La biorrefinería que se alimenta de la poda

Desechos que impulsan un mundo sostenible . Y es que el reto de la industria es valorizar los subproductos para su aprovechamiento mediante su reutilización con trabajos de economía circular. En este contexto se enmarca el proyecto Syn2Value, en el que se plantea el desarrollo de una plataforma biotecnológica para el aprovechamiento de los sobrantes de la poda de bosques o residuos agrícolas para la producción de compuestos químicos de alto valor agregado, en concreto ácidos carboxílicos de cadena media, como el ácido hexanoico y ácido octanoico. «Los ácidos carboxílicos de cadena media son utilizados en la producción de combustibles, fluidos para automoción, adhesivos, recubrimientos, limpiadores, cosméticos y productos de cuidado personal».

Para lograr transformar los residuos en ácidos carboxílicos de cadena media en productos de valor agregado, explica el investigador del Instituto de Procesos Sostenibles Raúl Muñoz, los residuos orgánicos deben convertirse primero en gas de síntesis (syngas, por sus siglas en inglés), una mezcla de hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Después, se utilizan bacterias especializadas en la conversión de este gas en ácidos carboxílicos de cadena media de interés.

Esta iniciativa financiada por el programa europeo Marie Curie está compuesta por tres etapas: la bioprospección/búsqueda de bacterias aptas para el consumo del gas de síntesis, que se desarrollará en la Universidad de Wageningen (Países Bajos); el estudio y desarrollo del bioproceso en biorreactores de flujo continuo, que se llevará a cabo en la Universidad de Valladolid; y la evaluación de la factibilidad tecno-económica del proyecto en colaboración con la empresa española Greene, lo que determinará qué tan cerca o lejos nos encontramos de aplicar la tecnología en la escala industrial con residuos reales.

¿Cómo funciona? Detalla que se parte de la biomasa residual que se debe convertir en gas de síntesis. Esto se realiza a través de un proceso industrial conocido como gasificación . «Este gas se utiliza como alimentación de biorreactores de alta transferencia de masa, es decir, reactores que son capaces de disolver gas de síntesis con alta capacidad». 

De esta forma, comenta que los componentes de este gas pueden ser utilizados por un primer grupo de bacterias –que harán crecer dentro de los biorreactores–, las cuales lo convertirán en etanol. «Este primer paso de biotransformación se conoce como fermentación de syngas . El etanol es rápidamente utilizado por otro tipo de bacterias para producir ácidos carboxílicos de cadena media en un proceso llamado elongación de ácidos carboxílicos».

Para mejorar la eficiencia global del proceso, asegura el investigador de la Universidad de Valladolid, los ácidos carboxílicos son recuperados de manera continua mediante un sistema de extracción in situ o, en otras palabras, dentro del reactor para luego ser utilizados en la industria química y petroquímica.

Un proyecto innovador, a su parecer, por el desarrollo de una nueva generación de biorreactores de alta transferencia de masa para la fermentación del syngas, y por la integración modular y flexible de tecnologías anaerobias emergentes, en particular, la fermentación de gas de síntesis y la elongación anaerobia de ácidos carboxílicos para generar productos de valor más sostenibles para la sociedad del siglo XXI.

Este trabajo pone el foco en biotecnologías anaerobias emergentes , que han generado mucho interés en años recientes, impulsadas por la búsqueda de rutas alternativas para el tratamiento de residuos y para la producción de productos químicos y petroquímicos. «Las biotecnologías son procesos más sostenibles, puesto que se llevan a cabo a temperatura y presiones ambiente, en comparación con los procesos catalíticos convencionales», indica Muñoz. 

Respecto a las ventajas, afirma que, en contraste con las rutas petroquímicas convencionales, en Syn2Value se opta por procesos biológicos anaerobios , los cuales se llevan a cabo en condiciones suaves de presión y temperatura y con bajos requerimientos energéticos. «Los procesos convencionales suelen requerir temperaturas de cientos de grados Celsius y presiones muy elevadas de 100-200 atmósferas. En la plataforma Syn2Value las temperaturas de los procesos no superan los 60°C y se realizan a presión atmosférica». 

Además, argumenta que estos procesos biológicos permitirán la revalorización de biomasa lignocelulósica , que hoy en día se aprovecha poco, pero que es la fuente de biomasa renovable más abundante del planeta, por lo que con este proyecto se estará contribuyendo a sustituir al petróleo como materia prima.

En esta misma línea, el investigador del Instituto de Procesos Sostenibles tiene claro que en el largo plazo la implementación de este tipo de tecnologías contribuirá a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero de la industria química, ya que se reemplazarán las fuentes fósiles por fuentes renovables. Así, expone que se dispondrá de una nueva generación de materias primas para la industria mucho más sostenibles. «El uso de residuos lignocelulósicos como los restos de poda y limpieza de bosques contribuirá a una mejor gestión de nuestros recursos forestales, minimizando en último término el riesgo de incendios». 

Esta idea, tal y como recuerda Raúl Muñoz, surgió de la necesidad global de un tratamiento eficiente de residuos orgánicos y por reconvertir la industria química para reducir o eliminar su huella de carbono . En este sentido, en los últimos años han estudiado distintas biotecnologías aerobias y anaerobias relacionadas con el tratamiento de residuos orgánicos y su revalorización, como, por ejemplo, la biofiltración, la digestión anaerobia, fermentación oscura, elongación de ácidos carboxílicos, entre otras. 

Sin embargo, dice que, a veces, es complicado el desarrollo de biotecnologías cuando se tiene tanta variación en las características químicas de los residuos. Es decir, no es lo mismo trabajar con residuos de naranja que con residuos de la leche, por ejemplo. No obstante, la gasificación resuelve este problema, haciendo que toda la materia orgánica sea convertida en un gas simple con composición constante .

A esto se suma que su experiencia en las otras tecnologías les permitirá desarrollar un proceso eficiente para la conversión del gas de síntesis en distintos productos químicos de valor agregado, con la ventaja de que de esta forma podrán desarrollar una plataforma con potencial de tratar cualquier tipo de residuo orgánico, sin importar si proviene del cultivo de tomates o de la poda de bosques . «Syn2Value cae justo en la intersección de las necesidades globales por un mejor medio ambiente y nuestra experiencia en bioprocesos, así que era un paso natural para nosotros y también en el desarrollo de las biotecnologías», subraya.

En este trabajo, que arrancará el próximo año, van a llevar a cabo una validación en colaboración con la empresa española Greene, especializada en la producción de syngas a partir de residuos. De esta manera, podrán realizar una evaluación realista de los alcances del desarrollo y del impacto de este en la sociedad. Asimismo, sentarán las bases de una nueva generación de bioprocesos rentables y sostenibles para cumplir con el objetivo del Green Deal de hacer de Europa la primera región climáticamente neutra para 2050, manteniendo la competitividad económica de su industria química en el mundo.

Los próximos pasos, avanza Raúl Muñoz, son que este proyecto se convierta en «la piedra angular» para el desarrollo de distintas líneas de producción de productos de valor agregado partiendo de gas de síntesis. Por esta razón, trabajarán para llevar este trabajo a la escala industrial mediante un proyecto de colaboración público-privada.

«Los grupos de investigación son como ‘reinos de taifas’ porque no colaboran entre ellos»

Raúl Muñoz, investigador del Instituto de Procesos Sostenibles de la Universidad de Valladolid, asegura que existen grupos de investigación e investigadores muy potentes y competitivos a nivel internacional en Castilla y León , sin embargo, la investigación está muy atomizada, falta colaboración entre equipos y la formación de estructuras de investigación más grandes y competitivas, procedentes de la unión de las estructuras de investigación actuales. 

En este punto, comenta que « los grupos de investigación son como ‘reinos de Taifas’ que, por múltiples razones, muchas veces personales, no colaboran entre ellos. «Faltan incentivos o presión por parte de las universidades y de las administraciones públicas competentes para formar macroestructuras eficientes capaces de competir con institutos o centros de investigación de otras regiones líderes, como Cataluña, Madrid o País Vasco», asegura Muñoz.

Otro de los problemas importantes con los que se encuentran en la Universidad de Valladolid es, en su opinión, la falta de espacio para realizar investigación , la falta de sensibilidad de las direcciones de los centros que penalizan la investigación dentro de la universidad y la impotencia de los equipos rectorales.

En este sentido, detalla que en los últimos años las administraciones públicas de la Comunidad han lanzado programas para formar grupos de excelencia y proveerlos con infraestructura de primer nivel . Pone como ejemplo que el Instituto de Procesos Sostenibles fue el primer Instituto Universitario en recibir el apoyo económico de la Junta de Castilla y León dentro de su programa de Escalera de Excelencia, y en la actualidad es financiado por un programa de fomento de la internacionalización. A pesar de los pasos dados en la buena dirección, considera que sería conveniente mayores iniciativas para crear estructuras de investigación con suficiente masa crítica y nivel de excelencia para competir más eficientemente a nivel nacional e internacional.

A su parecer, la sociedad sí que premia la innovación y el talento . Eso sí, recalca que estos factores son valiosos, pero a ellos hay que sumar otros como la responsabilidad o la ética tanto en la esfera técnico-científica como en otras esferas.

Para Muñoz, los jóvenes son los grandes perjudicados de las crisis económicas por su falta de experiencia laboral y competitividad. «Los eslabones más débiles de la sociedad lo son en las grandes crisis». Por ello, ante las recesiones como la de 2009-2015 y la actual, tiene claro que toda la sociedad debería responder con trabajo duro y motivación al igual que han respondido los grupos de investigación ante la falta de fondos para investigar en los últimos años.