El objetivo general del proyecto es la validación de procesos de valorización de la FORSU, para la obtención de diferentes bioproductos aplicando el concepto de economía circular. Por tanto, los objetivos específicos de este proyecto incluyen:
– Evaluación y selección de los procesos y sus condiciones para la valorización de la FORSU mediante pruebas de concepto.
– Optimización de los procesos seleccionados a escala laboratorio.
– Realización de ensayos en planta piloto para validación y toma de datos.
– Definición del diagrama de flujo de la biorrefinería urbana y balance de masas.
– Evaluación de la viabilidad técnico-económica de la biorefinería urbana, o en su defecto, la de los procesos seleccionados y desarrollados.
El proyecto de Biorrefinería Urbana en Navarra, prevé valorizar un residuo como es la FORSU, empleando distintas rutas bioquímicas y físico-químicas para obtener productos de valor añadido como son los bioplásticos, el PHA en concreto y el ácido succínico como precursor, biocarburantes como el biodiesel, aminoácidos y fertilizantes o enmendantes agrícolas. A continuación, se describe brevemente cada uno de los procesos de fraccionamiento y bioconversión estudiados más en profundidad durante el primer año de proyecto gracias al estudio de prospección realizado y gracias a la propia evolución del proyecto consecuencia de los resultados obtenidos con las pruebas de concepto realizadas durante el segundo año:
– Para la producción de bioplásticos se emplea un proceso de hidrólisis enzimática (biocatalizadores) que generan una corriente de azúcares solubles, los cuales son empleados en procesos de fermentación y conversión a PHA y ácido succínico, monómero utilizado en la industria para la producción de bioplásticos.
– Para la producción de biodiesel, se prevé realizar una extracción de los ácidos grasos de la FORSU con solventes que posteriormente sufrirán una transesterificación para ser convertidos en biocarburante. Así mismo, se analizara el contenido lipídico de esta fracción para definir otras posibles aplicaciones como los biosurfactantes.
– Para la extracción de proteínas, se prevé emplear proteasas, que son biocatalizadores altamente específicos, y convertir las moléculas grandes en más pequeñas que puedan ser empleados por la industria como péptidos bioactivos, antimicrobianos o constituir bioestimulantes y biofertilizantes.
– Para la producción de materiales fertilizantes o enmendantes, se realizará un análisis exhaustivo de la composición de las distintas corrientes generadas, especialmente la fracción solida residual con la lignina remamente, y se evaluará el potencial de su uso como fertilizante o enmendante agrícola.
En cuanto a los resultados obtenidos durante la ejecución del proyecto, este informe corresponde a la segunda anualidad. Durante el año 2018 se realizaron las tareas correspondientes al estudio de prospección de la obtención de bioproductos a partir de las fracciones que componen la FORSU, caracterización composicional de distintas muestras para evaluar su variabilidad y se hizo la selección de microorganismos para el aprovechamiento de los azucares fermentables que se pueden obtener a partir de la hidrólisis enzimática de la fracción de carbohidratos de este material. El Servicio de Recogida de Residuos de la Mancomunidad Comarcal de Pamplona suministró las muestras de FORSU obtenidas tras la separación manual, de los residuos contenidos en el quinto contenedor.
Durante el año 2019 se han realizado las pruebas de concepto para la obtención de bioproductos y se iniciaron las tareas de optimización y escalado de procesos, cuyos resultados principales se describen a continuación:
– Se han definido los procesos de acondicionamiento y fraccionamiento de la FORSU. Estos procesos incluyen las fases de higienización que deben realizarse sobre el material a escala de laboratorio, así como la selección y combinación de distintas actividades enzimáticas para realizar la hidrólisis de la fracción de carbohidratos de la FORSU de forma eficiente. En este sentido, se han conseguido rendimientos de hidrolisis de en torno al 90-95% con concentraciones de glucosa de entre los 60-70 g/L.
– Los hidrolizados de FORSU obtenidos se han empleado en el desarrollo de los procesos de fermentación para la obtención de PHB y ácido succínico con las cepas seleccionadas a partir del screening de microorganismos previo. Las cepas seleccionadas son Cupriavidus necator para la producción de PHB y Actinobacillus succinogenes para la producción de ácido succínico. En general, las cepas toleran los hidrolizados de FORSU al añadirlos como caldo de cultivo y se están obteniendo resultados prometedores de conversión y productividad a escala de laboratorio.
– A su vez, se han testado distintos tipos de proteasas con el fin de hidrolizar la fracción proteica de la FOSRU y obtener una fracción rica en aminoácidos. Hasta ahora se han conseguido porcentajes de solubilización de esta fracción de hasta un 90% y perfiles de aminoácidos bastante completos. Estas fracciones se han caracterizado para una evaluación de su efecto bioestimulante en plantas durante el periodo restante del proyecto.
– Se ha estudiado la recuperación de la fracción lipídica mediante el uso de solventes orgánicos y mediante hidrólisis con lipasas. Estos ensayos muestran perfiles lipídicos complejos debido a la naturaleza residual de la FORSU, pero un contenido de FAMEs elevado y recuperable para su aprovechamiento en biocarburantes.
– Se han realizado varios ensayos de hidrolisis secuencial de las distintas fracciones de la FORSU con el fin de obtener un resto insoluble sobre el cual se han llevado a cabo distinto ensayos para intentar caracterizar la lignina. Estos ensayos nos han dado información preliminar sobre la posible integración de los procesos desarrollados hasta ahora, y han mostrado que la lignina residual de la FORSU no resultó ser interesante de recuperar, por lo que se está evaluando el efecto fertilizante/enmendante en suelos tipos de Navarra, usando la fracción solida residual de los procesos que la contienen junto con el resto inorgánico.
Por lo tanto, y de forma global, el proyecto se viene ejecutando según cronograma y los resultados obtenidos hasta la fecha nos están permitiendo avanzar en el diseño y la configuración de la biorrefinería en casada. En este sentido, se ha decidido abordar cada fracción de la FORSU de forma secuencial estudiando su potencial por separado para después considerar la manera de incluirlas en un proceso integral tecno-económicamente viable. Además, el estudio de la valorización de FORSU llevado a cabo en este periodo ha sentado las bases para avanzar en los trabajos de optimización y escalado de procesos. Hasta ahora la relación entre los socios del proyecto está siendo fructífera y provechosa, destacando la colaboración de la Mancomunidad de la Comarca Pamplona como suministrador de las muestras de FORSU para el correcto desarrollo del proyecto.
