Proyecto H2020 NENU2PHAR: Por una cadena de valor europea y sostenible de materiales basados ??en PHA para productos de consumo de gran volumen
- Tipo Proxecto
- Estado Firmado
- Execución 2020 -2024
- Orzamento asignado 4.983.169,87 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto NENU2PHAR
Los plásticos se han vuelto omnipresentes y casi indispensables, sin embargo, se fabrican en gran medida a partir de compuestos derivados de combustibles fósiles y tienen efectos cada vez más perjudiciales para el medio ambiente. Una forma importante de mitigar los impactos negativos de la industria del plástico, reconociendo al mismo tiempo su relevancia y apoyando su existencia, es la transición de los compuestos derivados del petróleo a los polímeros bioderivados. Los polihidroxialcanoatos (PHA) se encuentran entre los candidatos más prometedores.
Sin embargo, en la actualidad, la UE depende de otros países para gran parte de la cadena de valor de la PHA. El proyecto NENU2PHAR, financiado con fondos europeos, pretende remediar esta situación mediante un enfoque holístico que incluye la producción de materias primas con microalgas y bacterias, la formulación y el procesamiento de biopolímeros y la producción de ocho productos diferentes basados en PHA.
El proyecto NENU2PHAR ha alcanzado todos los objetivos técnicos después de 42 meses, todos los WP se han concluido con éxito y se han alcanzado sus objetivos específicos. NENU2PHAR ha establecido una nueva cadena de valor europea de productos bioplásticos basados en PHA a partir de biomasa de microalgas con un fin de vida aceptable, integrados en un concepto de economía circular, desde la producción de polímeros PHA hasta la biodegradabilidad o reciclabilidad de los productos plásticos.
El proyecto logró con éxito la mejora de la cadena de valor de producción de PHA en TRL 5, también se procesaron las formulaciones basadas en NENU2PHAR PHA (termoformado, extrusión por soplado, extrusión por fundición, impresión 3D, extrusión de hilo...) y se ampliaron con éxito a los demostradores de NENU2PHAR objetivo, en este sentido, los prototipos de los productos de gran volumen dirigidos al proyecto han sido fabricados y probados con éxito por los socios industriales.
Todos los materiales desarrollados presentan un final de vida aceptable (clasificación de plásticos, reciclaje mecánico y químico, compostabilidad, biodegradación en medio marino...) y se ha evaluado completamente la aceptación ambiental, económica y social del PHA procedente de microalgas y mediante la evaluación del ciclo de vida de los escenarios NENU2PHAR, que abarcan desde el cultivo de biomasa de microalgas hasta la producción de PHA de alta pureza en diferentes condiciones proyectadas a escala industrial. Los puntos críticos ambientales se han identificado considerando medidas de escalamiento, se han detectado oportunidades de mejora para aumentar el rendimiento ambiental de los PHA basados en microalgas con una comparación entre NENU2PHAR y diferentes escenarios.
Se han desarrollado estrategias de seguridad por material y seguridad por proceso y enfoques de seguridad por diseño, y la evaluación del cumplimiento del contacto con alimentos, utilizando software de modelado de migración y pruebas de migración, concluyó que las formulaciones utilizadas para los prototipos de envases de alimentos son conformes. Por último, en cuanto a la aceptación social de los materiales de PHA, se han identificado los principales obstáculos y desafíos, proporcionando recomendaciones para impulsar su aceptación social.
Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros biodegradables y de base biológica. Se espera que los PHA puedan sustituir gradualmente a los plásticos convencionales, ya que tienen propiedades fisicoquímicas, térmicas y mecánicas similares. El hecho de que los PHA puedan obtenerse por una vía puramente biotecnológica los hace especialmente atractivos. Además, se ha informado de que el PHA se degrada espontáneamente en entornos acuáticos, lo que representa un prometedor sustituto biodegradable de una serie de productos de consumo de gran volumen. NENU2PHAR proyecto se centrará en el desarrollo de un flujo de PHAs para iniciar una cadena de valor competitiva de material bioplástico para productos de consumo de alto volumen.
El objetivo de NENU2PHAR es establecer una nueva cadena de valor europea de productos bioplásticos basados en PHA a partir de una fuente biológica sostenible con un final de vida útil aceptable. NENU2PHAR ha desarrollado un flujo de producción de PHA integrado en un concepto de economía circular, desde la producción a partir de organismos acuáticos hasta la biodegradabilidad o reciclabilidad de productos plásticos y nuevos compuestos. Para alcanzar un objetivo tan ambicioso, el proyecto NENU2PHAR tenía 6 objetivos principales:
- Desarrollar una biofuente competitiva de polímeros PHA.
- Formular y funcionalizar polímeros para masterbatch y compuestos.
- Identificar los procesos del material PHA para alcanzar las propiedades funcionales definidas del bioplástico mejor que los homólogos de los combustibles fósiles.
- Desarrollar productos de base biológica PHA de diseño ecológico para productos de consumo de gran volumen.
- Demostrar la economía circular y la sostenibilidad de la cadena de valor NENU2PHAR.
- Aumentar la concienciación de las partes interesadas y los consumidores sobre los nuevos productos bioplásticos.
El plástico es uno de los materiales preferidos para la fabricación de productos de gran consumo y, más concretamente, de embalajes gracias a sus propiedades físicas, mecánicas, térmicas o de barrera. Sin embargo, la industria mundial del plástico existente se basa principalmente en la petroquímica, lo que genera una mala huella ambiental. Los polihidroxialcanoatos (PHA) son un grupo de biopolímeros que ahora son ampliamente reconocidos como sustitutos atractivos de los plásticos derivados de combustibles fósiles en una amplia gama de aplicaciones.
Desafortunadamente, no existe una cadena de valor sostenible en Europa, y los esquemas de producción desarrollados en otras partes del mundo parecen muy cuestionables desde un punto de vista ambiental y ético. El proyecto NENU2PHAR tiene como objetivo cerrar esta brecha crucial en la industria de la UE, dentro de un enfoque inclusivo que abordará toda la cadena de valor del plástico basado en PHA, apuntando a productos de consumo de gran volumen.
El proyecto NENU2PHAR reúne a 17 socios (5 grandes industriales, 6 PYMES, 5 RTO y 1 cluster), líderes en los diferentes campos de investigación, desde el desarrollo de biomasa hasta la formulación de biopolímeros y los procesos plásticos. En primer lugar, las fuentes biológicas se abordarán mediante el desarrollo y la optimización de la producción de biopolímero de PHA gracias a la optimización de la materia prima de carbono a partir de la biomasa de microalgas y la selección de cepas de bacterias. Luego, las opciones innovadoras de procesamiento de polímeros generarán diferentes estructuras con diversas propiedades de superficie en bruto y diversas propiedades al final de su vida útil.
La aceptación en el mercado de este nuevo PHA estará respaldada por un coste competitivo (5 €/kg para los compuestos de PHA), un producto de alta pureza y procesos optimizados para que el bioplástico de PHA aborde las propiedades funcionales de productos de consumo de gran volumen mejor que sus homólogos de origen fósil.8 Los productos a base de PHA se desarrollarán y compararán con sus homólogos de origen fósil. Se estudiará la validación completa de los escenarios de fin de vida y huella ambiental en función de la biodegradabilidad, compostabilidad o reciclabilidad de los bioplásticos formulados.
Gracias a sus propiedades mecánicas, térmicas y protectoras, los plásticos son indispensables en la fabricación de grandes volúmenes de productos de consumo y envases. Sin embargo, la mayoría de estos plásticos se producen utilizando combustibles fósiles, pueden ser difíciles de reciclar y pueden provocar peligros medioambientales como la contaminación por microplásticos. Si bien se están llevando a cabo varios esfuerzos para recuperar, reutilizar y reciclar estos plásticos, un enfoque alternativo que está ganando terreno es encontrar materiales de origen biodegradables. El proyecto NENU2PHAR ha demostrado con éxito una cadena de valor que proporciona una familia de polímeros llamados polihidroxialcanoatos (PHA), utilizando bacterias cultivadas en azúcares producidos por microalgas.
«A pesar de ser ampliamente reconocido como un sustituto viable de los plásticos derivados de los combustibles fósiles, todavía no existe una cadena de valor sostenible de PHA en Europa», explica Pablo Álvarez Díaz, de la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica, coordinador del proyecto NENU2PHAR. Financiado a través de la Empresa Común para una Europa Circular de Base Biológica, el proyecto contó con 17 socios investigadores e industriales. Combustible que no compite con los alimentos Los PHA son una clase de poliésteres renovables, biodegradables y de base biológica que se consideran miembros del "grupo de los polímeros verdes". Estos tienen atractivas propiedades fisicoquímicas, térmicas y mecánicas, similares al polipropileno (PP) y al polietileno de baja densidad (LDPE), que constituyen la mayoría de los envases de plástico utilizados en la actualidad. "Los PHA son particularmente atractivos porque son respetuosos con el medio ambiente al final de su vida útil, ya que se degradan en el suelo, los medios acuáticos, así como en el compost doméstico e industrial", dice Jean-François Sassi, cocoordinador de NENU2PHAR.
Sin embargo, debido a que las bacterias necesitan azúcar para crecer, producir grandes cantidades de plástico de esta manera enfrenta un serio desafío. "Actualmente, las materias primas de carbono utilizadas como sustratos de fermentación provienen del almidón producido a partir de cultivos como el trigo y la patata, por lo que compiten con los sistemas tradicionales de suministro agroalimentario e incrementan los precios de los alimentos", añade Álvarez Díaz. NENU2PHAR demostrado que las microalgas podrían ser una fuente ideal de combustible para las bacterias. El cultivo de algas en biorreactores captura grandes cantidades de CO2 de la atmósfera y lo convierte en el almidón que necesitan las hambrientas bacterias productoras de biopolímeros. "La producción de almidón blanco puro a partir de microalgas verdes fue un punto culminante e importante, ya que la industria necesita plásticos incoloros y transparentes al comienzo del proceso de producción", señala Sassi.
El equipo también desarrolló un proceso para extraer PHAs de las bacterias que utiliza disolventes más respetuosos con el medio ambiente que las variedades cloradas convencionales. A continuación, los PHA se formulan en materias primas de producción de bioplásticos. Es alentador que ya haya un suministro listo de la materia prima: la biomasa de microalgas es producida rutinariamente por las instalaciones de tratamiento de aguas residuales europeas durante los procesos de tratamiento de aguas residuales. La cadena de valor de NENU2PHAR podría convertir un flujo de residuos en un flujo de ingresos. La pasarela hacia una economía más circular Como demostración de la versatilidad e idoneidad de los PHA, el equipo ha presentado una colección de productos bioplásticos derivados de microalgas. Esto incluye bandejas de queso en lonchas, tapas de película, ollas y bolsas para alimentos húmedos como yogures, botellas roll-on para desodorantes, filamentos utilizados en la impresión 3D, mallas médicas y agrotextiles. "Recibimos comentarios muy positivos en varios eventos, y la gente solía decir: 'Wow, realmente lo has logrado'. No se puede discutir sobre la viabilidad de estos bioplásticos mientras se sostiene uno de nuestros botes de yogur", dice Álvarez Díaz.
NENU2PHAR contribuirá a la creación de una nueva interconexión intersectorial en la bioeconomía mediante la interconexión entre el sector de producción de biomasa acuática y el sector de producción de plástico. Esta interconexión intersectorial se ha establecido como el concepto central de NENU2PHAR, la producción de biopolímero PHA a partir de biomasa de microalgas lograda. La cadena de valor NENU2PHAR aborda cadenas de valor nuevas (u optimizadas) de base biológica, los productos bioplásticos basados en PHA de origen biológico se han transformado en compuestos plásticos, el final de la vida útil de estos productos es prometedor en términos de biodegradación.
Se identifican 4 nuevos materiales de base biológica a partir de la materia prima inicial de carbono acuático, estos son los siguientes biopolímeros: azúcares hidrolizados, almidón, celulosa y PHA. Los nuevos productos bioplásticos listos para el mercado desarrollados en NENU2PHAR con nuevos materiales de base biológica son:
- Películas flexibles a base de PHB compuestas con otros biopolímeros que servirán como películas de tapa para el envasado de alimentos.
- Películas rígidas a base de PHB que servirán como bandeja después del proceso de termoformado para reemplazar la estructura petroquímica multicapa real utilizada para el envasado de alimentos.
- Película biodegradable y compostable para sustituir la película multicapa real de origen fósil para el envasado de alimentos en formato de bolsa vertical.
- Aplicaciones de envasado de alimentos en vasos termoformados biodegradables y compostables, más específicamente para puré de frutas.
- Embalaje para el cuidado personal, tipo roll-on de embalaje que consta de 3 partes: botella, bola y tapón.
- Cubierta vegetal tejida basada en las formulaciones de PHB; Formulación de PHA destinados a la impresión 3D y mallas quirúrgicas como implantes biorreabsorbibles.
El uso de microalgas como materia prima de bioplásticos evita tanto la competencia con las fuentes de alimentos como los impactos ambientales asociados a las actividades agrícolas para la producción de biomasa de 1ª generación, utilizada predominantemente en bioplásticos comerciales (como el uso de fertilizantes y pesticidas que causan la eutrofización del agua y la acidificación del suelo). La producción de PHA basada en microalgas puede lograrse integrando los procesos de captura y utilización de carbono (CCU) en las actividades de cultivo de microalgas. Los resultados revelaron que la producción de PHA a base de microalgas podría ser económicamente viable, pero dependerá de que se establezcan bien una serie de parámetros de producción y comercialización, tales como: la ubicación de la planta, la escala de producción, el coste de suministro de CO2 (asegurando fuentes baratas o incluso a coste cero mediante el uso de CO2 capturado de las emisiones industriales), y el precio de venta del PHA. En cuanto a la concienciación y la comprensión de la bioeconomía en la sociedad, el proyecto organizó un taller sobre la aceptabilidad social en el que se invitó a diferentes partes interesadas, incluidas empresas y pymes del sector de los plásticos y los bioplásticos, a analizar las barreras en torno a la aceptabilidad de los PHA, y se destacaron los elementos clave para diseñar una estrategia adecuada para su aceptación futura. NENU2PHAR resultados estiman que la huella social del PHA a base de microalgas producido en la UE se estimó menor que la de la producción de PHA en los Estados Unidos, mientras que fue significativamente menor que la de la producción china de PHA. Por lo tanto, estos NENU2PHAR resultados deben ser utilizados como herramienta de toma de decisiones para la mejora social del proceso productivo, evaluando con más detalle los focos y proponiendo medidas que contribuyan a mejorar las condiciones sociales.
- COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
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