Bioplásticos obtenidos a partir de la valorización de residuos orgánicos y de la industria papelera. Proyecto ELLIPSE

Bioplásticos obtenidos a partir de la valorización de residuos orgánicos y de la industria papelera. Proyecto ELLIPSE

La mayoría de los plásticos que se utilizan actualmente en el mundo proceden de fuentes no renovables y biodegradables. En un esfuerzo por reducir el impacto de los plásticos en el medio ambiente, desde hace décadas, se estudian métodos alternativos de producción y gestión de residuos. Varios microorganismos tienen la capacidad de producir plásticos de forma natural, utilizando diferentes sustratos, que son biodegradables y biocompatibles en determinadas condiciones.

Durante los últimos años, la fermentación acidogénica para la producción de ácidos grasos volátiles (AGV) se ha identificado como un enfoque prometedor para utilizar los residuos orgánicos como un recurso valioso. Los AGV tienen un amplio potencial de aplicaciones que van desde la fuente de carbono para el proceso de eliminación biológica de nutrientes hasta el uso como recurso bioenergético para la generación de hidrógeno y biocombustibles líquidos. Los flujos ricos en AGV producidos a partir de la fermentación de residuos orgánicos también pueden utilizarse como precursores de biopolímeros en la industria de los bioplásticos, ya que constituyen una materia prima adecuada para la producción de polihidroxialcanoatos (PHA).

Para hacer frente al creciente problema de la generación de biorresiduos y a la creciente demanda de materias primas de origen biológico, el proyecto ELLIPSE, en el que CARTIF está inmerso, trabaja en el sector de la biotecnología con el objetivo de valorizar flujos heterogéneos de residuos generados en cantidades significativas en Europa, los residuos de matadero (contenidos en la panza o el rumen) y los lodos de papel y pulpa, para producir polihidroxialcanoatos (PHA) rentables para aplicaciones agrícolas y de cuidado personal, mediante el coprocesamiento con otros residuos orgánicos como los lodos de la industria láctea y el glicerol de la industria del biodiésel, así como la recuperación de nutrientes para producir fertilizantes de base biológica. La integración de estos flujos de residuos como materias primas de biorrefinería permitirá reducir los volúmenes de residuos depositados en vertederos, abrir nuevas vías para la producción de productos químicos y bioplásticos y, al mismo tiempo, crear ingresos adicionales para las industrias relacionadas que los generan, con las ventajas añadidas del reciclado del agua, la disminución de la degradación del suelo, la contaminación de las aguas subterráneas y las emisiones de metano.

El PHA pertenece a una familia de polímeros 100% de origen biológico con propiedades de biodegradabilidad versátiles en la mayoría de los entornos, reciclables y que presentan una amplia gama de propiedades físicas y mecánicas en función de su composición química, desde el poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) muy flexible, hasta el polihidroxibutirato (PHB) rígido, mostrando propiedades similares a algunos materiales de origen fósil como el polipropileno (PP) y el polietileno (PE) y mejores propiedades de barrera a gases y líquidos que otros bioplásticos como el ácido poliláctico (PLA), siendo una buena alternativa biodegradable y compostable en aplicaciones agrícolas y de cuidado personal.

Figura 1. ELLIPSE diagrama resumen del proceso

Uno de los objetivos es maximizar la producción de AGV derivados de la fermentación acidogénica y para ello se pretende optimizar el proceso utilizando tecnologías innovadoras, como el uso de un biorreactor anaerobio de membrana (AnMBR). El proyecto contribuye a la economía circular promoviendo la sostenibilidad y el residuo cero demostrando la viabilidad técnica de la recuperación de nutrientes de la corriente residual (digestato) a través de un proceso híbrido autótrofo-heterótrofo de cultivo de microalgas, lo que genera a su vez la producción de un biofertilizante.

El proyecto cuento con cinco fases que tratan sobre el pretratamiento de residuos y obtención de AGV, producción de PHA, aplicaciones posibles de bioplásticos, estudio de análisis de ciclo de vida y explotación de los resultados.

Figura 2. Fases del proyecto ELLIPSE

En el piloto 1 se realizará el pretratamiento y valorización de lodos procedentes de la transformación de residuos de matadero para la producción de envases rígidos y mantillo de plástico. Se llevará a cabo una codigestión de materias primas con el objetivo de garantizar las condiciones más óptimas para producir AGV.

Figura 3. Esquema de la metodología aplicada en los Pilotos 1 y 3 del proyecto ELLIPSE.

El piloto 3 se desarrollará simultáneamente al piloto 1 para recuperar nutrientes N y P con vistas a la producción de biofertilizantes. Se validarán tecnologías diferentes:

La tecnología biológica del sistema híbrido de cultivo autótrofo y heterótrofo de microalgas, y los métodos físicos de tecnología de membrana de impulsión a presión (ultrafiltración y ósmosis inversa) y contactores de membrana, para recuperar el amoniaco, como sulfato de amonio.

El piloto 2 realizará el tratamiento y valorización de residuos de la industria papelera para producir recubrimientos de bioplásticos para el sector del cuidado personal y la agricultura.

Figura 4. Esquema de la metodología aplicada en el piloto 2 del proyecto ELLIPSE

La demostración de la posibilidad de transformar flujos complejos de biorresiduos en productos biodegradables y de base biológica de alto valor en múltiples sectores, acompañada de la validación de múltiples rutas de fin de vida para los productos de base biológica y biodegradables logrados en el marco del proyecto, proporcionará resultados novedosos y tangibles para seguir fomentando la concienciación pública y la aceptación de soluciones biodegradables y de base biológica. Aparte de todo esto, durante el proyecto ELLIPSE la industria papelera podrá utilizar productos (papel recubierto de PHA para envases flexibles como contrapartida del actual papel recubierto de PE) producidos a partir de sus residuos. Este es un buen escaparate para la economía circular y tiene el potencial de aumentar la concienciación y la aceptación de las soluciones de base biológica.

Microorganismos y su importancia en el suelo: el secreto de una agricultura sostenible

Microorganismos y su importancia en el suelo: el secreto de una agricultura sostenible

Cuando pensamos en la agricultura, a menudo nos enfocamos en el desarrollo de la planta, pero pocas veces consideramos la importancia de una correcta gestión del suelo en el que se siembran los cultivos. El suelo es un recurso vital que sustenta nuestra vida y permite que se obtengan los alimentos indispensables para la humanidad, y su salud es esencial para la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria.

A simple vista, el suelo puede parecer inerte, pero en realidad, está repleta de vida microscópica. Los suelos saludables albergan una amplia variedad de microorganismos, que incluyen bacterias, hongos, protozoos, nematodos, etc. Estos organismos, que a menudo pasan desapercibidos, desempeñan un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas terrestres.

Entre los microorganismos que habitan en el suelo, muchos son beneficiosos para la salud de las plantas y la calidad del suelo en general. Estos microorganismos realizan una serie de funciones vitales:

1. Descomposición de la materia orgánica: los microorganismos descomponen la materia orgánica en el suelo, como hojas caídas y restos de plantas. Esta acción permite liberar nutrientes esenciales que las plantas pueden absorber para favorecer su crecimiento.

2. Fijación de Nitrógeno: el nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento vegetal. Algunas bacterias tienen la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico en una forma que las plantas pueden metabolizar.

3. Protección contra plagas y enfermedades: algunos microorganismos actúan como agentes de control biológico, ayudando a prevenir enfermedades en las plantas al competir con patógenos o producir compuestos antimicrobianos.

4. Mejora de la estructura del suelo: otros microorganismos, como las bacterias y los hongos, generan agregados del suelo que mejoran la estructura, la porosidad y la capacidad de retención de agua del suelo.

5. Ciclo de nutrientes: participan en la descomposición y liberación de nutrientes esenciales, como fósforo, potasio y diversos micronutrientes (zinc, hierro, cobre, calcio), que son fundamentales para el crecimiento de las plantas.

Desafortunadamente, la agricultura moderna ha llevado a cabo prácticas que a menudo dañan la diversidad y la población de microorganismos beneficiosos en el suelo. El uso excesivo de fertilizantes y fitosanitarios de origen químico, la labranza intensiva y la falta de rotación en la siembra de los cultivos son prácticas que pueden perjudicar o desequilibrar el ecosistema microbiano presente en el suelo.

Por ejemplo, los fertilizantes químicos pueden proporcionar nutrientes a las plantas, pero también pueden generar acidificación del suelo y afecta negativamente a los microorganismos beneficiosos. Del mismo modo, los fitosanitarios químicos destinados a eliminar plagas pueden afectar negativamente a otros microorganismos presentes en el suelo, lo que puede desencadenar un ciclo de dependencia de químicos agrícolas.

Afortunadamente, existen prácticas agrícolas que pueden fomentar la salud del suelo y la abundancia de microorganismos con papel positivo en el desarrollo de la planta:

Agricultura ecológica

La agricultura orgánica evita el uso excesivo de pesticidas y fertilizantes químicos, lo que preserva la ecología microbiana del suelo.

Rotación de cultivos

Cambiar los cultivos temporada tras temporada fomenta la diversidad microbiana y evita la acumulación de patógenos específicos.

Uso de cubiertas vegetales

Mantener la cubierta vegetal en el suelo durante todo el año ayuda a mantener la actividad microbiana y a prevenir la erosión.

Compostaje

Agregar compost orgánico al suelo enriquece la población microbiana y aporta nutrientes de manera equilibrada.

Reducción de labranza

Minimizar la labranza del suelo reduce la interrupción de los microorganismos en su ambiente natural.

Utilización de abonos verdes

Plantar cultivos de abono verde como leguminosas puede aumentar la fijación de nitrógeno y enriquecer el suelo en nutrientes.

La salud del suelo es fundamental para la sostenibilidad agrícola y la alimentación global. Los microorganismos beneficiosos, que trabajan en simbiosis con las plantas, desempeñan un papel esencial en la preservación de esa salud. Como sociedad, debemos reconocer la importancia de estos diminutos seres y adoptar prácticas que promuevan su prosperidad en nuestros suelos.

En CARTIF contamos con la experiencia que nos ha otorgado la ejecución de diversos proyectos relacionados con una correcta gestión de la microbiología aplicada a la agricultura y especialmente en los suelos, bien sea en forma de biofertilizantes (proyecto SUSTRATEC) o bien en forma de biopesticida (proyecto SUPERA).

Mantener la salud del suelo no solo es esencial para garantizar cosechas abundantes nutritivas, sino también para preservar la biodiversidad y mitigar el cambio climático. Al proteger y fomentar la vida en el suelo, estamos invirtiendo en un futuro más saludable y sostenible para nuestro planeta y las generaciones futuras. Cuidemos la tierra que nos cuida.

Las baterías ante un nuevo campo de juego

Las baterías ante un nuevo campo de juego

Este mes pasado (junio 2023), los eurodiputados acordaron provisionalmente una nueva normativa para las baterías vendidas en la UE. Ya ha sido aclamada como un «cambio de juego» para las baterías, al crear un marco para fomentar una industria de baterías competitiva y sostenible en Europa.

Tras largas negociaciones, el Parlamento Europeo aprobó el pasado 14 de junio el Reglamento de la UE sobre baterías. Las baterías son una tecnología clave que desempeña un papel fundamental en el avance hacia la neutralidad climática de Europa para 2050. En este contexto, el Reglamento sobre baterías es un logro clave del Pacto Verde Europeo, en virtud del cual los 27 estados miembros se han comprometido a hacer de este el primer continente climáticamente neutro para 2050.

Pero, ¿qué es exactamente la normativa europea sobre baterías? ¿Y qué deben hacer los fabricantes para adelantarse a la normativa?

Propuestos inicialmente en diciembre de 2020, los Reglamentos de la UE sobre baterías son requisitos progresivos para garantizar que todas las baterías comercializadas en estos países sean más sostenibles, circulares y seguras a lo largo de todo su ciclo de vida. Para los vehículos eléctricos y las baterías industriales con una capacidad superior a 2kWh, los requisitos recaen principalmente en los fabricantes de baterías y se dividen entre (1) garantizar prácticas de abastecimiento más transparentes y responsables y (2) facilitar la economía circular (véase la Figura 1).

Figura 1: Hitos del Reglamento europeo sobre baterías

Adelantarse a los acontecimientos. Cómo pueden responder las empresas para cumplir la próxima normativa

La normativa entrará en vigor en 2024, lo que significa que las empresas tiene que actuar ahora para establecer las bases necesarias para cumplir y superar los requisitos:

Conozca todos sus impactos

A pesar de que, obviamente, las baterías son más sostenibles que los combustibles fósiles, no están exentas de impactos negativos. Aunque las emisiones de carbono reciben la mayor atención, los impactos asociados a las cadenas de suministro de baterías son mucho más amplios -desde el uso del agua hasta el trabajo infantil y los residuos al final de su vida útil- y esta es una de las fuerzas impulsoras del ámbito de aplicación del Reglamento de la UE sobre baterías.

Por lo tanto, las empresas tendrán que comprender la amplia variedad de impactos ambientales y sociales de sus operaciones directas y cadenas de suministro. Y para medir, reducir y/o eliminar adecuadamente estos impactos, las empresas deben desarrollar estrategias específicas y a medida basadas en su rendimiento y procesos actuales.

Priorizar la colaboración en la cadena de suministro

Aunque la fabricación de baterías en sí suele ser un proceso de gran impacto, muchos de los efectos sobre la sostenibilidad asociados a las baterías pueden encontrarse en la cadena de suministro, como las emisiones de carbono derivadas de los procesos de extracción y refinado. Por tanto, no sólo los datos son importantes para que las empresas cumplan la normativa, sino también los procesos y sistemas que permiten gestionar y mejorar la sostenibilidad de la cadena de suministro.

El Reglamento de la UE sobre baterías han tenido esto en cuenta, estableciendo requisitos para que todos los agentes económicos que comercializan baterías en el mercado europeo (excepto las pequeñas y medianas empresas) desarrollen y apliquen políticas de diligencia debidas, acordes con las normas internacionales. Por ello, los fabricantes de baterías tendrán que implantar sistemas de comunicación y colaboración con proveedores, como cuestionarios de sostenibilidad para proveedores, puesta en común continua de resultados, auditorías de proveedores de alto riesgo y programas de mejora.

Informar, mejorar y estar preparado para la comparación

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Una vez que las empresas comprenden su impacto y ponen en marcha los sistemas y procesos para mejorar la sostenibilidad de su empresa y su cadena de suministro, deben informar sobre sus resultados. Los informes normalizados son un componente clave de la legislación sobre sostenibilidad, y el Reglamento de la UE sobre baterías no es diferente.

Dado que los informes impulsan la comparación y proporcionan a las partes interesadas un mayor poder de decisión, los Reglamentos de la UE sobre baterías pretenden crear los incentivos necesarios para que las empresas mejoren sus resultados en materia de sostenibilidad. Los fabricantes de baterías pueden prepararse para ello desarrollando un enfoque sistemático de la elaboración de informes que les permita comunicar eficazmente sus impactos, sus progresos y cómo se relacionan con otros en el sector.

¿Hacia dónde vamos?

La normativa de la UE sobre baterías forma parte de un conjunto más amplio de normas mundiales destinadas a mejorar la sostenibilidad del sector de las baterías. Los reguladores de la UE todavía tienen que aprobar formalmente la normativa y elaborar directrices para su aplicación. Sin embargo, los fabricantes de baterías que quieran diferenciarse y ser líderes en sostenibilidad deben actuar ya. En resumen, pueden hacerlo invirtiendo sus recursos en comprender su impacto en la sostenibilidad junto con los requisitos de la normativa, gestionando y mejorando los procesos de sostenibilidad de su cadena de suministro e informando de sus progresos de forma estándar. Aunque esto pueda parecer desalentador, aún hay tiempo para actuar.

Si te ha parecido interesante este contenido, puedes seguir el avance del proyecto FREE4LIB, coordinado por CARTIF, que está completamente alineado con el nuevo Reglamento de Baterías.

Nitrógeno y fósforo, los macronutrientes agronómicos por excelencia

Nitrógeno y fósforo, los macronutrientes agronómicos por excelencia

Creo que la mayoría de la gente conocemos, de una manera u otra, características de los elementos químicos de los que vamos a hablar en esta publicación: el nitrógeno (N) y el fósforo (P). El nitrógeno en su forma gaseosa (N2) forma parte de la composición del aire atmosférico o incluso lo conocemos en otras de sus formas típicas, el amoníaco (NH3), ya sea como gas o como disolución líquida (en caso como amonio NH4+). Mientras que el fósforo participa en funciones vitales de los seres vivos, además de ser uno de los componentes principales de las moléculas de ARN y ADN y de utilizarse para almacenar y transportar energía en forma de adenosín trifosfato (ATP). Pues bien, hoy en esta entrada vamos a profundizar en por qué estos dos elementos son también importantes para otros temas relacionados con los seres humanos y su desarrollo, expondremos cuál es la importancia del nitrógeno (N) y fósforo (P) como nutrientes agronómicos y cómo se relacionan éstos con el concepto de Economía Circular (un concepto de rabiosa actualidad en los últimos años). Por lo tanto, en adelante cuando en esta publicación estemos hablando de nutrientes, siempre estará enfocado desde un punto de vista agronómico y no desde un punto de vista alimentario del propio ser humano. ¡Empezamos!

Tanto el N, como el P junto con el potasio (K), forman el grupo de los macronutrientes agronómicos, éstos son los tres principales macroelementos que las plantas o cultivos necesitan incorporar para su crecimiento. Así, en la mayoría de las ocasiones los fertilizantes que se sintetizan y se utilizan hoy en día en la agricultura presentan una composición importante de dichos elementos (se suele hablar del contenido NPK en dichos productos).

Lo primero que debemos preguntarnos es ¿cómo se sintetizan dichos fertilizantes?

Casi la totalidad del N utilizado en la formulación de fertilizantes es obtenida a partir de la síntesis de amoníaco, el procedimiento clásico de la obtención de amoníaco es el proceso Haber-Bosch. Posteriormente, el amoniaco obtenido mediante Haber-Bosch, se oxida para dar lugar al ácido nítrico (HNO3) y a partir de éste se pueden obtener los principales fertilizantes minerales, sintetizados a partir de nitrato de amonio [(NH4)NO3]. La otra fuente principal de N para la síntesis de fertilizantes es la urea [(NH2)2CO]. En lo que respecta al fósforo, la principal materia prima para su utilización en fertilizantes es la apatita, se trata de un conjunto de minerales obtenidos a través de la extracción de la roca fosfórica mineral. Por lo tanto, lo primero de lo que podemos darnos cuenta es que, en ambos casos, el origen de N y P para la obtención de los fertilizantes tradicionales, es un origen no renovable.

Diagrama del proceso de Haber-Bosch. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Haber

A este factor hay que incluir otro con una gran importancia, y ese no es otro que el aumento de la población mundial. De acuerdo con las previsiones de Naciones Unidas (ONU), la población mundial alcanzará los 8.600 millones en 2030 y los 9.800 millones en 2050. Con lo que queda patente, que estos hechos darán lugar a un importante incremento de presión de la industria alimentaria, que estará abocada a aumentar su producción, lo cual conlleva prácticas agrícolas más intensivas y por tanto un aumento del uso de la tierra y del consumo del agua, la energía y los fertilizantes tradicionales no renovables. Otro hecho preocupante de este escenario es que los países de la Unión Europea (UE), son tremendamente dependientes de las importaciones de estos compuestos que actúan como materias primas para los fertilizantes. Para que nos hagamos una idea, la UE importa alrededor del 30% del N, más del 60% del P y el 70% del K del total de nutrientes que se consumen como productos fertilizantes en sus países. Este asunto, es incluso más dramático para el caso del P, ya que cinco países en todo el mundo poseen el 90% de las reservas mundiales (China, Marruecos, Sudáfrica, Estados Unidos y la región de Jordania). Esto ha hecho que la UE haya clasificado al P como Materia Prima Crítica (COM(2017)490), ya que es crucial para el crecimiento de la propia UE, la competitividad y especialmente para una industria alimentaria sostenible.

Con todo este escenario queda claro que es necesario la búsqueda e introducción de fuentes de N y P alternativas y renovables, a la par que tecnologías novedosas para la obtención de productos fertilizantes sostenibles.

Y aquí es donde entra en escena, por un lado, la Economía Circular y por otro el concepto de recuperación de nutrientes. La recuperación de nutrientes es una de las principales líneas de investigación que llevamos desarrollando en los últimos años dentro del área de Economía Circular del Centro Tecnológico CARTIF. La recuperación de nutrientes consiste en el desarrollo de metodologías, técnicas y tecnologías que permiten obtener de materias primas sostenibles el N y el P que contienen y que estos elementos se encuentren en una forma conveniente y efectiva para su posterior utilización en la síntesis de bioproductos o fertilizantes sostenibles que puedan sustituir a los fertilizantes minerales tradicionales o en su defecto aumentar el componente renovable en la formulación de estos últimos. Es importante destacar que, aunque la recuperación de nutrientes se focalice principalmente en la recuperación de N y P, también se puede conseguir la recuperación de otros macro y micronutrientes agronómicos, como el K, el magnesio (Mg), el calcio (Ca), etc.

Y entonces, ¿qué materias primas o fuentes de origen renovable podemos utilizar para la recuperación de nutrientes?

Principalmente, la recuperación de nutrientes se centra en dos grupos; los residuos agroganaderos y las aguas residuales. Como residuos agroganaderos entendemos cualquier residuo generado directamente en la actividad agrícola o ganadera (estiércoles, purines, etc.), así como aguas residuales (tanto de origen urbano como origen industrial). Además, y relacionado con lo anterior también podrían utilizarse en la recuperación de nutrientes los residuos biológicos o subproductos obtenidos en el tratamiento de dichos residuos (un ejemplo claro sería los digestatos obtenidos del tratamiento de dichos residuos mediante digestión anaerobia o los fangos obtenidos en los procesos de tratamiento de aguas residuales en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs), etc.).

Un aspecto importante a destacar es que las tecnologías de recuperación de nutrientes dependen en gran medida de las características de la materia prima que utilicemos para recuperar el N y el P y cómo se presente dicha materia prima (en estado sólido o líquido). Así, los métodos más sencillos de recuperación de nutrientes son el uso directo como fertilizante de residuos o subproductos sólidos como los fangos activos o los estiércoles y digestatos o el compostaje de éstos. Sin embargo, los aspectos logísticos (coste de transporte y la gestión del residuo, los cuales suelen contener gran humedad), pueden hacer inviable la rentabilidad del proceso. Al mismo tiempo, mediante la aplicación directa de los residuos no se realiza una fertilización efectiva y puede dar lugar a fenómenos de sobrefertilización los cuales pueden desembocar en fenómenos de eutrofización (por la acumulación del N y P presente en el suelo, el cual no ha podido ser asimilado por el cultivo y que posteriormente puede ser arrastrado por la lluvia o la escorrentía y finalmente depositarse e en acuíferos y masas de agua), con el consiguiente daño ambiental. Además, los residuos pueden contener cantidades significativas de contaminantes potencialmente peligrosos, que es necesario eliminar antes de su utilización como fertilizantes. Por esta razón, las tecnologías para el tratamiento de residuos para la recuperación de N y P son cada vez más populares. Existen distintas tecnologías para recuperar el N y el P de residuos líquidos, como los tratamientos biológicos, el stripping, la cristalización, la filtración por membranas, métodos termoquímicos (pirólisis y gasificación) o tratamientos físicos (concentración, secado, etc.).

Pero como todo ello se entiende mejor con un ejemplo, vamos a tratar de explicar uno de los procesos en lo que hemos investigado en CARTIF en alguno de nuestros proyectos.

Se trata de la recuperación de nutrientes a partir de la cristalización. La cristalización es una operación de separación frecuentemente utilizada en la Ingeniería Química, gracias a la cual se produce una purificación de los fluidos mediante la formación de sólidos, teniendo en cuenta la solubilidad de los productos que presentan interés para su separación. Así mediante la cristalización se puede conseguir recuperar N y P a partir de aguas residuales o residuos agroganaderos líquidos (fase líquida de los digestatos y estiércoles o purines) en forma de estruvita.

Pero, un momento, vayamos por partes ¿qué es la estruvita?

Estruvita

La estruvita es una sal (mineral ortofosfato) que contiene magnesio, amonio y fosfato en concentraciones molares iguales, concretamente, la estruvita en forma de fosfato de magnesio y amonio hexahidratado presenta la siguiente fórmula molecular MgNH4PO4·6H20. La cristalización de estruvita ocurre con facilidad cuando se dan las condiciones idóneas (presencia de una concentración importante de Mg, N y P, pH,etc.) De hecho, la estruvita en la década de los sesenta, ganó la atención del público como resultado de la obstrucción de tuberías en EDARs, en las cuales cristalizaba de forma espontánea.

Y ahora, podemos pensar, vale ya sabemos lo que es la estruvita, pero ¿cómo es su proceso de obtención?

Pues simplemente se introduce en un reactor de cristalización el residuo que vamos a utilizar como materia prima para extraer el N y el P (normalmente aguas residuales o digestatos obtenidos de la digestión anaerobia de residuos como el purín de cerdo) y se añade una cierta cantidad de magnesio (normalmente en forma de MgCl2 o MgO) y dependiendo del pH de la mezcla de reacción puede adicionarse una base (NaOH) para elevar el pH (8-9). Una vez que tenemos todos los componentes en el reactor, se aplica una agitación (ya sea mecánica o mediante aireación).

El Mg va entrando en contacto con el N y el P de la materia prima y poco a poco los cristales de estruvita van creciendo, según la siguiente reacción química:

Después de aproximadamente una hora de reacción, se consigue recuperar la mayor parte de P contenido en la materia prima (y lo acompaña una cantidad equivalente de N y Mg), en forma de un cristal sólido blanquecino, la estruvita. Este sólido tiene muy buenas propiedades para ser utilizado como fertilizante, ya que la estruvita presenta una alta concentración de P y por sus características físicas (baja solubilidad), el producto puede utilizarse como un fertilizante de liberación lenta, es decir que, a diferencia de los fertilizantes tradicionales, la estruvita va liberando los nutrientes en función de las necesidades de la planta y de la etapa de crecimiento de ésta, siendo una fertilización más efectiva y evitando fenómenos de eutrofización y similares.

Existen varias tecnologías de cristalización de estruvita en el mercado (con diferentes configuraciones, tipos de reactor, morfologías, etc.), la mayoría centradas en la obtención de estruvita a partir de aguas residuales, sin embargo, en CARTIF hemos desarrollado un reactor de cristalización piloto de 50 L, intentando solventar los impedimentos técnicos que presentaban otras tecnologías. Dicho cristalizador consiste en un reactor de lecho fluidizado, es decir, la agitación de la mezcla reaccionante se consigue mediante la adición de una corriente de aire, que mantiene en suspensión los componentes de la mezcla reaccionante, facilitando su interacción y favoreciendo la formación y crecimiento de los cristales. La tecnología de cristalización de estruvita que hemos desarrollado ha sido probada en varios proyectos en los que me hemos participado, como Nutri2Cycle y Nutriman (ambos proyectos europeos del programa Horizonte2020), con resultados bastante prometedores en el proceso de cristalización (alcanzando rendimientos de recuperación de P superiores al 90%) y un buen comportamiento agronómico del producto final obtenido (estruvita).

Proceso de recuperación de nutrientes en el demostrador de Irlanda del proyecto NUTRI2CYCLE.

Por lo tanto, como hemos podido comprobar, gracias a las tecnologías de recuperación de nutrientes hemos desarrollado procesos sostenibles en los que valorizamos residuos (aguas residuales, digestatos, etc.) siguiendo los postulados de la Economía Circular y obtenemos un biofertilizante de origen renovable con un buen comportamiento agronómico y con características que no presentan los fertilizantes tradicionales de origen mineral no renovable (liberación lenta). Por tanto, la estruvita sería un buen candidato para sustituir o reducir la utilización de los propios fertilizantes no renovables.

En la actualidad en el Área de Economía Circular de CARTIF, seguimos trabajando en el desarrollo de esta línea de investigación y ahora mismo estamos coordinando el proyecto WalNUT (otro proyecto europeo del programa Horizonte2020), en el que junto con otros 13 socios de varios países europeos estamos desarrollando nuevas tecnologías para la recuperación de nutrientes a partir de aguas residuales (tanto urbanas como industriales). Concretamente, en el caso de CARTIF, estamos trabajando en una tecnología de recuperación de N y P mediante el cultivo de microalgas y en otra tecnología en la que los nutrientes se recuperan mediante procesos bioelectroquímicos, esta es, la tecnología de Celdas Microbianas o Microbial Fuel Cells (MFCs).

Pero si os parece, ese tema mejor lo dejamos para comentarlo en otra futura entrada del blog 😉

¡Hasta la próxima!

Recuperando nuestro vínculo con la naturaleza

Recuperando nuestro vínculo con la naturaleza

¡Al final no pude resistirme…fui a ver AVATAR 2, y en 3D! La sola idea de rememorar las sensaciones vividas hace ya 13 años, como espectador de uno de los más grandes avances tecnológicos de la animación del siglo XXI, pudo con la pereza de meterme en un cine la friolera de 3 horas. Sin embargo, esta vez quería ver cómo había evolucionado algo que ya en la primera película de la saga me llamó la atención: ser capaces de establecer un vínculo directo con la naturaleza. ¡Impresionante!

Vista la «peli», y de vuelta a la realidad, creo que nunca hemos perdido nuestro vínculo con la naturaleza, pero lo hemos ignorado pensando que ya no nos era necesario y que únicamente los avances tecnológicos harían de este mundo un sitio mejor, prescindiendo de nuestra esencia natural.

Es importante saber que toda medida desarrollada para proteger un ecosistema y la biodiversidad que lo habita nos protegerá, como parte de esa variedad de seres vivos y no hará otra cosa que mejorar nuestras condiciones de vida.

Fuente: Raúl Sánchez Francés

Actualmente hay una creciente necesidad de contactar con la naturaleza, bien por hartazgo ante una vida sedentaria y demasiado urbanita, bien por practicar deporte o bien por el mero hecho de entrar en contacto con la naturaleza y los árboles que la habitan; pero sin saber de los múltiples beneficios que ese «baño de bosque o naturaleza» está proporcionando. Aunque se cree que el concepto de baño de bosque (Shinrin-yoku en japonés) parece tener un origen ancestral, no fue hasta los cercanos años 80 del siglo XX cuando las autoridades forestales japonesas promocionaron el concepto para acercar a la gente los beneficios del bosque.

La sensación de bienestar que percibimos paseando por el monte tiene una explicación científica comprobada. Ya a mediados del siglo XX se demostró que ciertas coníferas eran capaces de depurar/desinfectar su entorno, generando un antibiótico natural (fitoncidas), como respuesta principalmente al ataque que continuamente reciben de los hongos. Esto tiene como consecuencia directa que la presencia de árboles en zonas residenciales mejora la salud de sus habitantes.

Fuente: Raúl Sánchez Francés

Existen claras evidencias acerca del papel esencial que juegan los espacios verdes y azules en el fomento de un estilo de vida más saludable y sostenible. En áreas urbanas y periurbanas, los espacios naturales disminuyen la exposición a factores potencialmente dañinos como el calor excesivo, ruido y la contaminación del aire. Los estudios han demostrado que las zonas verdes circundantes a espacios urbanos se asocian con una menor mortalidad. Del mismo modo, diversos estudios experimentales y observacionales han demostrado que la exposición a la naturaleza se asocia con mejoras cognitivas, de la actividad cerebral, de la presión arterial, del sueño, y de la actividad física y salud mental. Especial relevancia adquiere la mejora de la salud mental (ansiedad, depresión y estrés) debido a la actividad en la naturaleza.

Un aumento de espacios verdes/azules bien diseñados, equitativamente distribuidos y accesibles, como promueve el concepto de soluciones basadas en la naturaleza (NBS), constituye un factor importante para preservar y mejorar la salud mental y el bienestar.

La pandemia de COVID-19 y la posterior recesión económica han afectado a la salud mental de la población, con un aumento de los síntomas de ansiedad y trastornos depresivos y han revelado la necesidad de mejorar la comprensión de los tipos y características específicos de los espacios naturales que son claves para la salud mental.

Desde CARTIF llevamos tiempo trabajando en la re-naturalización de nuestras ciudades, entornos y todos aquellos espacios habitados que han perdido su carácter natural, con el propósito de hacer nuestras urbes más habitables… pero de manera natural y en convivencia con la naturaleza, proyectos como URBAN GreenUP, MyBuildingisGreen, NATMED… son una muestra de ello.

Teniendo en cuenta todo esto, la receta médica de baños de bosque, de soluciones basadas en la naturaleza o lo que hemos llamado terapias basadas en la naturaleza (Nature based Therapies) está cada vez más cerca.

Recientemente tuve la oportunidad de charlar con Odile Rodríguez de la Fuente, hija de Félix Rodríguez de la Fuente, sobre el vínculo con la naturaleza que su padre les inculcó a ella y sus hermanas y que aún mantiene, desde su faceta de divulgadora de la naturaleza, la cual realiza de una manera fantástica. Fue sin duda Félix quien percibió la desconexión ser humano-naturaleza en un momento clave del crecimiento del país, lo que hizo aún más difícil su trabajo pero que le ha permitido dejar una huella más profunda y duradera, sentando las bases del buscado vínculo con la naturaleza.

Se trata de explorar conexiones reales y profundas entre el ser humano y el mundo natural, que vayan más allá de los trabajos culturales en campo o de algunas experiencias de jardinería como la errónea percepción de que las tomateras engordan despacio al ser acariciadas…como si de una prueba de amor se tratara. Nada más lejos de la realidad, al acariciar una tomatera a diario su crecimiento en vertical se ralentiza y su tallo se engrosa, pero no es más que una reacción natural a una carga ficticia del viento.

Sin embargo, aún estamos a tiempo para proteger la naturaleza que nos rodea, para acercarla a nuestras ciudades y espacios habitados, y para volver a conectar, a vincularnos con ella.

La biomasa. ¿Ahora sí?

La biomasa. ¿Ahora sí?

Quién más, quién menos tendrá una idea certera de lo que es la biomasa y lo que representa en nuestra sociedad. En un contexto energético en el que continuamente se baten récords históricos en el precio de la energía, son ya muchos los consumidores que, ante el inminente invierno, han encontrado en la biomasa la solución para tratar de reducir su factura en calefacción.

Desde hace ya varias décadas estamos escuchando que la biomasa constituye un recurso energético renovable capaz de sustituir con garantías a la energía de origen fósil, pero con la sensación de que no acaba de echar la puerta abajo y despegar definitivamente, lo que cambiaría de una vez el paradigma de la bioenergía en España.

Empleando una expresión de argot ciclista, la biomasa en España ha estado siempre «haciendo la goma» tras los países punteros (Finlandia, Reino Unido o Alemania, entre otros). Es cierto que ha experimentado un crecimiento sostenible en los últimos años en todos los eslabones de su cadena de valor, pero quizá no al ritmo que podría esperarse, teniendo en cuenta las expectativas creadas en el pasado.

Fuente: Avebiom.org

Los números no engañan. Si bien entre los años 2014 y 2019 (pre-pandemia) la potencia total instalada de biomasa en España creció en un 9 % [REE], sigue sin gestionarse adecuadamente el potencial forestal disponible. Actualmente se consumen unos 4,3 Mt/año de biomasa forestal para usos energéticos, que representan aproximadamente un 41 % del total disponible, lejos de los países del norte de Europa, de gran tradición forestal, que alcanzan niveles superiores al 70 % [APPA].

De cualquier forma, podemos pensar que el sector nacional de la bioenergía es ya lo suficientemente maduro. Un signo inequívoco de ello es el hecho de que, en la actualidad, la práctica totalidad de la producción nacional de biocombustibles se consume en España, debido al alza en la demanda de equipos de combustión, y por ende, de combustible [AVEBIOM]. Sin embargo, a la sociedad en general quizá le cueste aún percibir la dimensión real de lo que nos ofrece la biomasa, y surgen algunas preguntas recurrentes en torno a ella, como por ejemplo…

  • ¿La biomasa promueve el acceso a una fuente de energía fiable y más limpia?
  • ¿El uso de la biomasa reduce las emisiones de CO2 al ambiente?
  • ¿La biomasa ayuda a combatir el drama de los incendios forestales, que cada verano destruyen cientos de miles de hectáreas en España?
  • ¿La biomasa contribuye a fijar la actividad económica en el entorno rural y a luchar contra otro drama de algunas comunidades autónoma, como es la despoblación?
  • ¿La biomasa es más barata que la alternativa fósil? Si me compro una estufa de pelets, ¿voy a ahorrar en el consumo de energía térmica?

El desarrollo tecnológico en el ámbito de la bioenergía y la situación actual del sector nos invitan a responder a todas esas preguntas de forma afirmativa. Porque la bioenergía es neutra desde un punto de vista ambiental, y su uso no contribuye al calentamiento global por emisiones de CO2. Porque una gestión adecuada de la masa forestal contribuye a mitigar el riesgo de incendios. Y porque dar valor al sector forestal español significa dinamizar la actividad económica en el entorno rural haciendo frente al gran problema de la despoblación.

«La biomasa en Europa se posiciona como una fuente de energía estratégica para reducir nuestra dependencia del gas ruso y de otras formas de energía fósil».

Von der Leyen (Presidenta de la comisión europea)

Pero no resultará fácil lograrlo a corto plazo. A día de hoy, en España haría falta gestionar adecuadamente casi 10Mt/año de madera seca para no depender del gas ruso, es decir, habría que triplicar el consumo actual.

El presente de la biomasa se ha visto inevitablemente ligado a distintos acontecimientos sociales, geopolíticos y sanitarios, de un impacto demoledor a nivel mundial. A comienzos del 2020 el mundo fue azotado por la pandemia de COVID-19, que durante el 2021 desembocó en una situación inédita de alza de precios de las materias primas y de crisis energética por el alza del coste de la energía, provocada por el encarecimiento de lo combustibles fósiles. Además, en febrero de 2022, sin haber digerido aún todo lo anterior, la invasión de Rusia a Ucrania propició una cruel guerra que, al margen del drama humanitario que supone, generó una escalada de precios del gas sin precedentes, introduciendo aún más incertidumbre en el suministro de materias primas y energía a nivel global.

Por si esto fuera poco, en el verano de 2022 se batió un récord histórico de incendios forestales en España, asolando más de 250.000 hectáreas de monte y arbolado, siendo el peor de los últimos 15 años [EFFIS].

No obstante, y en palabras de Javier Díaz (AVEBIOM), en este año 2022 el sector de la biomasa en España también podrá ser recordado por hacer frente a todas estas dificultades, y situarse en una posición ventajosa para superar definitivamente al gas y la electricidad de origen fósil. Y es que la escalada de los precios del gas ha cambiado significativamente el panorama del mercado actual de la bioenergía, obligando al sector a adaptarse para hacer frente a una gran demanda, tanto en el ámbito doméstico como en el industrial. Con el miedo de un posible corte en el suministro de gas ruso en pleno invierno, que derive en unos precios aún mayores, los consumidores quieren apostar por la biomasa y consumirla en sus calderas y estufas. Se estima un incremento en la demanda de estufas y chimeneas de leña o pelets entre el 20 y 30 %, que será mayor cuando lleguen los meses más fríos [AEFECC].

La estabilidad en el precio de la bioenergía ha sido en los últimos años una seña de identidad frente a los combustibles fósiles, aunque en la actualidad esto pueda generar cierta controversia, debido a que el precio de un saco de pelets de 15kg se ha duplicado en apenas un año, debido a la situación inflacionaria generalizada de las materias primas. Tampoco ayudan algunos efectos coyunturales relacionados con el sector, como por ejemplo el impacto real sobre el mercado tras la aplicación de un tipo de IVA reducido (5 %), en el último cuatrimestre de 2022, sobre algunos biocombustibles sólidos (pelets, briquetas y leña). Lejos de alcanzar el efecto esperado, se han detectado subidas no justificadas de los precios por algunos distribuidores de estos productos, haciendo que para muchos consumidores, acabe siendo una medida baldía [OCU].

Fuente: AVEBIOM. Elaboración propia

Desde su creación hace casi 30 años, en CARTIF hemos apostado fuerte por la biomasa como agente de innovación, desarrollando proyectos I+D destinados a fomentar su uso y mejorar su eficiencia. Además, desde hace unos diez años también somos consumidores de biomasa, ya que uno de nuestros tres edificios cubre actualmente su demanda térmica de agua caliente y calefacción mediante una caldera de pelets de madera.

Además, en CARTIF también participamos activamente en el esquema de calidad ENplus (sistema de certificación que regula y controla el sector de los pelets de madera en Europa), en el año 2015 nos convertimos en Organismo de Ensayo acreditado por ENAC (nº335/LE1276) para el análisis y ensayo de biocombustibles sólidos, siendo el primer laboratorio español en lograrlo.

Como en tantos otros sectores industriales, la incertidumbre se cierne sobre el futuro de la biomasa en España, pero con la certeza de estar ante una oportunidad única para superar las barreras con las que históricamente ha chocado. Si las empresas son capaces de seguir aguantando el tirón y aprovecharse de los fondos de recuperación, la biomasa deberá liderar, ahora sí, el cambio en el escenario energético nacional. En CARTIF entendemos que ese futuro debe pasar ineludiblemente por la innovación tecnológica, a través de procesos de transformación energética cada vez más eficientes, más baratos y medioambientalmente más sostenibles.