajas de convertir organismos microscópicos en pequeñas fábricas de huella ecológica cero.
Rafael Sánchez, jefe de Proyectos en la Unidad de Transformación de Materiales de Envase de Itene.
Parece que la nanocelulosa es una alternativa factible al plástico en determinadas industrias. ¿Qué tiene este material que no tengan otros?
En primer lugar, hay que tomar conciencia de que la celulosa, material de partida de la nanocelulosa, es uno de los materiales renovables más abundantes en la tierra, formando parte de cualquier materia vegetal, y por ello se encuentra en disposición de ser empleada para la producción de diversos productos. Además, se trata de materiales con unas características muy atractivas para la industria de los polímeros. La nanocelulosa es ligera, fuerte y rígida, y con un alto coeficiente de resistencia respecto a su peso. También es estable frente a los cambios de temperatura, tiene interesantes propiedades ópticas (es transparente) y se dilata poco con el calor.
¿Qué materias primas son susceptibles de ser utilizadas para fabricar nanocelulosa y qué particularidades tiene cada una?
Para la producción de nanocelulosa se puede emplear cualquier materia prima rica en celulosa, como las distintas fuentes lignocelulósicas de origen vegetal (materias primas madereras, residuos agroindustriales, etc.). Estas materias primas de origen vegetal están compuestas principalmente por celulosa y lignina. Durante el proceso de extracción de la celulosa es necesario llevar a cabo un proceso de separación de los distintos componentes que forman este material vegetal con el objetivo de aislar la celulosa y emplearla en una posterior etapa de transformación en nanocelulosa.
En función del tipo de materia prima que se utilice y del proceso de extracción que se emplee, las características de la celulosa extraída serán muy diversas (contenido en lignina residual, longitud de fibra, diámetro de fibra, etc.) y esto repercutirá en las características finales y calidad de la nanocelulosa producida.
Háblenos de los procesos de transformación que se utilizan para producir este nanomaterial. Y cuéntenos cómo se produce la nanocelulosa bacteriana, lo están haciendo en el proyecto Boocell.
La transformación de celulosa en nanocelulosa se puede llevar a cabo por diferentes vías, siendo la vía mecánica la más rentable económicamente y la que será optimizada en el proyecto Boocell.
En efecto, otro proceso de producción de celulosa nanométrica, qué será optimizado dentro del proyecto Boocell, es la producción mediante procesos bacterianos, empleando bacterias productoras de celulosa. La nanocelulosa bacteriana presenta propiedades incluso mejores que la nanocelulosa vegetal, destacando su pureza, lo cual la hace enormemente atractiva en campos de aplicación como la biomedicina o la industria farmacéutica.
Uno de los sectores en los que se prevé una más inmediata introducción de las nanocelulosas es el de la cosmética, ¿por qué esta industria es tan oportuna para la aplicación de estos compuestos a escala industrial?
Las microcápsulas y otros ingredientes poliméricos están ampliamente extendidos en una gran variedad de formulaciones cosméticas y de cuidado personal comercialmente disponibles como por ejemplo champús, geles de ducha, desodorantes, cremas de afeitado o protectores solares, aportando propiedades sensoriales, texturizantes, hidratantes, perlantes, opacificantes, espesantes o exfoliantes, entre otras. Todos estos atributos son objetivos potencialmente asequibles a través de análogos desarrollados con matrices de micro/nanocelulosa.
Otro sector con una alta potencialidad de aplicación inmediata como alternativa a los microplásticos es el del cuidado del hogar. En él, la microencapsulación de fragancias en detergentes o suavizantes textiles con objeto de preservar y potenciar la calidad olfativa y sensorial es un procedimiento comúnmente utilizado. Las cápsulas actuales contienen polímeros no degradables y están consideradas como generadoras de microplásticos. Debido al tipo de aplicación, aproximadamente la mitad de estos microplásticos se liberan finalmente al medio ambiente y, por tanto, resulta especialmente apropiado el tránsito hacia materiales biodegradables tanto en el sector cosmético como en el de cuidado del hogar, que sigan permitiendo la encapsulación de activos de alto valor sin comprometer el medio ambiente.
¿Qué supone la irrupción de la biotecnología en el ámbito industrial en la mejora de la salud humana y la del planeta?
La biotecnología, en los últimos años, ha irrumpido con fuerza en el campo de la economía circular y la sostenibilidad. De forma específica, en los procesos industriales los procesos biotecnológicos en muchas ocasiones significan una clara ventaja respecto a los procesos tradicionales de transformación y producción. El empleo de microorganismos y/o derivados de estos, como las enzimas, nos permiten llevar a cabo procesos de producción y biotransformación muy variados. En este campo los microorganismos pueden ser utilizados como micro factorías, ya que son capaces de aprovechar una amplia gama de sustratos para convertirlos en productos de interés industrial.
La principal ventaja que supone esta tipología de procesos es, por un lado, el menor coste energético, ya que al ser llevada a cabo por organismos vivos generalmente tienen lugar a temperatura y pH de rango biológico. Además, estos procesos se realizan en medios acuosos, limitando el uso de disolventes orgánicos y, además, raramente se generan compuestos secundarios tóxicos. Otro aspecto que se debe mencionar es la especificidad de las reacciones biológicas, capaces incluso de discriminar entre isómeros. Es una ciencia emergente que ya se está implantando en multitud de sectores industriales, desde agricultura y alimentación hasta la industria química y de materiales.
¿Qué recorrido tiene la biotecnología industrial y qué implica para los fabricantes adoptar este cambio en sus procesos a todos los niveles, costes, perfiles, dinámicas...?
Evidentemente la implantación de este tipo de tecnologías conlleva un cambio en la forma de operar, así como un cambio en las infraestructuras y en el personal que lleva a cabo estos procesos, sobre todo en sectores donde tradicionalmente se trabajan y desarrollan otras tipologías de procesos. En este sentido el hecho de trabajar con microorganismos vivos requiere una serie de precauciones y especificaciones de los equipos, como el mantenimiento de ambientes asépticos, el control de poblaciones microbianas y los equilibrios metabólicos.
Al respecto, cabe destacar el papel de las nuevas tecnologías basadas en la ingeniería genética; ésta nos permite el desarrollo de microorganismos cada vez más robustos y con mayores eficiencias y rendimientos. Dependiendo del sector industrial al que nos dirijamos, su contacto con la biotecnología puede ser más o menos lejano y tanto la implementación como la adquisición de estas nuevas tecnologías pueden llevarse a cabo a un corto, medio o largo plazo.
Por todo esto la migración a sistemas de producción basados en la biotecnología a priori puede suponer un coste de inversión medio-alto, pero se ha demostrado que tanto los retornos económicos como los costes de operación y los beneficios generados con la disminución de los impactos medioambientales, avalan esta migración y posicionan a la biotecnología a la vanguardia de la innovación y el desarrollo económico.
Troncos de eucaliptus preparados para ser transportados a una fábrica de celulosa, materia muy abundante en el planeta y que no genera residuos. Su transformación a escala nanométrica puede ser la alternativa definitiva al plástico en importantes sectores industriales. Foto: istockphoto.
Para terminar, ¿puede hablarnos del proyecto Boocell? ¿Cuáles son sus objetivos?
En el proyecto Boocell 2021-2024, Itene participa junto a otros cinco socios (la Universidad de Córdoba, Bionc, la Estación Experimental del Zaidín, Esencias Moles y el Grupo Fertiberia) gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación a través de la Agencia Estatal de Investigación.
Sintéticamente, el objetivo principal del proyecto Boocell es el desarrollo de materiales innovadores y sostenibles basados en el empleo de nanocelulosas, que tengan capacidad de reemplazar a los materiales convencionales empleados en aplicaciones de embalaje, cosmética y biofertilizantes.
Para cumplir con este objetivo general, dentro del proyecto Boocell se han planteado una serie de investigaciones u objetivos más específicos, que son: producción de nanocelulosa a partir de residuos agrícolas, en concreto a partir de residuos de paja de trigo; producción de nanocelulosa de origen bacteriano a partir de hidrolizados de paja de trigo ricos en azúcares; desarrollo de nanocapsulas de nanocelulosa para contener compuestos activos o aromas para ser empleados en la producción de fragancias y productos de limpieza del hogar, con la finalidad de protegerlos de los factores ambientas y favorecer su emisión de modo controlado; desarrollo de nanocapsulas de nanocelulosa para contener e inmovilizar enzimas y/o microorganismos en la producción de biofertilizantes con el objetivo de mejorar su estabilidad y optimizar su efecto, y por último, el desarrollo de films flexibles de biopolímeros reforzados con nanocelulosa, biodegradables y compostables, para su aplicación en agricultura, con el fin de mejorar las propiedades mecánicas y barrera de estos biofilm.
