El aprovechamiento de restos agrícolas de campo y subproductos agroalimentarios para el desarrollo de materiales biobasados se ha convertido en una tendencia creciente en la industria. La búsqueda de opciones más ecológicas y la reducción del uso de recursos no renovables han llevado a la comunidad científica y a la industria a investigar sobre el empleo de materias primas alternativas, como son las procedentes de estos tipos de biomasas residuales agrícolas. Éstas , generalmente desaprovechadas o infrautilizadas, son actualmente valoradas por su potencial para crear materiales innovadores y respetuosos con el medio ambiente.

Restos y subproductos agrícolas y su preparación

Para poder desarrollar materiales biobasados a partir de restos y subproductos y que estos tengan unas propiedades apropiadas para su uso final, es necesario seleccionar adecuadamente los productos a emplear como materias primas.
En el caso de los restos agrícolas de campo y subproductos de la agroindustria, se suelen aprovechar diferentes tipos de desechos generados durante la producción agrícola, como pueden ser tallos, hojas y cáscaras de distintos materiales, que son ricos en celulosa, lignina y hemicelulosa. En concreto, en las investigaciones realizadas en el ITA empleamos las siguientes:

• Cáscara de argán: Procedente del procesado del argán, cuyo aceite está muy valorado en cosmética. Esta cáscara es rica en polisacáridos y lignina, lo que la hace adecuada para la obtención de materiales lignocelulósicos y la fabricación de bioplásticos y/o materiales compuestos.
• Paja de cereales (trigo, arroz...): Estos materiales son fuentes abundantes de celulosa y lignina, lo que las convierte en candidatas idóneas para la producción de papel, paneles de fibra o materiales de construcción.
• EFB (Empty Fruit Bunch): Es un residuo procedente de la industria de la palma aceitera, rico en celulosa y lignina, que puede emplearse en la fabricación de papel, materiales de embalaje o textiles.

Normalmente, las materias primas requieren una preparación inicial que facilite su uso y manejo, y maximice su funcionalidad. Para ello, empleamos las materias primas tal cual se reciben o aplicando diferentes métodos en función del origen del material o de sus propiedades:

• Sin preparación adicional: Algunos restos agrícolas pueden utilizarse directamente sin necesidad de procesamientos adicionales, lo que reduce la huella ambiental y el consumo de recursos.
• Triturado: Mediante el triturado, los materiales se reducen a partículas más pequeñas, facilitando su manipulación y su procesado posterior.
• Proceso de deslignificación semiquímica: Este tratamiento elimina parte de la lignina presente en los residuos, lo que mejora la calidad de las fibras celulósicas y su potencial de aplicación.

Tratamientos para obtención de biomateriales derivados de restos agrícolas

Tras la preparación inicial, estas materias primas de origen residual agrícola son sometidos a distintos tratamientos con el objetivo de obtener productos intermedios que doten de propiedades específicas al material final; en concreto, estos productos intermedios suelen ser pasta de fibra de celulosa o nanocelulosa, y los tratamientos a seguir para obtenerlas son:

• Pasta de fibra de celulosa: Se emplean tratamientos físico-químicos, como procesos de refino, de cizalla o de molienda ultrafina; con ellos se obtiene la pasta, componente esencial para la fabricación de papel, con distintas propiedades mecánicas.
• Nanocelulosa: Para la obtención de nanocelulosa son necesarios tratamientos más avanzados, como procesos enzimáticos, térmicos o ácidos, que faciliten la extracción de las nanofibrillas de celulosa. Se trata de un material con propiedades mejoradas (alta resistencia mecánica, elevada biodegradabilidad, elevada capacidad absorbente), y que tiene aplicaciones en la industria del embalaje, en la industria textil y en la fabricación de dispositivos médicos.

Además de las propiedades adquiridas mediante estos tratamientos, los materiales pueden mejorar sus cualidades a través de la adición de nanopartículas magnéticas, de plata, nanotubos de carbono o grafeno, lo que les proporciona propiedades adicionales y abre nuevas oportunidades de aplicación en campos como la electrónica, la medicina y el medio ambiente.

Aplicaciones de los materiales biobasados

Los materiales obtenidos a partir de los restos y subproductos agrícolas pueden emplearse para fabricar productos de distinto tipo, de tal manera que en función del producto fabricado se empleará en un tipo de industria u otra. Algunos ejemplos de dichas aplicaciones se muestran a continuación.

• Fabricación de biomateriales para uso en envases sostenibles. La obtención de biomateriales permite reemplazar parte de los plásticos convencionales en aplicaciones tales como envases alimentarios y productos desechables, reduciendo así la contaminación por plásticos de un solo uso.
• Fabricación de paneles de fibra para uso en construcción ecológica. La producción de paneles de fibra a partir de paja de cereales y otros subproductos fibrosos, ofrece una alternativa sostenible para la construcción de casas y edificios.
• Fabricación de materiales compuestos para uso en industria automotriz. Los materiales compuestos fabricados a partir de biomateriales obtenidos de restos y subproductos agrícolas pueden utilizarse en la fabricación de piezas automotrices, reduciendo el peso de los vehículos y disminuyendo su huella de carbono.
• Fabricación de fibras para uso en textiles y moda sostenible. Las fibras derivadas de restos y subproductos agrícolas pueden emplearse en la producción de tejidos y prendas de vestir ecológicas.

 
Cómo afrontar el reto

El aprovechamiento de restos y subproductos agrícolas para el desarrollo de materiales biobasados es ya una estrategia prometedora para avanzar hacia una economía más sostenible y circular. La selección adecuada de las materias primas, de los procesos de preparación y tratamiento, así como las diversas aplicaciones potenciales, resultan clave para impulsar el avance de estos materiales y su adopción en la industria. El compromiso de las empresas resulta esencial para acelerar la transición hacia una economía más verde y responsable con el medio ambiente. Y la colaboración con centros tecnológicos es fundamental para lograr su viabilidad técnica y económica.

Para dar soporte a las empresas que quieren convertir fuentes de biomasa en productos funcionales, ITAINNOVA cuenta con un equipo de expertos en ciencia de materiales y tecnologías de producción que trabajan en la investigación y desarrollo de nuevos materiales sostenibles. Dispone de un amplio equipo de 80 especialistas en materiales capaces de obtener información de cada tipo de biomasa y estimar las propiedades del producto final a través de técnicas experimentales y modelos de simulación.

El instituto ofrece asesoramiento técnico a empresas interesadas en incorporar materiales biobasados en sus procesos de producción o analizar el potencial de uso de un resto o subproducto en diferentes aplicaciones, brindando soluciones personalizadas y eficientes.

Las instalaciones experimentales de ITAINNOVA permiten llevar a cabo pruebas y validación de los nuevos materiales en diferentes aplicaciones industriales. De esta manera, el instituto facilita la transferencia de tecnología y del conocimiento obtenido en proyectos de I+D+i a empresas para que puedan implementar procesos de producción de materiales biobasados de manera exitosa, desempeñando un papel de aliado estratégico en este proceso. El fomento de la investigación, la innovación y la colaboración entre empresas y centros tecnológicos, contribuye a un futuro más sostenible y reduce el impacto negativo de la industria en nuestro entorno natural.

AUTORÍA: Iciar Serrano Jiménez (Técnica de Diseño y Desarrollo de Materiales) y Pablo González Miguel (Responsable de la Línea de Procesos de Valorización de Residuos) ITAINNOVA