DEEP PURPLE: Conversión de biorresiduos urbanos mixtos en productos de alto valor añadido en una biorrefinería flexible

Planta de tratamiento de aguas residuales

El proyecto DEEP PURPLE (2019-2023) tiene como objetivo desarrollar y validar una biorefinería versátil, integrada y flexible capaz de aprovechar los flujos de residuos urbanos orgánicos para extraer y recuperar compuestos de alto valor añadido (ectoína, PHA o celulosa), utilizados en aplicaciones de bioplásticos, fertilizantes o cosméticos.

Contexto

En la Unión Europea se generan anualmente hasta 138 millones de toneladas de biorresiduos procedentes del tratamiento de aguas residuales y de la gestión de residuos urbanos. Se estima que casi el 75% de estos residuos se destinan a incineración o vertido, lo que supone un enorme coste medioambiental y económico. De los nutrientes y compuestos de las aguas residuales y los desechos orgánicos se podrían extraer recursos valiosos que hoy en día se desaprovechan.

La heterogeneidad de los flujos de residuos y su alto nivel de dilución dificultan la separación en origen y reducen la eficacia de los métodos tanto convencionales como emergentes de tratamiento de los residuos orgánicos urbanos. Esto, sumado a la elevada contaminación de estos flujos dificulta la recuperación eficaz de los recursos.

Resumen y objetivos

El objetivo del proyecto DEEP PURPLE, financiado por la Bio-based Industries Joint Undertaking en el marco del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, es extraer y recuperar compuestos de alto valor añadido de los flujos de residuos urbanos (flujos de residuos mixtos, residuos orgánicos recogidos selectivamente, aguas residuales y la fracción orgánica de los lodos de depuradora) para su posterior uso como productos biobasados en diversos sectores industriales.

DEEP PURPLE plantea una visión radicalmente nueva para valorizar estos residuos a través de la combinación de una serie de tratamientos de residuos de última generación (procesos de preacondicionamiento, separación y purificación) con una tecnología de tratamiento innovadora basada en las bacterias fototrópicas púrpuras (PPB).

Para ello, en este proyecto se desarrollará una biorrefinería multiplataforma versátil, integrada y flexible, creando cinco nuevas cadenas de valor para la obtención de tres materias primas para la bioindustria. Por un lado, en el concepto de biorefinería planteado en DEEP PURPLE se recuperará la celulosa de aguas residuales urbanas para su posterior valorización en bioplásticos que serán validados para la obtención de envases y nanofribras de celulosa para usarlos como refuerzos de otros bioplásticos. Por otro lado, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos se empleará para la producción de ectoína -una sustancia con propiedades hidratantes, reguladoras y calmantes para la piel- para su uso en cosméticos. Por último, se emplearán las bacterias fototróficas púrpuras (PPB), que gracias a su metabolismo versátil son capaces son capaces de metabolizar compuestos de difícil degradación en diferentes condiciones, obteniéndose una biomasa rica que se empleará para la extracción de biofertilizantes y PHAs.

Este innovador concepto de biorrefinería que propone DEEP PURPLE permitirá desarrollar una nueva generación de instalaciones integradas de valorización de biorresiduos urbanos en las que los RSU y las aguas residuales se traten en la misma instalación, creando así múltiples sinergias que no están disponibles en el marco del sistema convencional de biorresiduos urbanos.

Este concepto de biorrefinería será validado a través de su implementación en diversos puntos, tanto en España (Madrid y Toledo) como en la República Checa (en la región de Moravia-Silesia).

Consorcio

14 socios de 6 países europeos:

1. FCC AQUALIA (España) – Coordinador del proyecto.

2. ACTIVATEC (Reino Unido)

3. RNB S.L. (España)

4. NATUREPLAST (Francia)

5. FCC S.A. (España)

6. ITENE (España)

7. BRUNEL UNIVERSITY (Reino Unido)

8. NOVAMONT (Italia)

9. UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS (España)

10. ALCHEMIA‐NOVA NPO (Austria)

11. UNE (España)

12. GATE2GROWTH (Alemania)

13. UNIVERSIDAD DE VALLADOLID (España)

14. ROULLIER GROUP (Francia)

El papel de ITENE en DEEP PURPLE

El proyecto DEEP PURPLE está organizado en 8 paquetes de trabajo. ITENE está involucrado en varios paquetes de trabajo (WP) y tareas dentro de este proyecto. En el paquete de trabajo 1, ITENE definirá los procedimientos de descontaminación de la celulosa recuperada de las aguas residuales y de los lodos de depuradora. La celulosa descontaminada será entonces valorizada por ITENE dentro del WP2 en dos enfoques diferentes:

i) mediante su sacarificación en azúcares fermentables para su uso en los procesos posteriores de obtención de poliésteres (bioplásticos), y

ii) mediante la producción y modificación de la superficie de celulosa nanofibrilada (CNF), que se utilizarán para producir nanocompuestos de PHA reforzados con CNF, que ITENE validará para aplicaciones de envasado en el WP4 a escala de laboratorio.

ITENE es el líder del WP5, que se relaciona con la evaluación ambiental, social y económica de los procesos de DEEP PURPLE y sus productos finales. En particular, ITENE evaluará los impactos ambientales a través de una evaluación del ciclo de vida completo (ACV). ITENE también contribuirá en términos de difusión y transferencia de conocimientos de explotación en el séptimo paquete de trabajo.

Resultados

En el marco de DEEP PURPLE, ITENE ha desarrollado un proceso de descontaminación para la celulosa recuperada de agua residual y su transformación en azúcares fermentables, que se pueden emplear en la producción de bioplásticos, entre otras aplicaciones. También se ha producido nanofibras de celulosa (CNFs) a partir de esta celulosa recuperada y se han modificado para aumentar su resistencia química y compatibilidad con matrices poliméricas. Además, se han formulado materiales compuestos biobasados de PHA/CNF para su aplicación en envases. ITENE ha realizado el análisis de ciclo de vida de los procesos y productos desarrollados en el marco del proyecto, comparándolos con los convencionales para demostrar su mejor comportamiento ambiental.