CIGAT-BIOFACTORÍA: Hacia la circularidad de la actividad urbana e industrial de Galicia

Los fangos de EDAR y los subproductos de la industria conservera, láctea y vitivinícola cuentan con bajo o nulo valor comercial en el territorio gallego. La Unidad Mixta de investigación CIGAT-BIOFACTORÍA ha puesto el foco en ellos para desarrollar nuevas tecnologías que permitan su aprovechamiento para la generación de productos de valor añadido. Se han recuperado ácidos grasos volátiles (acético, propiónico y butírico) así como polifenoles, con el objetivo de utilizarlos en sectores industriales, tradicionalmente con alto aporte de impactos ambientales al medio. El éxito del desarrollo técnico de la Unidad Mixta, en la que han ido de la mano Cetaqua Galicia, Viaqua y la Xunta de Galicia, ha permitido avanzar en la propuesta y el desarrollo de nuevas cadenas de valor y negocio sostenibles y económicamente viables.

La motivación

Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) marcan la agenda, hasta el año 2030, de los gobiernos y organizaciones que se acogen a los tratados internacionales medioambientales de las Naciones Unidas. Los objetivos que promueven "Ciudades y comunidades sostenibles", "Agua limpia y saneamiento" e "Industria, innovación e infraestructura", entre otros, abrazan el concepto de “Economía Circular” que definió la MacArthur Foundation en 2010. A partir de la base anterior, Europa, España y Galicia han redactado unas estrategias que promulgan la implantación de modelos circulares de flujos de materiales en sus  territorios. El objetivo perseguido con estas iniciativas es permitir la descarbonización de las actividades humanas e industriales, generando nuevas cadenas de valor y modelos de negocio, desconocidos hasta ahora, y que giran en la base de conservar los materiales en el circuito de valor el máximo tiempo posible.

La actividad vital de las personas y el mantenimiento de la alta calidad de vida de los países occidentales precisa de la sustracción de recursos materiales y energéticos de la Tierra que, tradicionalmente, han carbonizado las actividades económicas relacionadas, elevando a la atmósfera altas cantidades de carbono que, en su ciclo natural, habrían de estar fijadas en el suelo. Los efectos más concretos ya se comienzan a notar: el desorden de las estaciones del año y el incremento de la temperatura media anual, entre otros, generan un impacto en los ecosistemas que hace insostenible el modelo económico actual.

En el marco anterior, Cetaqua Galicia, Viaqua y la Xunta de Galicia han tenido la voluntad de remar en las direcciones marcadas por las organizaciones mundiales de referencia y han avanzado en la investigación y desarrollo de cadenas de valor fundamentadas en soluciones tecnológicas que permitirán una Galicia más descarbonizada y sostenible en los ámbitos urbano e industrial. Para ello, las tres organizaciones han colaborado en la Unidad Mixta de Investigación CIGAT -BIOFACTORÍA.

Tras tres años de investigación, CIGAT-BIOFACTORÍA ha demostrado la viabilidad técnica, económica y ambiental de la producción y recuperación de compuestos de alto valor añadido a partir de corrientes residuales.

Nuevas cadenas de valor sostenibles aterrizadas en el territorio

El agua, común a toda la comunidad gallega; el mar, base de sectores económicos fundamentales en las provincias costeras, y el patrimonio natural pilar de la Galicia interior; se han considerado señas de identidad tradicionales de Galicia.

“El país de los mil ríos”, lleva en su ADN al agua. Elemento básico de la vida y que, en las décadas de los 80-90s, se comenzó a desarrollar una potente conciencia social, empujada por la Comunidad Europea, para el necesario tratamiento de los caudales procedentes de los domicilios y de las industrias. Para ello, se ha comenzado a dotar al territorio de las infraestructuras adecuadas y necesarias para el saneamiento del agua residual, cuya red todavía no se ha completado y que su presencia garantiza la devolución a las masas naturales de agua en condiciones asumibles, minimizando los impactos al medio de las actividades humanas. Los pasos dados hacia el objetivo del 100% del saneamiento de las aguas residuales generadas en Galicia, las procedentes de los hogares y de las actividades industriales de la desconcentrada población gallega, han generado en los últimos años una masa creciente de residuos, los fangos de EDAR. En la actualidad, éstos acaban generalmente enviados a un gestor autorizado que, tras un proceso de estabilización e higienización, pueden rematar como abonos y fertilizantes para agricultura, aunque también son dispuestos en vertederos, con los impactos asociados al medio ambiente respectivos.

Además del agua, la garantía de la alta longevidad y calidad de vida del territorio obedece, entre otros factores, al consumo de productos procedentes de las industrias alimentarias y farmacéuticas, entre otras varias. La actividad económica gallega cuenta con un componente significativo en actividades industriales directamente alineadas con el sector primario. En todas las provincias de Galicia, la industria del vino cuenta con alto interés, especialmente en Pontevedra y Ourense. En las provincias interiores, las industrias lácteas impulsan la actividad económica de muchas familias y, en las provincias atlánticas, las industrias derivadas de los pescados y mariscos basan los cimientos de una potente actividad económica con un altísimo peso relativo en Galicia, muy mayoritaria con respecto a toda la Península Ibérica.

Tradicionalmente, desde el punto de vista ambiental, la gestión de fangos y las industria láctea, conservera y vitivinícola han sido generadoras de altos impactos ambientales. Así, el cuidado del medio ambiente, ligado al potencial económico de estos sectores, han animado a investigar nuevos procesos de recuperación de los residuos que, además, incrementen la competitividad de estos sectores. Los polifenoles y ácidos grasos volátiles (AGV), compuestos base de muchos procesos químicos industriales, están contenidos o se pueden obtener a partir de los subproductos y residuos procedentes de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) e industrias gallegas. La recuperación de AGV y polifenoles contenidos en los subproductos han motivado la aparición de nuevas tecnologías clave para la propuesta de estas nuevas cadenas de valor circulares, adaptadas al territorio gallego, y que se han desarrollado en el marco de CIGAT-BIOFACTORÍA.

Los AGV son ácidos carboxílicos de cadena corta empleados como materias primas en industrias que producen pinturas, plásticos o energía. Algunos ejemplos comunes son el ácido acético, propiónico y butírico. Su generación actual procede de la química del petróleo y el precio de mercado, en función de la especie y la calidad, oscila entre los 0,80 y los 2,50 €/kg. Desde hace varios años, se ha investigado su producción mediante un proceso fermentativo anaerobio a partir de los lodos de EDAR y de subproductos de la industria industria alimentaria (Ramos-Suárez et al. 2021).

Los polifenoles, espectro amplio de compuestos orgánicos que cuentan con un grupo fenólico, se emplean como materia prima en las industrias farmacéutica, nutracética y cosmética. Éstos están contenidos en subproductos y residuos generados en la industria del vino. Se trata de compuestos químicos altamente atractivos, con precios de mercado elevados, que oscilan entre 100-1.000 €/kg, debido al gran valor añadido que aportan. Investigaciones previas han indicado que existen polifenoles en los residuos de la industria del vino (Hellwig & Gasser, 2020). Técnicamente, en CIGAT-BIOFACTORÍA se ha planteado un sistema combinado de extracción a alta temperatura y de concentración con un tren de membranas de diferentes tamaños de poro para su recuperación.

Resultados prometedores demostrados en las industrias generadoras de residuos

Para la obtención de AGV a partir de lodos de EDAR y de subproductos generados en las industrias conservera y láctea, se ha diseñado un plan experimental basado en el principio de escalabilidad. Ensayos en discontinuo a 0,5 L con subproductos reales han servido para la selección concreta de las corrientes de las que se puede sacar valor adicional. En continuo, a escala 5 L, se han podido determinar las mejores condiciones para la operación industrial de los prototipos demostrativos. Éstos, de 2-3 m3, han confirmado los rendimientos obtenidos a escalas más pequeñas en un ambiente industrial. Se ha observado hasta el 60% de conversión de carbono en AGV en continuo. En función de la tipología de matriz química, se han observado producciones orientadas más hacia el ácido acético, con los fangos de EDAR, y más hacia combinaciones acético-butírico con los subproductos de las industrias alimentarias.

En lo referente a los polifenoles, también se han combinado ensayos a escala laboratorio con pruebas industriales que han ayudado a determinar la viabildad industrial. A partir de los residuos de la industria vitivinícola, se han obtenido valores de recuperación de hasta el 52% del contenido total, en función del residuo y las condiciones de operación practicadas.

CIGAT-BIOFACTORÍA ha permitido validar dos nuevas tecnologías aplicadas a diferentes sectores industriales, una aplicada a la producción de Ácidos Grasos Volátiles (AGV) a partir de fangos y efluentes líquidos, y la segunda a la obtención de compuestos con propiedades antioxidantes a partir de los residuos.

Nuevos retos hacia la implementación comercial

La ejecución de CIGAT-BIOFACTORÍA ha permitido subir varios escalones hacia la puesta en mercado de las nuevas tecnologías y sus asociadas cadenas de valor, junto con los nuevos modelos de negocio generados a partir de la producción y recuperación de los AGV y los polifenoles.

A medida que se fueron determinando los resultados técnicos, la viabilidad observada en los procesos biológicos de producción de AGV ha llevado a mantener conversaciones en paralelo tanto con los industriales generadores de los subproductos como de los potenciales usuarios finales de los AGV. Los primeros han mostrado gran interés en sacar valor a subproductos y/o residuos que actualmente cuentan con aportes de valor muy escasos o, habitualmente, suponen un coste que impacta negativamente en la productividad de su sector.

Respecto a los usuarios finales, del análisis conjunto de los productos generados se ha identificado un nuevo reto: la reducción de la cantidad de agua de los ácidos carboxílicos producidos. En ese sentido, se explorarán métodos de separación de los componentes carbonosos de la fase líquida para que los productos obtenidos, de base bio, puedan competir en nichos de mercado similares a los disponibles en mercado, procedentes de fuentes no renovables. Además, se están explorando conjuntamente vías alternativas de explotación a la mera competición con los productos actualmente disponibles para que estos AGV sirvan como base de productos de bajo impacto en huella de carbono.

Respecto a los polifenoles, se ha conseguido desarrollar un sistema que permite la recuperación de los mismos de forma integrada y continua con recuperaciones elevadas. Los siguientes pasos planteados, más allá de continuar con los trabajos de optimización de la nueva tecnología, se centrarán en probar esta tecnología con otros tipos de residuos de industria alimentaria como el alperujo de aceite de oliva y restos de frutos secos. Con los trabajos próximos se pretende ampliar el espectro de sectores dentro de la industria alimentaria en la que se puedan aplicar las nuevas tecnologías de recuperación desarrolladas.

Agradecimientos

Unidad Mixta de investigación CIGAT-BIOFACTORIA (IN853B-2018/01) en la que han participado Cetaqua Galicia, Viaqua Gestión Integral de Aguas de Galicia, S.A.U. en colaboración con la Axencia Galega de Innovacion (GAIN) de la Xunta de Galicia.

REFERENCIAS

• Ramos-Suárez M., Zhang Y., Outram V., Current perspectives on acidogenic fermentation to produce volatile fatty acids from waste. Rev. Environ Sci Biotechnol (2021) 20:439-478. https://doi.org/10.1007/s11157-021-09566-0.
• V. Hellwig, J. Gasser, Polyphenols from waste streams of food industry: valorisation of blanch water from marzipan production, Phytochem. Rev. 19 (2020) 1539–1546. https://doi.org/10.1007/s11101-020-09663-y.