Embalaje sostenible elaborado a partir de plantas de turberas

El componente más importante del papel es la madera como materia prima. En un contexto de fuertes aumentos de los precios de mercado y de una elevada tasa de importación de materias primas de madera en Alemania (aproximadamente el 80 %), las fuentes de materias primas alternativas adquieren cada vez mayor importancia para la fabricación de envases de papel. Esto motivó a los investigadores del Instituto Fraunhofer IVV de Freising y Dresde a estudiar el potencial de las plantas de turbera, como el junco, la juncia o la hierba cana, para la fabricación de envases sostenibles y a probar los procesos de fabricación correspondientes en el marco del proyecto PALUDI.

El proyecto se enmarca en el marco de la iniciativa Fraunhofer Biogenic Value Creation and Smart Farming, que cuenta con el apoyo del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF), el Ministerio de Economía, Desarrollo Regional y Energía de Baviera y el Ministerio de Ciencia, Cultura, Asuntos Federales y Europeos de Mecklemburgo-Pomerania Occidental.

Las plantas de turbera estudiadas en el proyecto se cultivan deliberadamente en turberas y pantanos rehumedecidos. En el futuro, se les dará más espacio a las plantas de turbera. Esto se debe a que al menos el 30 por ciento de las superficies de bosques, pastizales y humedales deben rehumedecerse y renaturalizarse según la Ley de Restauración de la Naturaleza de la UE de febrero de 2024. Esto también se conoce como paludicultura. "Se trata de la agricultura en turberas húmedas con especies vegetales adaptadas localmente. La paludicultura ayuda a mantener las turberas y contribuye a la protección del clima, ya que minimiza las emisiones de carbono, otra razón para estudiarlas más a fondo", dice Fabian Kayatz, quien dirige el proyecto en el Fraunhofer IVV.

Cuanto menor sea el contenido de lignina, menor será el uso de productos químicos

En comparación con la madera, las cañas y otras plantas similares se caracterizan por un bajo contenido de lignina, lo que permite utilizar menos productos químicos durante la fabricación de pulpa de fibras vegetales para alcanzar una fibra de calidad suficientemente alta necesaria para aplicaciones de embalaje. Este fue el resultado de la caracterización química de paludiculturas de la región de Freisinger Moos-Friese. Dependiendo de la planta, los investigadores lograron un contenido de lignina de entre el 20 y el 23 por ciento. El material cosechado tenía un contenido de lignina un 25 o un 15 por ciento menor en comparación con la madera blanda y dura.

"Cuanto menor sea el contenido de lignina, es decir, el adhesivo natural en las paredes celulares de las plantas, menor será el uso de recursos, como ácidos o álcalis, durante la fabricación química de pulpa y más estable será la red de fibras que se forma", explica Kayatz. Además, la pulpa de estas fibras vegetales tiene mejores propiedades mecánicas que la pulpa de otras pulpas de paja, como la de maíz o bambú.

Pulpa de fibra con temperaturas inferiores a 100 °C

Además, la lignina de las plantas no leñosas se puede liberar o separar de las fibras con mayor facilidad, de modo que los métodos de fabricación de pulpa, como por ejemplo la pulpa de sosa alcalina, acaban siendo menos intensivos en energía que los procesos convencionales de fabricación de papel a partir de fibras de madera. En el caso del proceso de fabricación de pulpa desarrollado en el proyecto, que se probó en juncos y se transfirió a otras paludiculturas, los investigadores pudieron trabajar con temperaturas inferiores a 100 °C, que son hasta un 45 por ciento inferiores a los valores más bajos para los métodos de fabricación de pulpa de fibras químicas y, por lo tanto, requieren menos energía. Los resultados mostraron que, según la configuración, se pudo liberar hasta un 83% de la lignina utilizando el método Fraunhofer IVV.

"Después de cosechar las plantas de turbera, la biomasa obtenida se pudo procesar a escala industrial en la fábrica de pulpa. La producción de pulpa se llevaría a cabo entonces mediante la fabricación de pulpa de las fibras vegetales", así es como Kayatz explica los pasos iniciales en el proceso de producción de envases, aunque el trabajo en el proyecto todavía se realizó a escala de laboratorio. El rendimiento de pulpa fue de hasta el 53 por ciento, dependiendo de los parámetros combinados, lo que está dentro del rango esperado para los procesos químicos convencionales.

Experimentos posteriores demostraron que los papeles planos moldeados con fibras producidos tenían una buena procesabilidad. La resistencia a la tracción de las muestras de laboratorio planas moldeadas con fibras era significativamente mayor que los valores de la muestra de referencia, que tenía la forma de un cartón de huevos. Mediante la adición de aditivos como almidón y agente de encolado, fue posible aumentar aún más la resistencia a la tracción y la elasticidad, así como las propiedades repelentes al agua de los papeles. Además, los papeles producidos a partir de paludiculturas resultaron ser adecuados para métodos de procesamiento como plegado, encolado e impresión.

Envases innovadores para el sector no alimentario

Los investigadores han conseguido fabricar tarros y bandejas de papel resistentes a partir de fibras de junco sin utilizar aditivos mediante procesos de moldeado de fibras y embutición profunda. Para ello, han desarrollado una planta de laboratorio específica para la producción de estos demostradores de embalaje. “Las turberas tienen un gran potencial para la fabricación de embalajes innovadores y de base biológica, como hemos podido demostrar con el desarrollo exitoso de procesos respetuosos con los recursos para la producción de pulpa.

El aspecto medioambiental es muy importante para nosotros: apoyamos la conservación de nuestras turberas rehumedeciendo las tierras agrícolas y utilizándolas para la paludicultura, por ejemplo”, resume Kayatz. Sin embargo, para llevar la producción a escala industrial son necesarios procesos de optimización adicionales y el diseño de embalajes para bienes de consumo que sean aceptados por el consumidor requiere pasos de optimización adicionales, por ejemplo, en lo que respecta a la percepción sensorial o al recubrimiento del material. En un primer momento, se prevé la fabricación de embalajes para el sector no alimentario, como los cosméticos, la logística y el material de oficina.