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Zero Waste Ligno-Cellulosic Biorefineries by Integrated Lignin Valorisation

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Materias primas sostenibles a partir de residuos de la biorrefinería

Un grupo de investigadores públicos y privados financiados con fondos europeos ha desarrollado nuevas cadenas de valor para crear productos sostenibles novedosos a partir de residuos de origen biológico. Así, la industria de base biológica será más viable económicamente, y se facilitará la transición hacia una sociedad que no utilice combustibles fósiles.

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El cambio climático adverso destaca la necesidad de producir de forma sostenible materiales biodegradables y reciclables con una huella de carbono reducida. El proyecto financiado con fondos europeos Zelcor abordó este desafío reciclando residuos de bioproductos y mejorando la sostenibilidad de las biorrefinerías de segunda generación existentes. Estos procesos de producción química a partir de materiales distintos del petróleo tienen por fin tanto reducir las emisiones de gases de efecto invernadero como proteger la salud humana. Los miembros del consorcio combinaron la catálisis enzimática y química con la conversión biológica basada en insectos en un enfoque integrado de la biorrefinería. Así demostraron la viabilidad de transformar los flujos secundarios persistentes de la biorrefinería de lignocelulosa en bioproductos de gran valor añadido. «Resulta necesario desarrollar nuevas cadenas de valor mediante una metodología de economía circular basada en los residuos de la refinería para satisfacer la creciente demanda de bioproductos entre los sectores industriales», afirma la coordinadora del proyecto, Stéphanie Baumberger. El proyecto obtuvo financiación de la Empresa Común para las Bioindustrias (Empresa Común BBI), una colaboración público-privada entre la Unión Europea y la industria. «Zelcor también tiene relación con otros proyectos europeos, como EUCALIVA y UNRAVEL, a través de la recuperación de lignina de procesos a escala piloto y su caracterización en el seno de Zelcor», explica Baumberger.

Los insectos convierten los residuos en recursos

Los investigadores recuperaron tres valiosas materias primas a partir de productos secundarios de la biorrefinería: residuos lignocelulósicos (materia vegetal seca) de la producción de etanol, lignina disuelta durante el procedimiento de reducción a pasta de papel y compuestos húmicos similares a la lignina formados por reacciones secundarias durante la conversión de azúcares. Su objetivo era desarrollar procesos eficientes y sostenibles para la producción a gran escala de biomoléculas para cosméticos, envases y la industria química, así como nuevos biocatalizadores mediante recursos biológicos renovables. Los socios del proyecto desarrollaron cuatro vías principales para la conversión de lignina. Emplearon la extracción de disolventes y el tratamiento mediante líquido iónico para producir extractos antioxidantes, la despolimerización catalizada de base para obtener intermediarios químicos aromáticos y la tecnología de disolución-agregación para recuperar partículas coloides de lignina. Además, utilizaron lignina como sustrato para la conversión mediante microorganismos y termitas, lo cual permitió la cría a gran escala. El equipo diseñó una unidad de cría de termitas alimentada con sustratos lignocelulósicos y la empleó para producir biomasa para piensos y quitina, un polisacárido y componente primario del exoesqueleto de las termitas. «Las fracciones lignocelulósicas persistentes se aprovecharon como fuente de carbono para las termitas vivas o mediante consorcios microbianos cultivados a partir de intestinos de termitas. Al mismo tiempo, se expresaron y caracterizaron dieciséis nuevas enzimas fúngicas y bacterianas que actúan en la lignina, y se seleccionaron tres de ellas para la producción a gran escala», añade Baumberger.

Productos más seguros y más sostenibles

Los investigadores integraron todos los avances técnicos en un enfoque transversal de la cadena de valor para poder ofrecer unos valiosos bioproductos a los mercados objetivo. Tras mapear sus capacidades, los investigadores seleccionaron los productos intermedios más adecuados para la formulación y procesamiento de cremas cosméticas faciales, materiales para envases alimentarios y sistemas coloides acuosos. Gracias a los esfuerzos conjuntos de químicos orgánicos y físicos, biólogos e ingenieros de procesos, ahora se puede extraer un conjunto de valiosos bioproductos a partir de materias primas anteriormente consideradas como residuos. Entre esos productos, los compuestos fenólicos a partir de biomasa vegetal ofrecen alternativas más seguras a los antioxidantes sintéticos comerciales existentes, como el bisfenol-A (BPA), ampliamente usado para la producción de ciertos plásticos y considerado un alterador endocrino. Todos los compuestos comprobados presentan un impacto medioambiental reducido y pueden competir económicamente con los productos actuales basados en carbono fósil. «Zelcor beneficiará a empresas de los sectores de la química, los plásticos y la cosmética, permitiéndoles diversificar sus productos y aplicaciones, al tiempo que ofrece alternativas más seguras para los consumidores y el medio ambiente», concluye Baumberger.

Palabras clave

Zelcor, biorrefinería, lignina, economía circular, compuestos húmicos, lignocelulosa, biomoléculas, quitina, termitas, enzimas

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