CELLUWIZ: Desarrollo de procesos para un material multicapa de celulosa reciclable y compostable para packaging

El proyecto CelluWiz (2019-2022), financiado por la Bio-based Industries Joint Undertaking en el marco del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, tiene como objetivo desarrollar dos procesos para producir un material de packaging de celulosa que pueda competir con los materiales plásticos multicapa y multimateriales existentes, y que a su vez sea renovable, reciclable en la cadena de valor de los residuos de papel y biodegradable.

Contexto

Los envases y embalajes son necesarios para transportar y proteger bienes y alimentos, así como para establecer una comunicación con el usuario final. La industria del envasado de alimentos, que proporciona gran agilidad para cumplir con las expectativas de los consumidores y cambios sociales, actualmente se enfrenta al desafío de mejorar su sostenibilidad y reducir su impacto ambiental durante los próximos años.

En este sentido, existe una necesidad para desarrollar una nueva generación de envases y embalajes que tenga las mismas prestaciones técnicas que las soluciones mono y multimateriales ya existentes, pero con una capacidad de reciclaje y biodegradabilidad demostrada.

Resumen y objetivos

El objetivo general de Celluwiz es el desarrollo de dos procesos para producir un material de packaging de celulosa que pueda competir con los materiales plásticos multicapa y multimateriales que existen en la actualidad, y que a su vez sea renovable, reciclable en la cadena de valor de los residuos de papel y biodegradable. Los dos procesos son: 1. El proceso de laminación en húmedo (MFC) y 2. El proceso de recubrimiento e injerto por cromatogenia.

Para alcanzar este objetivo general, se han determinado cuatro objetivos específicos:

1. Desarrollar el proceso de laminación en húmedo (MFC). Este proceso combina una lámina y una capa de celulosa microfibrilada sin utilizar adhesivos, creando un material celulósico estratificado. La capa de celulosa microfibrilada confiere rigidez, ligereza y supone una barrera para el aire, la grasa, los contaminantes y el oxígeno.

2. Desarrollar una versión específica del proceso de recubrimiento e injerto por cromatogenia para las capas de celulosa microfibrilada (MFC). Este proceso químico de injerto libre de solventes, ultrarrápido y eficiente, se revisará por completo para crear una capa de éster de celulosa pura de tamaño micrométrico que brindará resistencia a los líquidos y proporcionará una barrera al vapor de agua.

3. Generar tres pruebas de concepto (envases tipo “clamshell”, bandejas y vasos) que muestren un rendimiento cuanto menos equivalente a los referentes del mercado.

4. Demostrar los beneficios medioambientales de los procesos y materiales innovadores, así como su fácil integración en la cadena de valor, a través de la implementación de metodologías de análisis del ciclo de vida (LCA) y de coste del ciclo de vida (LCC), además de la presentación de los avances del proyecto a un grupo asesor compuesto por los diferentes agentes que participan en la cadena de valor.

Al finalizar el proyecto, las pequeñas máquinas experimentales podrán demostrar que los materiales CelluWiz son capaces de ofrecer una alternativa competitiva a los materiales plásticos multicapa y multimateriales ya existentes, siendo además renovables, reciclables en la cadena de valor de los residuos de papel (PfR) y biodegradables.

Consorcio

Para conseguir los objetivos anteriormente mencionados, se ha conformado un consorcio de 5 socios de 4 países europeos, que incluye a 3 organizaciones de investigación y tecnología (RTO) y 2 grupos industriales:

1. Centre Technique du Papier (Francia)
2. ITENE – Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (España)
3. CNRS- Centre National de la Recherche Scientifique (Francia)
4. Stora Enso (Finlandia)
5. Voith Paper (Alemania)

El papel de ITENE en CelluWiz

El Proyecto CelluWiz está organizado en 7 paquetes de trabajo (WP). El papel fundamental de ITENE, enmarcado dentro del WP5, consiste en la creación de una metodología de diseño, basada en el ecodiseño, para la obtención del diseño final de las tres pruebas de concepto que se desarrollarán en el proyecto. Además, ITENE seleccionará tres productos de referencia con los que se compararán las propiedades de las pruebas de concepto para establecer los criterios de diseño. ITENE también participará en el desarrollo físico de los prototipos mediante el uso del plóter de corte plano y evaluará sus propiedades térmicas, mecánicas y de barrera.

Por otro lado, ITENE lidera el WP6, dedicado a la evaluación ambiental, fin de vida y económica de las soluciones de envase desarrolladas en el proyecto. En concreto, ITENE evaluará la biodegradabilidad marina y la compostabilidad de los materiales desarrollados bajo sus correspondientes estándares (ASTM D7081 y EN 13432), desarrollará el análisis de ciclo de vida ambiental y de costes de las soluciones desarrolladas para determinar sus potenciales impactos en el medioambiente y la estimación de los costes. Además, en este mismo WP6, ITENE se encargará de analizar si los envases desarrollados cumplen con la legislación para materiales en contacto con alimentos.

Junto con el resto de socios del consorcio, ITENE participará en las actividades de comunicación y difusión de los resultados del proyecto.

Resultados

En el marco de CelluWiz se ha desarrollado un material renovable basado únicamente en celulosa combinando dos tecnologías desarrolladas en el proyecto, la laminación en húmedo de una fina capa de celulosa microfibrilada (MFC) sobre un sustrato de papel aportando propiedades barrera frente al oxígeno y las grasas y el injerto por cromatogenia. De este modo, se ha optimizado el material y se le ha aportado resistencia al agua y vapor de agua.

Estos procesos se han escalado en una planta piloto, obteniendo bobinas de material con las que se han fabricado tres pruebas de concepto: envase tipo clamshell (ITENE), vasos (CTP) y bandejas (SE).

Los envases tipo clamshell presentan una perfecta aplicabilidad en la vida real para el servicio de comida, los vasos también se comportan bien cuando se han probado con líquidos, mientras las bandejas tienen un buen comportamiento en aplicaciones a corto plazo como el servicio de comida.

Para completar el análisis de la sostenibilidad del material desarrollado, ITENE ha realizado un análisis de la eco-eficiencia del vaso desarrollado como prueba de concepto en CelluWiz que ha demostrado que es más sostenible en términos medioambientales y económicos que sus dos alternativas en el mercado.

Por último, ITENE ha verificado que los materiales desarrollados cumplen con los requisitos generales de ensayo recogidos en la Recomendación BfR XXXVI sobre papel y cartón para aplicaciones en contacto con alimentos.

También se ha comprobado que el material desarrollado y las pruebas de concepto son reciclables. Además, ITENE ha realizado en sus instalaciones ensayos para demostrar que el material desarrollado puede ser compostable de manera industrial y biodegradable en ambiente marino.