Convertir residuos vegetales en materiales fáciles de biodegradar

Una nueva tecnología permite convertir en materiales biodegradables ciertos residuos vegetales como la lignina, que es uno de los compuestos orgánicos más abundantes del mundo. De este modo, se consigue un aprovechamiento sostenible de residuos vegetales y se ofrecen alternativas a los recursos fósiles que actualmente abastecen a la industria química.

El logro es obra de un equipo que incluye científicos de la Universidad de Alicante (UA) y la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), en España, y que encabeza Xavier Marset, del Instituto Universitario de Electroquímica de la UA.

La nueva tecnología consiste principalmente en un fotocatalizador basado en la antraquinona, un material barato y estable que se activa con luz ultravioleta y rompe de forma selectiva los enlaces más abundantes de la lignina. Este polímero orgánico constituye cerca del 30% de la biomasa vegetal y es uno de los grandes retos pendientes de las biorrefinerías por su elevada complejidad química. Los métodos convencionales suelen generar mezclas muy heterogéneas con las que resulta difícil de separar y aprovechar las sustancias de interés.

“En este estudio presentamos una tecnología que permite transformar la lignina en productos de alto valor añadido utilizando únicamente luz y condiciones ambientales”, explica Néstor Guijarro, del equipo de investigación y desarrollo. En concreto, el fotocatalizador es capaz de capturar luz y emplear esa energía para fragmentar selectivamente la lignina. “Asimismo, hemos integrado este sistema en un reactor de flujo, lo que permite llevar a cabo el proceso de forma continua, eficiente y adaptable a una escala mayor”, añade el investigador de la UA.

Como resultado, tras el procesamiento de la lignina, los investigadores han obtenido como producto principal la vainillina, la molécula responsable del aroma de la vainilla, con un rendimiento récord del 7,1% en peso, que equivale a extraer el 94% de todas las unidades monoméricas aromáticas. Esta sustancia orgánica es muy demandada en las industrias alimentaria, cosmética y química.

Otro de los avances que presenta la innovación es el aprovechamiento integral del residuo generado. “Los fragmentos de lignina que permanecen tras el proceso se han empleado por primera vez como plastificantes biodegradables que pueden procesarse mediante impresión 3D”, destaca Guijarro.

Las pruebas realizadas en laboratorio muestran que estos aditivos mejoran la flexibilidad, la resistencia y la memoria de forma del material sin comprometer su procesabilidad. De hecho, los investigadores han impreso objetos como una carcasa de teléfono móvil biodegradable con las mismas funcionalidades que las carcasas habituales.

Carcasa de teléfono impresa en 3D con el bioplástico obtenido de la lignina. (Foto: cedida por los investigadores de la Universitat d'Alacant. CC BY-ND)

Este trabajo, apunta el investigador de la UA, “representa un avance significativo hacia el aprovechamiento integral de la lignina y sienta las bases tecnológicas para el desarrollo de una nueva generación de biorrefinerías más sostenibles y eficientes, en línea con los objetivos europeos de transición ecológica y economía circular”.

Liderado por el Instituto Universitario de Electroquímica de la UA, el estudio cuenta con la participación del Instituto Universitario de Tecnología de Materiales (IUITM) de la UPV, el centro tecnológico VTT de Finlandia y la Universidad de Salzburgo en Austria.

El trabajo del equipo del IUITM del campus de Alcoy de la UPV se ha centrado en la obtención, a partir del residuo que se genera en el proceso desarrollado por la UA, de plastificantes de alto rendimiento, de origen renovable y biodegradables. En concreto, para uno de los biopolímeros que está más introducido a escala industrial, el ácido poliláctico o PLA.

“El subproducto o residuo generado lo aprovechamos para plastificar PLA con propiedades muy interesantes, como por ejemplo la memoria de forma, flexibilidad y capacidad de incorporar en procesos de fabricación aditiva con unos acabados muy parecidos a la madera”, apunta Rafael Balart, investigador del IUITM.

Marset, Guijarro, Balart y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo proceso en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Selective lignin conversion via flow photocatalysis for vanillin and bioplasticizers production”. (Fuente: Universitat d'Alacant)