BIOGREEN: Soluciones tecnológicas innovadoras para el desarrollo de un modelo de biorrefinería basado en biomasa verde

Soluciones tecnológicas innovadoras para el desarrollo de un modelo de biorrefinería a partir de biomasa verde

GalChimia participa en el proyecto BIOGREEN, un proyecto de I+D+i para desarrollar un concepto de biorrefinería verde a partir de biomasa, empleando cultivos de alto rendimiento no competitivos con alimentación y de alto rendimiento, para obtener productos de alto valor añadido como bioplásticos y membranas de acetato de celulosa, así como productos fertilizantes. El proyecto ayudará a impulsar el concepto de bioeconomía y a integrar el modelo de economía circular en áreas tradicionalmente agrícolas, mejorando su competitividad.

El proyecto BIOGREEN se ha realizado en colaboración con las empresas Norvento, Agroamb Prodalt, Biot y Idener, así como con los centros tecnológicos AINIA y CETIM. Está subvencionado por el Centro para él Desarrollo Tecnológico Industrial ( CDTI), el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) y apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad. Fue uno de los proyectos seleccionados por el CDTI en la última edición del programa INNTERCONECTA.

Resumen del proyecto

Período de ejecución: Octubre de 2016 – Marzo de 2019

Presupuesto total del proyecto: 992,200.69 EUR

Estado actual: Finalizado

Objetivos del proyecto: El objetivo general del proyecto BIOGREEN fue el desarrollo de una biorrefinería verde para el tratamiento de residuos agrícolas excedentarios, la obtención de energía y bioproductos en entornos agroindustriales. Este objetivo perseguía varias metas: contribuir al avance hacia una economía circular y descarbonizada, el desarrollo de tecnologías endógenas y la integración de la gestión de residuos con la obtención de energía y productos de alto valor añadido en entornos agroindustriales.

Para ello, se llevó a cabo el desarrollo de un proceso incluyendo especificaciones de materia prima, subprocesos, integración de los mismos y optimización del conjunto; la optimización de un subproceso de acondicionamiento de la materia prima mediante el desarrollo de un sistema piloto de prensado; y finalmente el montaje piloto del modelo de biorrefinería (digestor hidrolítico + digestor anaerobio), con posterior validación a escala industrial.

El proyecto se articuló a través de 6 módulos, siendo GalChimia el líder del módulo 3 (Obtención de compuestos de valor añadido en la fracción de fibras). A continuación, se detallan los objetivos relativos a cada actividad.

• Actividad 1 – Fraccionamiento de la materia prima: Estudio del proceso de fraccionamiento y procesado de la materia prima, la biomasa verde, hacia las dos plataformas principales: jugo y torta.
• Actividad 2 – Proceso de digestión anaerobia en dos fases: Estudio del proceso de digestión anaerobia en dos fases de la fracción de jugo procedente del fraccionamiento de biomasa. Optimización los rendimientos del proceso, maximizando la producción de ácidos grasos volátiles (AGV) y de biogás.
• Actividad 3 – Obtención de compuestos de valor añadido en la fracción de fibras: Desarrollo y optimización del proceso de producción de acetato de celulosa a partir de la torta de biomasa verde. Evaluación de diferentes líneas de aprovechamiento de la biomasa, basadas en procesos químicos y/o enzimáticos. Síntesis de membranas para procesos de separación a partir del acetato de celulosa obtenido.
• Actividad 4 – Desarrollo del proceso de producción de polihidroxialcanoatos (PHA) en cultivo mixto. Estudio de los rendimientos de producción de PHA en cultivo mixto alimentando con los AGVs procedentes del reactor hidrolítico. Construcción y automatización de un sistema piloto para la producción de PHA. Desarrollo de un proceso de recuperación del polímero a escala laboratorio.
• Actividad 5 – Estudio del uso del material digerido como fertilizante.
• Actividad 6 – Integración, modelización y optimización del proceso. Análisis ambiental y económico. Definición y análisis de viabilidad y plan de negocio.

Resultados obtenidos: El proyecto BIOGREEN ha logrado satisfacer los objetivos establecidos de inicio, al haberse obtenido los siguientes resultados:

• Se ha establecido la especie vegetal de mayor interés para el modelo de biorrefinería de entre las seleccionadas inicialmente, teniendo en cuenta criterios técnicos y económicos, así como evitando interferencias con alimentación humana y animal. La especie con mayor potencial para el modelo ha resultado ser el ray-grass (género Lolium), que se ha utilizado como base para el resto del proyecto.
• A partir de las pruebas tanto de laboratorio como a escala industrial, se ha conseguido establecer un protocolo y régimen de prensado para la biomasa verde, que ha permitido optimizar los rendimientos tanto en la producción de torta como de jugo. Se ha seleccionado y operado una máquina de prensado apropiada para su uso a escala industrial, cuyos parámetros operacionales se han ajustado para optimizar los rendimientos y los costes de operación.
• Se ha diseñado, construido y operado un reactor hidrolítico que ha permitido realizar la primera fase del tratamiento del jugo obtenido en el prensado de ray-grass, así como la extracción de AGVs para la fase de biosíntesis de PHAs.
• Se ha montado y operado una planta piloto para evaluar la viabilidad técnica y económica del proyecto BIOGREEN, consistente en dos reactores (el anterior, hidrolítico, conectado a un segundo existente, metanogénico) conectados en serie. Así, ha podido procesarse el ray-grass mediante prensado para la recuperación de torta rica en celulosa, tratamiento de la fracción jugo a través de los reactores para la obtención de AGV y biogás, y recuperación final del digerido para su valoración desde el punto de vista agronómico.
• Se han desarrollado pruebas de fertilización tanto en laboratorio como en campo que han permitido determinar la aptitud del digestato como fertilizante, evaluando en paralelo los costes y rendimientos derivados de su aplicación.
• Se ha logrado sintetizar acetato de celulosa a partir de la fracción de torta extraída del ray-grass, y elaborar membranas a partir de este material, evaluando las mejores técnicas y tecnologías disponibles.
• Se han diseñado, construido y operado dos reactores para la síntesis de PHAs a partir de los AGVs extraídos en la biorrefinería. Se han sintetizado AGVs y estudiado los rendimientos y costes asociados a su producción.
• Se han realizado pruebas de codigestión con residuos presentes en la zona de proyecto y habituales en entornos agrícolas y agroindustriales, a fin de mejorar los rendimientos de la biorrefinería en su conjunto y de la producción de biogás en particular. En base a estas experiencias se ha obtenido información sobre posibles mezclas de sustratos que permitan optimizar la producción de biogás.
• Finalmente, a partir de los resultados técnicos de cada una de las secciones del proyecto, se ha realizado un modelo de integración, evaluando costes y rendimientos conjuntos, tanto en lo referido a la inversión como a la operación y mantenimiento. Sobre esta base se ha elaborado un modelo de negocio para el desarrollo del modelo de biorrefinería BIOGREEN en los próximos años, señalando los puntos de mejora.

Planta piloto en 2 fases del proyecto BIOGREEN.

GalChimia agradece a todos los integrantes y colaboradores del Proyecto BIOGREEN su implicación y trabajo, que han sido claves para la obtención de los resultados.