Los residuos orgánicos como materia prima valiosa

Debido a este considerable volumen, los objetivos comunes en la política de gestión de residuos en Europa no pueden dejar de lado la corriente de residuos orgánicos, ya que, si estos no se gestionan bien, suponen un problema medioambiental y económico, además de ser una pérdida de nueva y valiosa materia prima para las industrias biotecnológicas. En todo ello, como veremos, tiene una alta implicación el tratamiento de aguas residuales.

Planta de aguas residuales.

Por ello, la nueva directiva marco en materia de residuos, la Directiva 2018/851, establece la obligación para todos los estados miembros de la Unión Europea (UE) de establecer la recogida selectiva de los residuos orgánicos antes de finales de 2023 y establece nuevos objetivos de reciclado del 55% en 2025, el 60% en 2030 y el 65% en 2035. Además, con relación al vertido de desechos, la Directiva 2018/850 establece un límite del 10% del total de residuos depositados en vertederos para 2035. En 2020, de los 226 millones de toneladas de desechos generados en Europa, casi el 23% terminaron depositados en vertedero, el 27% incinerados, el 30 % reciclados y el 18 % en compostaje. Por lo tanto, aún queda mucho camino por recorrer para alcanzar los objetivos establecidos. Actuar sobre los residuos orgánicos, que es el que se genera en mayor volumen, es clave para poder conseguirlo.

El compostaje (tratamiento en presencia de oxígeno) y la digestión anaerobia (tratamiento en ausencia de oxígeno) son actualmente los dos procesos de tratamiento con mayor aplicación y bien establecidas para el tratamiento de los residuos orgánicos. Sin embargo, ambas tienen sus limitaciones. El compost tiene en muchos casos limitaciones debidas al bajo precio de mercado y, en algunas zonas, la baja aplicabilidad debido a su contenido en metales pesados, la escasa aceptación social o incluso la emisión de malos olores. Por su parte, tenemos la digestión anaerobia genera biogás, una fuente de energía renovable, y tiende a ofrecer mayores beneficios medioambientales; pero esta tecnología es altamente sensible a la calidad de los biorresiduos.

La implantación de la recogida selectiva de biorresiduos urbanos en toda la Unión Europea hace necesaria tanto la superación de estos inconvenientes como la búsqueda de tecnologías alternativas de tratamiento. Esta es una fuerza impulsora para el desarrollo y la aplicación de nuevas tecnologías de bioeconomía circular para transformar los biorresiduos en bioproductos valiosos.

En este contexto, Itene participa en diversos proyectos en los que se desarrollan nuevas tecnologías para la valorización de los residuos orgánicos, transformándolos en productos de alto valor añadido. Es el caso del proyecto Scalibur, financiado por el programa europeo Horizonte 2020 y liderado por el centro tecnológico, que comenzó en noviembre de 2018 y terminará en octubre de este año. Acrónimo de Scalable technologies for bio-urban waste recovery (Tecnologías escalables para la recuperación de residuos biourbanos), Scalibur busca reducir la brecha entre la viabilidad tecnológica y las aplicaciones industriales en el campo de la valorización de residuos orgánicos urbanos, reforzando la cooperación estratégica entre distintos sectores y creando nuevas oportunidades de negocio. Para ello, Scalibur desarrolla una amplia gama de soluciones innovadoras para transformar los residuos orgánicos urbanos en productos de alto valor añadido, como bioplásticos, biopesticidas y proteínas para alimentos y piensos. En el marco de este proyecto, Itene ha trabajado en la extracción de compuestos de alto valor añadido como la quitina o el quitosano a partir de la especie Hermetia illucens (mosca soldado-negra) que degrada mediante la ingestión los residuos orgánicos procedentes del canal Horeca (hoteles, restaurantes y cáterin) y de supermercados, empleando técnicas de química sostenible y desarrollando procesos capaces de ser escalados en un entorno industrial.

Tanto la quitina como el quitosano presentan un elevado interés en diversas áreas de aplicación, entre las que podemos destacar, el tratamiento de aguas (uso de quitosano como coagulante natural), la alimentación (aditivo alimentario y pienso animal), la agricultura (fertilizante y estimulante de las defensas vegetales). Específicamente, en el marco de este proyecto, Itene está desarrollando nanofibras de quitina para su utilización como refuerzo en la formulación de materiales compuestos para aplicaciones de envasado de alimentos, así como para el desarrollo de recubrimientos biobasados y biodegradables, teniendo como principal objetivo la mejora de la permeabilidad a oxígeno y de la estabilidad térmica de varios tipos de plásticos, lo que permitirá alargar la vida útil de alimentos envasados.

Como continuación del proyecto Scalibur Itene promovió el proyecto HOOP, también enmarcado y financiado por el programa Horizonte 2020. Este proyecto tiene como objetivo prestar asistencia técnica a 8 ciudades ‘faro’ de cara a satisfacer los requerimientos administrativos, técnicos, económicos, financieros y legales necesarios que hagan posible el impulso de inversiones e iniciativas de bioeconomía a nivel local para la obtención de bioproductos de alto valor a partir aguas residuales y de la fracción orgánica de residuos sólidos obtenidos a nivel municipal. Itene actúa como líder técnico de las tecnologías desarrolladas previamente en el proyecto Scalibur, que - junto con tecnologías desarrolladas en otros dos proyectos - se ofrecerán a las ciudades faro para que seleccionen los proyectos de inversión con los que impulsar su economía circular.

Otro de los proyectos en los que participa Itene es el proyecto Deep Purple, financiado mediante la acción ‘Bio Based Industries Joint Undertaking’ del programa europeo Horizonte 2020 y que lidera Aqualia. El objetivo de este proyecto es desarrollar una biorrefinería multiplataforma versátil, integrada y flexible para extraer y recuperar compuestos de alto valor añadido de las corrientes de residuos urbanos, Forsu (fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos) y fangos de depuradora, para crear productos de base biológica para sectores como la biocosmética, biofertilizantes, bioplásticos y materiales de la construcción.

En el marco de este proyecto Itene ha conseguido, por un lado, la producción de azúcares de segunda generación mediante la optimización del proceso de descontaminación y sacarificación de celulosa recuperada de las aguas residuales, alcanzando rendimientos del 95%. Estos azúcares pueden ser empleados como precursores para la obtención de diferentes productos de alto valor añadido como biofertilizantes o bioplásticos y suponen una ventaja al ser obtenidos a partir de residuos celulósicos, lo que implica un ahorro derivado de la gestión de residuos y una reducción del impacto ambiental. Además, su coste es menor que los de primera generación, los cuales se obtienen del almidón. Por otro lado, la celulosa recuperada del agua residual se ha empleado para la producción de celulosa nanofibrilada (CNF). La CNF posee unas extraordinarias propiedades mecánicas, comparables a las de las nanofibras de carbono, por lo que se pueden emplear como refuerzo para crear bioplásticos.

En el marco de este proyecto, Itene ha validado su aplicación en envases, pero podría aplicarse también en otros sectores como la biomedicina, adhesivos, electrónica, automoción o construcción. Para la obtención de la CNF, la celulosa recuperada del agua residual es sometida a un proceso de purificación consistente en tres etapas de refino, lavado y blanqueamiento, para después obtener la CNF a partir de un tratamiento mecánico con un rendimiento en torno al 80%. Una vez obtenidas, las CNFs se han modificado químicamente con el objetivo de compatibilizar las fibras con los polihidroxialcanoatos (PHA). El PHA es un poliéster biodegradable -un tipo plástico- producido por bacterias por fermentación, que puede ser obtenido a partir de biomasa de residuos orgánicos y cuyas propiedades son muy interesantes para sustituir a los plásticos convencionales basados en combustibles fósiles, con algunas limitaciones por su fragilidad y ductilidad, que se mejoran con su refuerzo con las CNFs, además de aportar mejoras en las propiedades barrera del PHA, una de las propiedades clave de los envases para la conservación de los alimentos.

Y, por último, el proyecto Biowaste2Pack, financiado por Ivace (Instituto Valenciano de la Competitividad Empresarial), el cual ha permitido desarrollar un proceso de valorización de biorresiduos de la industria agroalimentaria (principalmente frutas y verduras) y de origen urbano (Forsu) para la producción de biomateriales para la industria del packaging. Gracias al desarrollo de procesos biotecnológicos, basados en hidrólisis enzimáticas y en procesos de bioconversión, se han obtenido biomateriales con las mismas propiedades y calidad que los bioplásticos que hay actualmente en el mercado.

Para ello, en este proyecto desarrollado íntegramente por Itene, se han desarrollado cócteles enzimáticos específicos para aplicar a cada tipo de residuo con el objetivo de maximizar la extracción de azúcares. Estos azúcares se han utilizado posteriormente para la biosíntesis de compuestos y bioplásticos de interés. En concreto, se ha logrado aislar cepas productoras de ácido láctico, celulosa bacteriana y PHA, mejorando los rendimientos de la producción mediante la optimización de las variables del proceso y minimizando los costes:

• El ácido láctico es precursor del ácido poliláctico (PLA), un bioplástico con propiedades similares al PET con muchas aplicaciones en envases.
• La celulosa bacteriana obtenida presenta mejoras de más del 98% en los valores de permeabilidad al aire, así como nuevas propiedades barrera a las grasas y al agua, con la que se han creado recubrimientos que han mejorado notablemente las propiedades del papel como material.

Todos los proyectos comentados anteriormente suponen un avance en el desarrollo de nuevas tecnologías de valorización de biorresiduos mediante la demostración de la viabilidad técnica y la validación de los procesos desarrollados para la obtención de los distintos productos de alto valor añadido mediante distintas estrategias biotecnológicas. Además, permiten impulsar las nuevas cadenas de valor formadas entre los gestores de residuos, las empresas fabricantes y el usuario final, cerrándose así el círculo y promoviendo la industrialización del proceso productivo.

La transición hacia un modelo de economía circular, tal y como se ha demostrado con los proyectos brevemente explicados, únicamente se puede alcanzar favoreciendo la colaboración e implicación de todos los actores de la cadena de valor, los cuales deben fomentar la investigación y la innovación a la vez que se facilita la transferencia de conocimiento y la posterior implantación de nuevas tecnologías. Desde Itene Centro Tecnológico se contribuye al desarrollo y a la implantación de nuevas tecnologías de valorización aportando soluciones competitivas completamente alineadas a los problemas generados y adaptadas para cada caso.