Proyecto PERCAL, o cómo producir nuevos productos de interés para la industria química en una “Biorrefinería Urbana”

El pasado mes  de diciembre especialistas en la conversión de residuos orgánicos a productos de alto valor añadido, se reunieron en el BIO2C (Centro de Biorrefinería y Bioenergía) de CENER para llevar a cabo el seguimiento y puesta en común de los resultados obtenidos hasta la fecha por los socios del proyecto europeo PERCAL (Horizonte 2020). El objetivo principal de esta cita fue trabajar en la explotación del uso de  la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) como materia prima para el desarrollo de nuevos productos, con altos rendimientos y bajo nivel de impurezas, que resulten de interés para la industria.

En la Unión Europea cada año se producen más de 100 millones de toneladas de residuos de composición orgánica. En la actualidad, el 75% de estos residuos se depositan  en un vertedero o se incineran, causando graves problemas medioambientales por la emisión de gases de efecto invernadero generados cuando se descomponen, y la contaminación de suelos y aguas subterráneas. Además, estas formas de gestión no están alineadas con los principios de economía circular, generando por tanto un desperdicio tanto de nutrientes, como de energía, y del propio recurso potencial para la producción de bioproductos.

Especialistas europeos en este área se reunieron el pasado 9 y 10 de diciembre en la sede de CENER, Centro Nacional de Energías Renovables, donde se celebró la sexta asamblea general del proyecto PERCAL, que está coordinado por Imecal. Se presentaron los principales avances en soluciones innovadoras alternativas para transformar la FORSU en bioproductos de alto valor añadido, basado en una valorización de la misma en cascada. En este marco, se están desarrollando rutas complementarias a la producción de bioetanol (tecnología PERSEO) como son el ácido láctico y el ácido succínico. El ácido láctico se emplea para producir solventes de lactato de etilo por destilación reactiva del ácido láctico y bioetanol, que se utilizan en productos de limpieza y tintas, y adhesivos termofusibles para cartón y otros productos de aplicación no alimentaria, en combinación con anhídrido maleico por extrusión reactiva. Por otro lado, el ácido succínico se considera como producto químico intermedio en la producción de polioles para la industria del poliuretano. Y finalmente, en la producción de biosurfactantes por modificación química y/o enzimática de la fracción proteica y lipídica de la fracción restante de fermentación de la FORSU, para su uso en productos de limpieza.

Figura: Productos intermedios y finales obtenidos durante el desarrollo del proyecto PERCAL.

En este momento el proyecto está finalizando, y los principales resultados y conclusiones obtenidas durante este último año se resumen a continuación:

• A pesar de la variación de su composición, los componentes químicos de la FORSU están generalmente dentro de un rango de valores relativamente corto. Se ha obtenido una concentración de 50-70 g/L de glucosa después de llevar a cabo una hidrólisis de los carbohidratos.
• Se ha llevado a cabo el escalado del proceso de producción de ácido láctico, alcanzando rendimientos significativos y produciendo ácido láctico con una pureza superior al 90%, así como una pureza estereoquímica del ácido L-láctico superior al 97% (wt), lo que permite su uso directo posterior.
• La fermentación para la obtención de ácido succínico utilizando una cepa bacteriana con alimentación en continuo ha mostrado rendimientos y productividades elevadas, que podrían aumentar más aún mediante la inmovilización del microorganismo.
• El ácido láctico se ha usado para la producción de etil-lactato mediante su combinación con etanol de fermentación para la producción de PLA de bajo peso molecular (ácido poliláctico) y copolímeros de PLA, así como para la producción de termo-adhesivos mediante inyección del PLA. Con respecto a la resistencia al corte, su comportamiento es similar al estándar de referencia usado en cajas de cartón para aplicaciones no alimentarias y muestra una mejoría en cartones Molped y Bingo.

CENER lidera la línea de investigación y el paquete de trabajo centrado en la producción de biosurfactantes mediante la valorización del subproducto de fermentación del bioetanol, ácido láctico y acido succínico, con el objetivo final de aumentar la valorización completa de la FORSU. La hidrólisis, extracción, así como la producción de biosurfactante se han llevado a cabo en el laboratorio de la Unidad de Procesos Bioquímicos de CENER. Los biosurfactantes son productos finales muy interesantes debido a su creciente demanda, dado que su composición biológica de origen renovable representa aproximadamente el 95%. Este hecho está totalmente alineado con la preocupación medioambiental creciente de los ciudadanos y con las diferentes legislaciones y estrategias en bioeconomía y economía circular.

El subproducto probado por CENER en el marco del proyecto PERCAL es el residuo que se genera tras la fermentación y conversión a etanol de los azúcares contenidos en la FORSU, que ha sido suministrado por la empresa Imecal. Una vez recibido, el material se caracteriza y se somete a un proceso de hidrólisis enzimática o a extracción de lipídica. Hasta ahora se han obtenido resultados interesantes en relación con la cantidad de proteínas y lípidos totales disponibles en el subproducto de fermentación, que representan más del 25% en peso. En consecuencia, estas dos fracciones se pueden valorizar mediante la producción de biosurfactantes, tanto por vía química como por enzimática. Cabe destacar que el biosurfactante producido ha sido probado con éxito en formulaciones de detergentes, mostrando un rendimiento similar comparado con un tensioactivo comercial. Además, la evaluación tecno-económica de todo el proceso está en ejecución y  será un pilar fundamental para optimizar y escalar el proceso.

Dado que el proyecto se encuentra en su última fase, CENER sigue trabajando en esta recta final del proyecto en la mejora de la producción de biosurfactantes, así como en las pruebas de formulación de detergentes, que valora como muy positivos hasta el momento.

Este proyecto ha recibido financiación de Bio Based Industries Joint Undertaking en el marco del Programa de Investigación e Innovación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el contrato No 745828. Más información:  https://www.percal-project.eu/