AP-WASTE: Recogida y gestión de residuos de agroplásticos de un solo uso de los suelos agrícolas y su valorización por insecticultura

El proyecto AP-WASTE (2019-2021), financiado por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación a través del PNDR (Programa Nacional de Desarrollo Rural 2014-2020) y el Fondo Europeo Agrícola del Desarrollo Rural (FEADER), tiene como objetivo resolver el problema que generan los agroplásticos mediante su biodegradación por aplicación de biotecnología simbiótica en microorganismos-insectos.

Contexto

La contaminación de los suelos agrícolas y del entorno rural nacional por agroplásticos (APs) de un solo uso se ha convertido en un grave problema en términos medioambientales y productivos, con más de 950.000 hectáreas afectadas en las que se han acumulado 632 Kg de APs/Ha.

Actualmente, la agricultura en los países de la Unión Europea (UE) demanda 700.000 toneladas de agroplásticos, de los que sólo se recicla alrededor del 9% debido a sus complicaciones en la retirada y posterior gestión, ya que, en muchos casos, la presencia de restos orgánicos dificulta su manipulación y reciclaje. España es uno de los principales consumidores europeos de APs (220.000 toneladas/año).

Aproximadamente el 79% de los residuos de APs se acumula en el suelo (suelos productivos y entornos naturales próximos) y se prevé que 12.000 Mt de APs se acumularán en el medio ambiente para 2050 en la UE. Además, en la actualidad, de forma habitual y descontrolada se incinera un 12% de los APs fuera de uso produciendo altos niveles de emisiones de CO₂.

Resumen y objetivos

El objetivo general de AP-WASTE es incrementar la recogida y gestión de agroplásticos mejorando el proceso de degradación de poliestireno y polietileno de baja y muy baja densidad a través de la insecticultura (los insectos empleados ingieren los plásticos usados en agricultura) como medio para incrementar la rentabilidad de las explotaciones agrarias.
De este modo, los insectos pueden suponer un avance importante en la gestión de residuos plásticos y en la conservación del entorno natural gracias a la rápida degradación del plástico que son capaces de llevar a cabo. En el caso de AP-WASTE, se trabajará mayoritariamente con el tenebrio, una especie de coleóptero de la familia de los escarabajos. Además, gracias a AP-WASTE:

• Se obtendrán productos de valor añadido, extraídos durante el proceso de biodegradación de los plásticos, a partir de la biomasa de tenebrios y lombriz, como son proteínas y otros compuestos de naturaleza biofertilizante, así como quitina y sus derivados (como chitosan). Todos estos productos son de valor añadido con usos biotecnológicos diversos que van desde cosmética hasta usos antimicrobianos en diferentes ámbitos, incluido el agrícola.
• Se podrá contribuir a un abastecimiento estable y sostenible de alimentos, piensos y biomateriales, aprovechando las proteínas, el exoesqueleto y los desechos generados por los insectos empleados. Con todo ello, se fomentará un modelo de producción con resultados dotados de un alto valor añadido que compiten en mejores condiciones de calidad y, a su vez, se demostrará la proactividad del sector y de la industria productora de agroplásticos para la resolución de este problema.

Consorcio

Para conseguir los objetivos anteriormente mencionados, se ha conformado un consorcio de 6 socios, que incluye a 1 gestor de residuos, 1 asociación profesional, 1 universidad, 2 centros de investigación y una empresa.

1. Sigfito Agroenvases.
2. Asociación Nacional de Jóvenes Agricultores -ASAJA.
3. ITENE – Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística.
4. Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH).
5. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS),  centro de investigación dentro del Consejo Nacional de Investigación (CSIC).
6. Repsol S.A.

El papel de ITENE en AP-WASTE

En el marco del proyecto AP-WASTE, ITENE se encargará de desarrollar determinados pretratamientos necesarios para incrementar y optimizar la biodegradación de los residuos plásticos. De esta manera, se profundizará en el conocimiento existente con el fin de acondicionar estos residuos para aumentar la tasa de biodegradación.
Además, ITENE participará en tareas relacionadas con el análisis de la flora microbiana presente en los insectos estudiados, así como de posibles actividades enzimáticas involucradas. Este centro tecnológico desarrollará también procesos de obtención y purificación de quitina a partir del exoesqueleto de los insectos con el fin de validarlo como refuerzos para envases.
Junto con el resto de socios del consorcio, ITENE participará en las actividades de comunicación y difusión de los resultados del proyecto.

ACTIVIDAD 1: Caracterización de agroplásticos recogidos de ambientes rurales. Desarrollo de procesos de envejecimiento acelerado, para acelerar el proceso de biodegradación llevado a cabo por los consorcios insecto-microorganismo.

• Tras la caracterización del material recogido de entornos agrícolas se ha observado que estos polímeros presentan un grado de deterioro avanzado, ya que las cadenas de poliolefinas que lo componen presentan un alto grado de oxidación. En este sentido, esta oxidación favorecerá la degradación de los polímeros por parte de los consorcios desarrollados (insecto-microorganismo).
• Se han desarrollado diferentes tratamientos capaces de acelerar la oxidación de estos materiales. Aplicando tratamientos químicos, térmicos o la combinación de ambos durante 7 días se consigue degradar y oxidar el LDPE virgen, alcanzando un grado de oxidación similar al que presentan los plásticos recogidos de entornos rurales.
• Se han evaluado diferentes tratamientos, alcanzando los mejores resultados con tratamientos que se basan en temperaturas elevadas que favorecen la oxidación del material. Además, los tratamientos con agentes químicos fuertes como son el ácido nítrico también van a favorecer la oxidación del material y la alteración de la estructura de la cadena. Finalmente, el tratamiento metanol y carbonato potásico también son capaces de alterar la estructura de la cadena.

ACTIVIDAD 2: Extracción de quitina y producción de quitosano. Validación para aplicaciones de material de envase.

• En este trabajo se ha logrado obtener biopolímeros de quitina y quitosano a partir del exoesqueleto de insectos de la especie de insecto Tenebrio molitor. Estos insectos han sido empleados previamente para la biodegradación de LDPE.
•  La quitina extraída ha sido evaluada mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, difracción de rayos X y análisis termogravimétrico. Una vez evaluada, se ha visto que presenta características similares a biopolímeros de quitina comerciales (shrimp shells) y a los reportados en la literatura.