Adhesivos a partir de plumas

Investigadores del Instituto Fraunhofer han desarrollado recientemente un proceso que permite utilizar la queratina para producir adhesivos, hasta ahora basados habitualmente en materias primas fósiles como el petróleo. Este compuesto proteínico tan versátil se encuentra, por ejemplo, en las plumas de pollo. No sólo puede utilizarse para fabricar adhesivos para diversas aplicaciones, sino que además los procesos y productos finales son sostenibles y siguen los principios básicos de una economía circular bioinspirada. El proyecto, desarrollado junto con Henkel AG & Co. KGaA, se dirige a un mercado de mil millones de dólares.

Los adhesivos se encuentran en casi todas partes: en zapatillas de deporte, teléfonos inteligentes, revestimientos de suelos, muebles, textiles o envases. Incluso los parabrisas de los coches se pegan con adhesivos. Los expertos reconocen más de 1.000 tipos diferentes de adhesivos. Con ellos se pueden unir casi todos los materiales imaginables. Los adhesivos pesan muy poco, por lo que se prestan a diseños ligeros. Las superficies unidas con adhesivo no se deforman porque, a diferencia de las fijaciones con tornillos, la carga se distribuye uniformemente. Los adhesivos no se oxidan e impiden la entrada de humedad. Las superficies unidas con adhesivo también son menos sensibles a las vibraciones. Además, los adhesivos son baratos y relativamente fáciles de trabajar.

Tradicionalmente, los adhesivos se han fabricado casi siempre a partir de materias primas fósiles, como el petróleo. El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB ha adoptado recientemente un enfoque diferente. Sus investigadores han utilizado plumas como material de base en lugar de petróleo. Las plumas son un subproducto de la producción de carne de ave. Se destruyen o se mezclan con el pienso. Pero las plumas son demasiado valiosas para desperdiciarlas porque contienen la proteína estructural queratina. Este biopolímero se encuentra en los animales y forma garras, pezuñas o plumas. Su estructura fibrosa es extremadamente resistente.

La queratina es un material biodegradable y, por tanto, respetuoso con el medio ambiente, cuya estructura tiene propiedades específicas que la hacen especialmente adecuada para la fabricación de adhesivos. La estructura polimérica de la queratina, es decir, sus moléculas de cadena muy larga, así como su capacidad para sufrir reacciones de reticulación, la predestinan para la fabricación de diversos adhesivos. “Las propiedades necesarias para los adhesivos son, en cierta medida, inherentes al material de base y sólo hay que desbloquearlas, modificarlas y activarlas”, explica el Dr. Michael Richter, director del proyecto.

Durante los últimos tres años, Fraunhofer IGB ha trabajado con Henkel AG & Co. KGaA en el proyecto KERAbond: “Kera es la abreviatura de queratina, combinada con la palabra inglesa bond. Henkel es una empresa pionera mundial en el sector de los adhesivos. Los socios del proyecto han desarrollado y perfeccionado recientemente un nuevo proceso. En la primera fase, las plumas recibidas del matadero se esterilizan, se lavan y se trituran mecánicamente. A continuación, un proceso enzimático divide los biopolímeros de cadena larga o cadenas de proteínas en polímeros de cadena corta mediante hidrólisis. El producto de salida es una plataforma química que puede servir como material de base para el desarrollo posterior de adhesivos especialmente formulados. Utilizamos el proceso y el producto químico de plataforma como una ‘caja de herramientas’ para integrar propiedades biopotenciadas en el producto final”, explica Richter. Esto significa que pueden especificarse parámetros para el adhesivo especial objetivo, como el tiempo de curado, la elasticidad, las propiedades térmicas o la resistencia. Además, no sólo es fácil fabricar adhesivos, sino también sustancias relacionadas, como endurecedores, revestimientos o imprimaciones.

En la siguiente fase, el equipo de Fraunhofer se dedicó a convertir las plumas a gran escala. La puesta a punto del proceso recayó en el Centro Fraunhofer de Procesos Químico-Biotecnológicos CBP de Leuna. El objetivo era demostrar que las plataformas químicas a base de queratina también pueden fabricarse de forma rentable a escala industrial. Para ello, se procesaron varios kilogramos de plumas de pollo, y el material producido se utilizó para las prometedoras pruebas iniciales de materiales en Fraunhofer IGB y Henkel.

Este proceso bioinspirado reviste especial importancia para la Fraunhofer-Gesellschaft. No sólo porque se trate de materias primas biodegradables o de métodos de fabricación especialmente eficaces. De hecho, la biotecnología es uno de los principales campos de investigación de la Fraunhofer-Gesellschaft. Richter explica el concepto subyacente: “Nos inspiramos en la funcionalidad o las propiedades que ya existen en la naturaleza o en las materias primas naturales. Y tratamos de traducir estas propiedades en productos mediante métodos de fabricación innovadores. Así se genera un ciclo bioinspirado para materias primas valiosas”. Fraunhofer IGB lleva años trabajando en todos los aspectos de la bioeconomía y ha desarrollado una experiencia exclusiva en lo que se refiere a la queratina, por ejemplo. Por eso, la empresa química Henkel se puso en contacto con Fraunhofer IGB para este proyecto.

El proyecto tiene cierto peso económico. Según Statista, solo en Alemania se fabricaron alrededor de un millón de toneladas de adhesivos en 2019. El valor total ronda los 1.870 millones de euros. Y la producción científica también está en su punto: Se ha presentado una solicitud de patente para el nuevo proceso y se ha publicado un artículo en una revista científica. Se espera que dos estudiantes de doctorado que han llevado a cabo una amplia investigación sobre el proyecto en Henkel y Fraunhofer completen sus tesis en el primer trimestre de 2024. Esta nueva tecnología basada en la queratina permitirá producir una gran cantidad de productos químicos de plataforma de forma sostenible y bioinspirada.

El proyecto KERAbond ha sido financiado y apoyado durante los últimos tres años por la Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) de Gülzow en nombre del Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura (BMEL) dentro del programa de financiación de Recursos Renovables (subvención número 22014218).