Bioeconomía Circular: soluciones innovadoras aplicadas a la Bioeconomía

El objetivo de una de las actividades del Proyecto será la de generar nuevas actividades ligadas a la producción, transformación y comercialización de recursos y nuevos productos, completando la cadena de valor de éstos, y se difundirán oportunidades de negocio entre empresas con potencial de ampliación y/o diversificación de su actividad, así como entre potenciales emprendedores, en cada zona territorial de actuación.

Estas acciones van a ir dirigidas a empresas que ya se encuentran trabajando en el ámbito de la Bioeconomía y la Economía Circular con el fin de mejorar su competitividad empresarial y de ayudarlas a innovar en procesos y productos. Además, van a ir dirigidas a empresas con potencial de incorporarse a estas temáticas con nuevas líneas de negocio, apoyando así la innovación necesaria para abrir esas líneas de mejora en Bioeconomía o Economía Circular.

Todo ello con el fin de facilitar la innovación y competitividad de este sector económico y consolidarlo como sector de relevancia en las áreas del proyecto.

En el marco del Proyecto INBEC, dentro de la actividad 2, se están llevando a cabo Talleres Formativos de capacitación en innovación sobre soluciones innovadoras en materia de organización y gestión de procesos productivo, sobre soluciones para la implementación de nuevos diseños de productos, envases y embalajes.

Hasta el momento se han realizado cinco Talleres Formativos en Castilla y León y se espera llevar a cabo otros cinco a partir del mes de octubre en las regiones de Beiras, Coimbra y Douro (zonas de actuación en Portugal).

El primer Taller que comenzaba con las sesiones Formativas tuvo lugar online el día 8 de abril del 2021 y la agenda del mismo se muestra en la Figura 1.

En este primer Taller, Pedro Acebes, investigador de Cartif, comenzó presentando brevemente el Proyecto INBEC a los asistentes junto con una breve presentación del Centro Tecnológico Cartif y más detalladamente las líneas de investigación que se llevan a cabo en Cartif en el marco de la Bioeconomía y Economía Circular dentro del Área de Economía Circular de la División de Agroalimentación y Procesos.

A continuación, Inés Echeverría Goñi, directora de I+D+i del Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria (CNTA), señaló los puntos más destacados para la recuperación de los residuos generados en la Industria Alimentaria. En este sentido destacó que un tercio de la producción mundial de los alimentos se pierde o se desperdicia. En el caso de la Unión Europea es el 20% de la producción total de alimentos la que se pierde o desperdicia, lo que supone aproximadamente 88 Mt/año o 173 kg/persona año que se desperdician con un coste estimado de 143 MM€. Para hacer frente a la gestión de estos residuos y subproductos alimentarios existe una jerarquía y una serie de retos como son la logística y el manejo de los residuos y subproductos, asegurar la viabilidad técnico-económica de los procesos de reutilización y valorización, los aspectos legales, la calidad de los productos generados y la aceptación por parte del consumidor (Figura 2).

Entre las soluciones innovadoras, Inés Echeverría incidió en la importancia de la logística del residuo, las tecnologías de tratamiento/procesado, el modelo de negocio y los aspectos legales. A continuación, Inés Echeverría comentó algunos ejemplos de Soluciones Innovadoras:

• Agrosingularity. Aporta soluciones de transformación para que productos frescos puedan convertirse mediante tecnologías de secado en materia prima para la industria alimentaria, asegurando la calidad, seguridad y trazabilidad de todos ellos (Figura 3).

• Nature Preserve. Emplea residuos vegetales (frutas y verduras) y una tecnología de secado móvil capaz de procesar los residuos/subproductos in-situ bajo demanda. Nature Preserve produce zumos y purés estables que también se pueden secar para obtener productos en polvo (Figura 4).

• Greencovery. Permite reciclar ingredientes valiosos de corrientes de residuos de alimentos de origen animal o vegetal (subproductos o residuos líquidos que contiene compuestos de interés).
• Ingredalia. Desarrolla, fabrica y comercializa ingredientes funcionales naturales para la industria a partir de subproductos vegetales o residuos fundamentalmente de empresas conserveras y congeladoras mediante la utilización de distintas tecnologías novedosas.

Como consideraciones finales a su presentación, Inés Echeverría comentó como la valorización de los subproductos alimentarios se encuentra en pleno desarrollo, donde hay una serie de retos que hay que salvar (logística, rentabilidad, introducción al mercado, aspectos legales, etc.), aunque actualmente cada vez hay más iniciativas que están salvando estas barreras y entrando en el mercado, de manera que estos alimentos ‘upcycled” están ganando en popularidad en paralelo a una mayor conciencia medioambiental y finalmente señaló como están surgiendo nuevas oportunidades de desarrollo de soluciones/tecnologías/nuevos modelos de negocio.

Posteriormente el Dr. Alfredo Rodrigo Señer, investigador de AINIA (Instituto Tecnológico de la Alimentación), hizo su presentación enfocada en soluciones innovadoras aplicadas a la Bioeconomía en la Industria Agroalimentaria de manera general. En este sentido señaló como en el año 2011, 1.000 Mt de materiales, potencialmente reciclables, se convirtieron en residuos. De manera que, si los subproductos alimentarios fuesen un país serían el tercer país que más emisiones de CO2 generaría en el mundo (huella de carbono). A continuación, Alfredo Rodrigo presentó una serie de ejemplos de modelos innovadores de Bioeconomia Circular destacando:

• La recuperación de nutrientes y producción de biomasa de valor. Para ello, se va a aplicar la tecnología de cultivo de lenteja de agua para mejorar la gestión de nutrientes y la optimización de recursos en sistemas de producción porcina (www.life-lemna.eu.) (Figura 5).

• La incorporación de nuevas biomasas en matrices alimentarias. En este caso se pretende obtener y usar ingredientes proteicos a partir de nuevas biomasas (lemna, harina de cáñamo y wakame). Las experimentaciones se han llevado a cabo con nuevas fuentes proteicas: cría de insectos y cultivo de microproteínas para la elaboración de un pan con hasta un 5% de harina de lemna (Proyecto PRAOLT II).

• El reciclado de residuos de almazara. Biorrefinería de nanocelulosas a partir de alperujo. Para ello, se han desarrollado nuevos procesos de Biorrefinería para la transformación sostenible de alperujo (Proyecto Alpeocel) (Figura 7).

• El reciclado de residuos vegetales. Desarrollo de un modelo de Biorrefinería a partir de biomasa verde (Proyecto Biogreen) (Figura 8).

• Para terminar con su presentación, Alfredo Rodrigo comentó una tecnología emergente basada en sistemas bioelectroquímicos. Son sistemas que utilizan microorganismos capaces de oxidar o reducir moléculas, o transferir electrones a electrodos. Estas técnicas son muy versátiles y adaptables en función del objetivo que se le quiera dar (producción de corriente eléctrica a partir de residuos, producción de biocombustibles – CH₄ e H₂, recuperación/eliminación de nutrientes y metales pesados, etc.).

Como conclusiones a su presentación, Alfredo Rodrigo indicó que la Bioeconomía Circular representa una oportunidad para las empresas del sector agroalimentario como forma de diversificar su actividad que va a permitir desarrollar nuevos modelos de negocio, reducir los costes ambientales y va a mejorar su rentabilidad económica. La Bioeconomía Circular también va a permitir evaluar la sostenibilidad (tanto ambiental como social) de los nuevos modelos mediante un análisis de ciclo de vida (ACV), los cuales son clave para proporcionar los bioproductos al mercado. De esta manera, la innovación y la tecnología deben ser los propulsores principales de este cambio, ayudando a las empresas a salvar las posibles barreras de tipo económico, técnico, higiénico, normativo, etc.

Posteriormente comenzó su presentación Ana Martínez, Communications Manager en Sustainable Innovations, realizando una introducción a la industria de base biológica, importante subsector de la Bioeconomía, excluyendo los sectores de la alimentación y la bebida, producción primaria y alimentación animal pero que incluye ingredientes alimentarios y no alimentarios, biocombustibles, biomateriales y químicos de base biológica.

Ana Martínez señaló que desde la visión europea: una Bioeconomía “sostenible” y “circular” es en la que se engloba y tiene un papel crucial la industria de base biológica. Una visión en la que se alcanza el potencial total de todas las fuentes de biomasa obtenida bajo criterios de sostenibilidad transformadas en productos de alto valor añadido.

El objetivo y oportunidad consiste en pasar de cadenas de valor lineales y desconectadas en la Bioeconomía (ya sea actividades agrícolas, ganaderas, alimentarias) que generan una importante cantidad de recursos, a redes circulares interconectadas para la minimización de la generación de residuos, ahora subproductos transformados en productos de alto valor añadido (Figura 9).

Entre los puntos clave, Ana Martínez comentó que hay que destacar:

• Los modelos de negocio y producción que tengan en cuenta los impactos ambientales, el cambio climático, la pérdida de biodiversidad, el consumo responsable a la vez que refuercen la creación de empleos (en especial rurales, vehiculados por las pymes y Startups).
• La utilización de subproductos y residuos de biomasa provenientes del sector primario, la industria o los residuos municipales para el desarrollo de bio-productos que sustituyan derivados del petróleo.
• La generación de nuevos mercados y cadenas de valor donde la colaboración entre actores es crucial.
• La innovación como condición necesaria, impulsada por pymes y emprendedores.

Ana Martínez destacó el claro potencial que existe para el desarrollo de Biorrefinerías de escala pequeña/intermedia, situadas en entornos rurales y empleando como materia prima los residuos de actividades agroalimentarias.

Siguiendo los conceptos de sostenibilidad, circularidad e inclusividad social, cualquier proyecto para la implementación de nuevas cadenas de valor para productos de base biológica necesita analizar su correcto asentamiento en la región, alineado con las necesidades sociales, económicas y ecológicas. Factores como el modelo de negocio, sistemas logísticos, demanda de mercado, etc. deben ser tenidos en cuenta.

Entre las tecnologías clave, Ana Martínez comentó que el pretratamiento es el paso crítico para permitir una explotación rentable (~ 40% costes) y sostenible del material lignocelulósico. Los tratamientos convencionales suelen requerir de cantidades excesivas de materiales (químicos, como extracción mediante solventes orgánicos) y energía. El pretratamiento biológico se contempla como la alternativa verde, pero tiene un bajo rendimiento, altos tiempos de residencia y pérdida de carbohidratos.

Finalmente, Ana Martínez presentó las tecnologías de pretratamiento que se están empezando a usar en la industria de procesado de alimentos, por lo que sus costes de capital, disponibilidad en el mercado, etc. están siendo ya mejoradas gracias a su entrada, ya existente, en el sector alimentario. Entre las distintas tecnologías de pretratamiento, Ana Martínez destacó las siguientes:

• Irradiación por microondas. Calentamiento a través de microondas que mejora los procesos de hidrólisis, oxidación, alquilación y esterificación de la lignocelulosa. A menudo necesita la adición de materiales de calentado rápido (dieléctricos) para acelerar el proceso (grafito, carbón vegetal, carbón activado, etc.).
• Ultrasonido. El tratamiento con ultrasonidos puede alterar la superficie de la biomasa y producir radicales oxidantes que atacan la estructura de la lignocelulosa. Adicionalmente, puede atacar a ciertos enlaces de la lignina, formando burbujas de cavitación que, eventualmente, colapsan (1.800 atm, 2.000 - 5.000 K) fraccionando así la estructura de la lignocelulosa. Habitualmente, al igual que el microondas, es utilizado en combinación con otros pretratamientos convencionales.
• Altas presiones hidrostáticas. Tradicionalmente usada como una técnica no termal de pasteurización de alimentos. La presión (100-600 MPa) se distribuye proporcionalmente en la biomasa y favorece las reacciones y cambios estructurales que hacen decrecer el volumen.
• Homogeneización a alta/ultra-alta presión. Este proceso se basa en la impulsión de un fluido a una presión elevada superior a 200 MPa para impactar en una válvula que aplica fuerzas mecánicas como cavitación, turbulencia y cizalla. Trabaja en modo continuo. Como resultado, se obtiene una reducción del tamaño de partícula y la rotura mecánica de las estructuras.
• Rayos gamma. La radiación ionizante (obtenida de radioisótopos cobalto-60 y cesio-137) puede penetrar fácilmente en la estructura de la lignocelulosa, modificando la lignina y rompiendo las zonas cristalinas de la celulosa. Los radicales libres generados durante el proceso de radiación ayudan a degradar la biomasa una vez la radiación cesa.
• Irradiación de electrones. Este pretratamiento utiliza un acelerador lineal de haces de electrones para irradiar la biomasa lignocelulósica, desestabilizando la celulosa, hemicelulosa y lignina de las paredes celulares.
• Campos eléctricos pulsantes. Con esta tecnología la biomasa es sometida a campos eléctricos pulsados en intervalos de tiempo muy breves. La alternancia en dichos campos produce la ruptura de la membrana celular, lo que permite la entrada de las enzimas encargadas de la degradación con mayor facilidad en pasos posteriores.

Ana Martínez concluyó su presentación con una reflexión: Se han presentado sólo algunas de las opciones de pretratamiento. Existen muchas más alternativas desarrollándose y en estadios de maduración suficientes (por ejemplo, Deep eutectic solvents, tratamientos enzimáticos y microbiológicos optimizados a través de herramientas de edición genética, nuevos solventes como la gamma valerolactona, etc.). La selección de la técnica de pretratamiento dependerá de multitud de factores, como el tipo y cantidad de biomasa lignocelulósica a tratar, así como los compuestos de interés (tendremos distintas prioridades si la biorrefinería está orientada a la producción de etanol a partir de los azúcares o si el objetivo es la obtención de biomateriales y bioquímicos del mayor valor añadido posible a partir de las tres fracciones) Figura 10.

A continuación, Miguel Gallardo, Head of R&D en Sustainable Innovations, presentó los siguientes proyectos:

1. Bioswitch (www.bioswitch.eu). Apoya a los propietarios de marcas en la transición de productos e ingredientes de base fósil a productos e ingredientes de base biológica. Los objetivos principales de BIOSWITCH son:

• Responder apropiadamente a la percepción de riesgos de los propietarios de productos/marcas a la hora de transicionar a un enfoque biológico.
• Identificar ventajas, incentivos, motivaciones y buenas prácticas que animen a los propietarios de marcas a transicionar de fósil a biológico.
• Desarrollar marcos y herramientas de apoyo en la transición.

En este sentido, Miguel Gallardo señaló que Bioswitch espera llevar a Europa a la vanguardia de la economía de base biológica alentando y apoyando a los propietarios de marcas y productos de diferentes sectores a cambiar a enfoques de base biológica. Para lograrlo, el proyecto propone un enfoque holístico y sistémico basado en dos pilares:

• Un marco que sitúe a los propietarios de marcas en el centro de un conjunto de eventos y acciones de comunicación que permitan dar forma a soluciones para mitigar los riesgos percibidos en la transición de fósil a biológico.
• La caja de herramientas Bioswitch como el instrumento definitivo que les ayudará en esta transición de ingredientes y productos fósiles a otros de base biológica. Figura 11.

2. MPowerBIO (www.mpowerbio.eu). Busca ayudar a pymes para conseguir fondos o inversión que les permita superar el conocido como 'valle de la muerte', y transformar sus ideas en productos o servicios. Para ello, está desarrollando una plataforma online a través de la que ofrecerá varios recursos de formación online para capacitar a pymes y clústeres, y conectará con inversores mediante una serie de eventos. Los objetivos principales de MPowerBIO son:

• Empoderar a clústeres de la industria de base biológica europea para que puedan ayudar a pymes a conseguir fondos o inversión que les permita pasar de idea a negocio.
• Desarrollar una plataforma online con recursos que ayuden a las pymes a dar un paso más hacia su financiación.

De esta manera Miguel Gallardo comentó que, para mejorar la preparación para la inversión de las pymes, MPowerBIO ofrece:

• Módulos de formación para que los clústeres estén mejor equipados para ayudar a las pymes.
• Herramientas concretas para pymes a través de una plataforma en línea que mejorará la preparación para la inversión y las habilidades de presentación.
• Conectar a pymes e inversores mediante la organización de eventos regionales e internacionales en los que las pymes tengan la oportunidad de presentar su plan de negocios.

Para terminar la sesión del primer Taller de Formación en el marco del Proyecto INBEC, Ana Lorenzo Hernando, investigadora de Cartif, presentó una solución innovadora en la depuración de aguas para la producción sostenible de bioetanol. En este sentido, Ana Lorenzo indicó que la solución se fundamenta en innovadores filtros verdes flotantes (FVFs) en diferentes cuerpos de agua para la producción de bioetanol 2G de bajo coste y huella de carbono positiva (Figura 12).

En primer lugar, Ana Lorenzo comentó que las principales fuentes de agua para uso humano son los lagos, ríos, la humedad del suelo y las aguas subterráneas poco profundas. También señaló que la calidad del agua está sometida a la degradación natural, a procesos de eutrofización y al impacto de la actividad humana. Sin embargo, los problemas de calidad del agua pueden llegar a ser muy severos, como por ejemplo en aguas con contaminación difusa, aguas eutrofizadas, y en efluentes agro-industriales de alta carga orgánica procedente de explotaciones rurales aisladas. Estas aguas requieren la implantación de soluciones de depuración eficientes, de fácil mantenimiento y de bajo coste. En la actualidad, se están investigando diferentes formas sostenibles para mitigar la degradación de la calidad del agua, por ejemplo, con la fitodepuración y la fitorremediación.

En este sentido, Ana Lorenzo presentó el Proyecto LIFE Biomass C+ (http://www.biomasscarbonpositive.eu/) el cual tiene como objetivo demostrar mejoras en las estrategias de mitigación del clima a través de la producción de Biocombustibles sostenibles. Se utiliza infraestructura preexistente e infrautilizada y diversos tipos de masas de agua (canales y estanques de riego, lagos, etc.) para producir biomasa con alto contenido de almidón que luego se convertirá en Bioetanol. Para ello, el proyecto propone una innovadora tecnología verde, los Filtros Verdes Flotantes (FVFs) para cultivar T. domingensis en diversos cuerpos de agua. En la naturaleza está enraizada en el fango del fondo de masas de agua poco profundas, de curso lento, y en medios eutrofizados es altamente productiva. El hecho de que esté enraizada en el fondo dificulta el aprovechamiento de la biomasa subterránea (rizomas ricos en almidón y raíces). En cambio, en el Proyecto se cultiva en flotación, de manera controlada. La flotación permite una mayor eficiencia en la remoción de nutrientes de aguas eutrofizadas, y facilita la cosecha de la biomasa sumergida, adicionalmente a la biomasa emergente. Además, una alta productividad en biomasa conlleva mayor captación de CO₂.

Los objetivos específicos del Proyecto incluyen:

1. Proporcionar un balance energético positivo en carbono, un ahorro en emisiones de GEI (gases de efecto invernadero), una mejora de la calidad del agua y la biodiversidad local gracias a la acción de filtrado y descontaminación que tienen los FVFs;
2. Desarrollar un método limpio y responsable para producir Biocombustible a partir de biomasa acuática, evitando el uso de tierras agrícolas, y con un rendimiento potencial de almidón igual o superior al del trigo;
3. Demostrar la aplicabilidad del Proyecto a escala industrial, implementando los FVFs en diferentes cuerpos de agua para el cultivo y procesamiento de la biomasa generada a gran escala;
4. Demostrar su potencial de mercado y rentabilidad futura, contribuyendo a una economía de baja emisión de carbono y resiliente al clima.

Como conclusión final, Ana Lorenzo señaló que el concepto Biomass C+ ya se ha demostrado e implementado en muchos tipos diferentes de cuerpos de agua (lagos, canales, estanques de riego, efluentes de explotaciones agrarias y agroindustrias), que suman un área de influencia de cerca de 13.000 m² en España y Grecia, y se ha demostrado que T. domingensis en medios eutrofizados mejora la calidad del agua.

En este primer Taller se ha planteado la aceptación, por parte del consumidor, de los productos desarrollados a partir de residuos o subproductos de la industria agroalimentaria. En la mesa debate moderada por el Dr. Gregorio Antolín, director de la División de Agroalimentación y Procesos de Cartif, todos los ponentes de este primer taller indicaron que incluso la Normativa (europea, Nacional e incluso Regional) en cuanto a seguridad alimentaria no está clara a este respecto (Figura 13).

En el caso concreto de las Biorrefinerías (diferentes tipos de residuos biomásicas) existe una incertidumbre de cara a las inversiones ya que en muchos casos depende de la región. El mejor modelo de negocio va a depender de las mejores prácticas contractuales.

Por otro lado, se comenta también en la mesa debate qué quién genera el residuo (empresa) si lo valoriza el mismo funciona correctamente, pero si existen terceros agentes ya no funciona de forma adecuada, de manera que si hay un beneficio mutuo entre empresa y agentes es cuando los proyectos funcionan perfectamente.

El tema de la logística es otro factor importante a tener en cuenta en la gestión de los subproductos por su baja densidad aparente, por su humedad, etc., además de los pretratamientos de las materias primas, las etapas de recogida, transporte, etc. desempeñan un papel también fundamental en cuanto a los costes de los proyectos (viabilidad económica de los proyectos). Este problema se puede solucionar mediante almacenamientos temporales para su adaptación (densificación, secado, etc.) antes de su transporte hasta la factoría de utilización, de la misma manera la orografía del terreno se puede salvar mediante centros transformadores de los subproductos cercanos a las zonas donde se generan dichos residuos y finalmente plantear la posibilidad de desplazar plantas portátiles de procesamiento de los subproductos en las zonas origen de los mismos.

Otro tema importante es la utilización de energías renovables, es decir, emplear plantas portátiles que utilicen fuentes de energías renovables (fotovoltaica, eólica, calderas de biomasa, etc.). La utilización de este tipo de fuentes de energía renovable puede disminuir costes de operación. Sin embargo, actualmente están enfocadas al autoconsumo ya que no hay primas por vender energía a la Red.

Finalmente, como conclusión final, señalar que los modelos de negocio dependen del tipo de subproductos y del producto final obtenido de manera que no hay soluciones únicas para todo, sino que cada tipo de subproducto va a tener su proceso de valorización específico.

Las principales conclusiones que se obtienen de la realización de este Primer Taller Formativo están enfocadas para formar a los técnicos de las empresas asistentes con contenidos específicos y de sensibilización en materia de Bioeconomía y Economía Circular, en materia de innovación para su posterior aplicación en la empresa a la cual pertenecen.

Agradecimientos

Los autores quieren agradecer la financiación de este trabajo al Programa de Cooperación INTERREG V-A España-Portugal (2014-2020 (Proyecto ‘INBEC’, con expediente 0627_INBEC_6_E)).