Extractos naturales
El aprovechamiento de la biomasa y de los productos de origen vegetal para la obtención de energía se remonta a los comienzos de la Revolución Industrial. Hace más de 100 años, el ingeniero alemán Rudolf Diesel creó un prototipo de motor que utilizaba aceite de cacahuete. En 1908, Henry Ford usaba etanol para hacer circular sus primeros vehículos, y en la década de los 30, él mismo diseñó y construyó una planta de biocombustibles en Kansas que elaboraba alrededor de 38.000 litros diarios de etanol utilizando maíz como materia prima. Más de 2.000 estaciones de servicio en Estados Unidos servían este producto.
La viabilidad de estas plantas de aprovechamiento de productos de origen vegetal siempre ha estado muy ligada al precio de los combustibles fósiles y, en especial, al del petróleo. Durante la primera mitad del siglo pasado, este precio era muy bajo y las plantas no eran rentables económicamente. Las diferentes escaladas del precio, así como el temor por su escasez durante el último tercio del siglo XX y principios del XXI, han puesto de nuevo en valor estas instalaciones.
Sin embargo, la producción de energía no es la única salida de estos productos de origen vegetal. La abundancia de determinadas materias primas en ciertas zonas o épocas del año, los bajos precios o el exceso de desechos en procesos productivos, hacen muy interesante la creación de plantas que transformen y obtengan un alto valor añadido de los mismos.
El objetivo común a este tipo de proyectos siempre es dar un valor añadido a materias primas para convertirlas en nuevos productos
Gracias a estas instalaciones, no solo se obtiene el máximo beneficio de cada materia prima, sino que además se amplía el catálogo de nuevos productos que ofrecer a los consumidores. Además de la energética, otras industrias como la farmacéutica, la alimentaria -tanto humana como animal-, la cosmética, la médica herbal, etc. se benefician de esta transformación de productos.
Este reaprovechamiento de los residuos es una de las líneas principales de investigación en CARTIF, de la que han surgido numerosos proyectos innovadores y soluciones muy eficaces para rentabilizar los desechos de las empresas. El objetivo común a este tipo de proyectos siempre es dar un valor añadido a materias primas que, tras diferentes tratamientos, se convierten en nuevos productos.
En el caso de cultivos como el maíz, la remolacha o la pataca, la segunda vida de sus residuos puede ir desde ser componentes de una fórmula medicinal hasta la obtención de biogás. La forma de conseguir estos nuevos usos pasa por la modificación de los procesos, en los que se combinan diferentes tecnologías con resultados, muchas veces, sorprendentes.
Para ello, se diseñan plantas en función del tipo y la capacidad del residuo, la cantidad de producto final que se quiere obtener y los días al año que se va a trabajar. Una vez que se conocen estos datos, se diseña la instalación. Éstas se adaptan a las condiciones y características de los productos que las empresas quieren revalorizar. Sin embargo, los investigadores de CARTIF diseñan plantas multipropósito, es decir, plantas versátiles que permiten la introducción de cualquier producto del mismo tipo, de manera que una empresa no necesite decenas de plantas para el aprovechamiento de los distintos residuos vegetales que obtenga, sino que puedan hacerlo todo en una misma.
Antes de diseñarla, es necesario realizar una serie de pruebas preliminares en el laboratorio a escala intermedia. Cuando se consigue obtener del extracto el producto requerido, se diseña la planta a tamaño industrial. Los ensayos del laboratorio tratan de conseguir un producto lo más valorado posible en el mercado.
Los ensayos de laboratorio tratan de conseguir un producto lo más valorado posible en el mercado
La viabilidad de estas plantas se mide con tres variables fundamentales. Por un lado, la viabilidad técnica, es decir, que funcione correctamente y suministre la cantidad de producto para la que ha sido diseñada. Por otro, la económica, en la que el requisito mínimo es que el retorno de la inversión sea como máximo de 10 años. Y por último, la variable medioambiental, es decir, que el proceso sea sostenible, que el gasto energético del proceso sea mínimo y que no suponga un peligro para su entorno.
Entre las líneas de tratamiento de residuos que han dado lugar a la creación de tres plantas diferentes en los últimos años en CARTIF, destacan estos ejemplos.
Planta de extracción de productos naturales
En este caso, el objetivo es llevar a cabo un proceso de extracción de principios activos a partir de materias primas de origen vegetal. La capacidad de esta instalación es de 12.000 litros de extracto vegetal diarios. Las materias primas con las que trabaja son residuos vegetales, del tipo angélica, raíz molida, cola de caballo o malvavisco.
La materia prima se pasa por un molino y micronizador que reduce su tamaño hasta convertirla en polvo. Para su aplicación en medicina herbal o alimentación, este proceso suele ser suficiente. Pero para extraer otra serie de productos, es necesaria una disolución en agua y etanol en diferentes proporciones.
Con este proceso, se obtienen extractos de origen natural de alto valor añadido en mercados como la industria farmacéutica, alimentaria y empresas valorizadoras. La cantidad de aplicación de este producto resultante en pastillas, cremas o colorantes alimenticios, entre otros, es una cuestión de formulación que corresponde a la empresa portadora del residuo y beneficiaria del producto final.
Planta o biorrefinería de bioetanol
La característica más llamativa de esta planta es que fue diseñada para obtener bioetanol a partir de la pataca, un vegetal que se propaga por división de tubérculos, como la patata, pero que pertenece a la familia del girasol. Su cultivo no es habitual ni en España ni Europa, pero sí en el centro y sur de América, donde el clima es más apropiado.
El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido por la fermentación de los azúcares que se encuentran en materias primas como la pataca. Este bioetanol puede utilizarse para mezclar directamente con gasolinas. En este caso, es necesario que el bioetanol sea prácticamente absoluto, cercano al 100% de pureza.
Si se utilizara como combustible directamente, sin mezcla, bastaría con que fuera del 96% de pureza, pero en la actualidad, en España no hay motores adaptados para uso de bioetanol sin mezcla.
Esta planta permite producir un total de 1.000 toneladas de bioetanol al día durante 200 días de trabajo, lo que supondrían 200.000 toneladas de bioetanol anuales. Sin embargo, en nuestro país, el bioetanol no es un producto tan valorado por la industria petrolera como en otros países. Mientras que aquí el combustible lleva alrededor de un 2% de bioetanol en su mezcla, en países como Brasil la cantidad de este producto supera el 90%.
Planta de aislados proteicos
Los hidrolizados de proteínas se utilizan ampliamente en tecnología alimentaria por sus propiedades nutricionales o funcionales (solubilidad, poder emulsificante, capacidad espumante, etc.).
En la planta diseñada en CARTIF, se pueden extraer proteínas de harinas vegetales de alto contenido proteico (guisante, garbanzo, leguminosas), e incluso de residuos agroindustriales. Este proceso se lleva a cabo en tres etapas: en la primera, la harina se lleva a un PH básico que solubiliza las proteínas. Después, se somete a un tratamiento con PH ácido para que precipite, es decir, que las proteínas se separen del líquido. En la última etapa, se centrifugan para obtenerlas.
En el caso de esta planta, el propósito es crear un subproducto con un contenido proteico por encima del 50%. Cuanto más puro sea el producto obtenido en el contenido de proteínas, menos cantidad será necesaria para que, por ejemplo, un pienso para engorde animal sea rico en prótidos.
La innovación en alimentación, mucho más rentable que en otros sectores económicos
Desde hace unos años, la innovación en los procesos relacionados con la industria alimentaria y energética se ha vuelto indispensable. Es un buen momento para invertir en este sector, ahora que los datos evidencian una crisis mundial de abastecimiento.
Según un informe de la consultora estadounidense McKinsey sobre el desafío de satisfacer las necesidades mundiales de alimentación, si se mantiene la tendencia actual, en 2050 la demanda calórica se incrementará en un 70% y la demanda de cosechas para el consumo humano y animal se duplicará. Sus investigadores afirman que la inversión global en el sector agroalimentario se ha triplicado desde 2004, hasta alcanzar los 100.000 millones de dólares en 2013, y las tasas de retorno han demostrado que el incremento estaba justificado: la industria agroalimentaria ha ofrecido rentabilidades medias del 17%, muy superiores a las de otras industrias.
Las plantas de recuperación de residuos resuelven varios problemas muy serios relacionados con esta necesidad de abastecimiento: recuperan los desechos alimenticios, reducen la cantidad de agua necesaria para producir alimentos y alargan la vida útil de alimentos y productos derivados de las cosechas.
Los procesos que llevan a cabo estas plantas necesitan cada vez un mayor grado de innovación para ser lo más eficientes y viables posibles. No basta con recurrir a las soluciones comerciales sino que cada industria puede plantearse obtener nuevos productos a partir de sus materias primas y residuos.
Los procesos que llevan a cabo estas plantas necesitan cada vez un mayor grado de innovación para ser lo más eficientes y viables posibles
En los últimos años, el equipo de investigadores de CARTIF ha creado desde productos cosméticos a partir del hollejo y las pepitas de las uvas hasta piensos para el engorde animal a partir de harina de leguminosas, pasando por pigmentos y colorantes alimenticios a partir de la piel de los tomates.
En definitiva, un amplio abanico de posibilidades para reducir residuos, explotar el rendimiento de materias primas desechables y ofrecer nuevos productos de calidad a un mercado cada vez más exigente.
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