NENU2PHAR: Para una cadena de valor sostenible y europea de materiales basados en PHA para productos de gran consumo

Contexto

El Acuerdo de París, firmado en 2015 y con carácter jurídicamente vinculante para los países adheridos, tiene por objetivo trabajar para evitar que el incremento de la temperatura media global del planeta supere los 2ºC respecto a los niveles preindustriales y busca promover esfuerzos adicionales que hagan posible que el calentamiento global no supere los 1,5ºC. Para ello, los países firmantes a este pacto desarrollado en el marco de Naciones Unidas- entre ellos España-, se comprometen a reducir la emisión de gases efecto invernadero.

Se da la circunstancia que, según la Comisión Europea, la mitad de las emisiones totales de gases de efecto invernadero y más del 90% de la pérdida de biodiversidad y del estrés hídrico proceden de la extracción y el procesamiento de recursos.

Por este motivo, el sector de la bioeconomía europea está creando nuevas cadenas de valor sostenibles y apoyando el desarrollo de bioplásticos de forma rentable. Adicionalmente, se está trabajando en la valorización de los residuos en general y también del fin de vida de los envases plásticos.

Todo ello va en línea con la transición hacia una economía circular en la que se reduzca la utilización de recursos naturales para la fabricación de productos. Ello es posible al darle una segunda vida a los residuos en forma de nuevos materiales con nuevas aplicaciones, entre ellas los envases.

Por este motivo, han surgido nuevos bioplásticos basados en bacterias, hongos y algas, que no presentan contraindicaciones para los cultivos (no son cultivos que puedan ser consumidos por el ser humano), tienen una menor huella de carbono y se adaptan a las opciones de gestión sostenible de residuos, como el compostaje.

En este sentido, una alternativa prometedora son los polihidroxialcanoatos (PHA), una variedad de poliésteres renovables y biodegradables. Se pueden fabricar mediante una ruta puramente biotecnológica con una variedad de materias primas de biomasa ricas en carbono. Además, los PHAs se degradan espontáneamente en mares y ríos.

Los PHAs son una familia de biopolímeros de tipo poliéster, que se caracterizan por ser de base biológica, biodegradables y compostables y proporcionar variabilidad de propiedades según el tipo seleccionado. Tanto es así, que en la actualidad se presentan como una de las alternativas sostenibles con mayor potencial para sustituir a los plásticos convencionales derivados de combustibles fósiles.

Resumen y objetivos

El objetivo general del proyecto NENU2PHAR es desarrollar alternativas viables a los actuales plásticos de base petroquímica que sean sostenibles y biodegradables. En concreto, se crearán cultivos de algas ex profeso, que serán consumidos por bacterias también criadas para la producción de PHAs.

El proyecto tiene una serie de objetivos específicos:

• Desarrollar una fuente competitiva de polímeros PHAs que sea sostenible, tanto desde una perspectiva medioambiental como económica. Esto permitirá destinarlos a productos de gran consumo.
• Formular y funcionalizar los polímeros para el desarrollo de masterbatches y compuestos con el fin de garantizar que el material sea procesable en equipos convencionales y pueda satisfacer las necesidades de los fabricantes de productos plásticos.
• Identificar los procesos necesarios para garantizar que los materiales basados en PHA alcancen propiedades funcionales que sean iguales o mejores que las de sus homólogos de combustibles fósiles (plásticos convencionales).
• Desarrollar una serie de prototipos de productos ecodiseñados a partir de PHA que sean adecuados para productos de gran consumo, optimizando la selección de materiales, el diseño y la definición de procesos para reducir tanto los residuos como la huella medioambiental.
• Demostrar la idoneidad de la cadena de valor desarrollada por el proyecto NENU2PHAR para la economía circular, explorando escenarios de fin de vida como el compostaje, el reciclaje o la reutilización de materiales.

Consorcio

El proyecto NENU2PHAR reúne a 17 socios de 7 países europeos (5 grandes empresas, 6 pymes, 5 centros de investigación y 1 clúster), líderes cada uno de ellos en diferentes campos de investigación, desde el desarrollo de la biomasa hasta la formulación de biopolímeros y los procesos plásticos.

1.  Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives-CEA (Francia). Coordinador.

2.  Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites (Francia).

3.  Université de Bretagne Sud (Francia).

4.  Association Industries et Agroressources (Francia).

5.  Elixance Masterbatches (Francia).

6.  Danone Research SAS (Francia).

7.  Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística- ITENE (España).

8.  Lomartov SL (España).

9.  Zero Emissions Engineering BV (Países Bajos)

10. Celabor SCRL (Bélgica).

11. Centre Scientifique & Technique de l’Iindustrie Textile Belge (Bélgica).

12. Sofradim Production SASU (Francia).

13. IFG Exelto (Bélgica).

14. Kaj Zoo (Polonia).

15. Bio-Mi Drustvo S Ogranicenom Odgovornoscu za Proizvodnju, Istrazivanjei Razvoj (Croacia).

16. Biotrend-Inovacao e Engenharia em Biotecnologia SA (Portugal).

El papel de ITENE 

El proyecto NENU2PHAR está dividido en nueve paquetes de trabajo (WP) e ITENE participará en varios de ellos. Así, el centro tecnológico apoyará a CEA (el coordinador) en todas las tareas del WP1, cuyo propósito es la correcta coordinación y gestión del proyecto.

Por su parte, ITENE liderará el WP4 en el que se trabajará en la formulación de biopolímeros, su caracterización y la optimización de los materiales desarrollados, de manera que cumplan los requerimientos de los productos a desarrollar.

En los WP5 y WP6, el instituto tecnológico colaborará con las empresas socias del proyecto en la obtención de envases sostenibles mediante distintas técnicas de procesado, partiendo de los materiales obtenidos en el anterior WP.

En el WP7, ITENE evaluará la compostabilidad y biodegradabilidad, así como el posible reciclado químico, de los diferentes productos obtenidos a lo largo del proyecto, con el fin de identificar la solución de fin de vida más adecuada.

Además, el centro apoyará a los líderes del paquete de trabajo y al coordinador del proyecto en la explotación y difusión (paquete de trabajo 9) y en la definición de los requisitos del mercado, así como en la evaluación de la sostenibilidad del proyecto.

Resultados

A través del proyecto, se ha conseguido producir y refinar almidón a partir de microalgas de manera que sirva como sustrato de fermentación, creando procesos de fermentación que utilicen hidrolizados de almidón de microalgas como materia prima. Se han definido metodologías para la extracción y purificación de PHA utilizando disolventes más ecológicos que los disolventes clorados convencionales. Con el fin de responder a las necesidades de los 8 productos objetivo, se han diseñado formulaciones basadas en los PHA obtenidos, teniendo en cuenta tanto la procesabilidad mediante las correspondientes técnicas de procesado como los requerimientos finales de cada aplicación.

ITENE, además de liderar la formulación de dichos materiales, ha trabajado en el desarrollo de refuerzos, como nanocristales de almidón y celulosa, para optimizar las propiedades barrera de aquellas aplicaciones con mayores exigencias.

Como resultado, se han obtenido materiales basados en PHA para las siguientes aplicaciones: bandejas termoformadas para queso loncheado con su correspondiente film tapa, tarros termoformados para productos tipo compota, films para envases tipo stand-up pouch de yogurt, envases roll-on inyectados para productos cosméticos, agrotextiles, materiales flexibles y rígidos para impresión 3D y mallas médicas. Además de asegurar la funcionalidad de los materiales para sustituir a los productos hechos de materiales de fuentes no renovables actuales, se ha validado su fin de vida.

En primer lugar, se han definido estrategias para mejorar la clasificación de estos materiales en las corrientes de residuo, incluyendo el desarrollo de marcadores fluorescentes por parte de ITENE. Se ha estudiado también la compostabilidad industrial/doméstica, el reciclaje mecánico y el reciclado químico/enzimático de los materiales finales, determinando el fin de vida más adecuado en cada caso.