valorización de residuos agroindustriales en la industria del packaging

Valorización de residuos agro-industriales en la industria del packaging

Valuation of agro-industrial waste

in the packaging industry

II INTERNATIONAL SEMINAR

on Plastic Packaging

ainia

Centro tecnológico

Mercedes Villa-Carvajal

[email protected]

Biotechnology Researcher,

Head of Bioproduction Pilot Plant

http://www.nippon-gohsei.com/


Índice

2/25

Plásticos: relaciones entre envases y alimentación

Requisitos para la obtención de envases a partir de

residuos agro-industriales

•Aspectos técnicos

•Aspectos socio-económicos

•Aspectos legales

Tendencias de futuro: oportunidades

•Tendencias de futuro

•Ejemplos de productos comerciales disponibles

en el mercado

•Respaldo institucional. Impulso a la I+D



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¿Cuáles son las claves para obtener envases:

1. Más sostenibles

2. Con prestaciones innovadoras

3. Con costes asumibles para ser una realidad industrial



5/25

40%

20%

40%

Comida

Bebida

no alimentario

Figura 2. Distribución del uso de envases en el sector alimentarioFUENTE : http://www.equiplast.com/portal/ShowProperty?nodeId=/BEA%20Repository/304090//document

Sector packaging (Envases) y sector alimentario


6/25

Téxtil y calzado5% Adhesivos y Pinturas

5%

Sector Electrico6%

Agricultura6%

Automóvil9%

Mobiliario11% Construcción

14%

Envases44%

Industria del plástico: Sector packaging (Envases)

Figura 1. Distribución del uso de material plástico en distintos sectores (España)

Fuente: Ciencia y Tecnología de Materiales poliméricos. Volumen III (2004)


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TENDENCIAS: SINERGIAS. CONCEPTO DE BIOREFINERÍA



Requisitos para la obtención de envases a partir de residuos agro-industriales -Aspectos técnicos-Aspectos socio-económicos-Aspectos legislativos

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Ejemplos de subproductos Industriales, productos Intermedios y efluentes:

• Aguas de limpieza en industrias de procesado de vegetales, vinos, mostos, etc.

• Zumos, melazas, jarabes

• Residuos de cultivos vegetales

• Subproductos de reacciones orgánicas

• Sueros lácteos

Alternativas para la gestión y valorización de efluentes:

• Depuración química, física y biológica para la reducción de la carga contaminante

• Filtración por membranas para el tratamiento y la recuperación de compuestos de interés

• Obtención de compuestos de Obtención de compuestos de interés a través de procesos interés a través de procesos microbianosmicrobianos

Residuos I.A = UPSTREAMEfluentes en industrias agroalimentarias

Requisitos para la obtención de envases a partir de residuos agro-

industriales : Aspectos técnicos


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Microorganismos para producción de biopolímeros

MICROORGANISMOS: FUENTES RENOVABLESMICROORGANISMOS: FUENTES RENOVABLES

Para la obtención de biopolímeros se pueden utilizar microorganismos tan diversos como bacterias acido lácticas y microalgas ricas en polisacáridos.

Lactobacillus delbruecki

Lactobacillus rhamnosus

Alcalígenes eutrophus

Azotobacter vinelandii

Chlorella pyrenoidosa

Ácido láctico

PLAs

PHBs

Polisacáridos




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.


By-product Bacterial strains Ref

Soymilk and palm oil industry wastewater

Alcaligenes latus 11

Olive oil mill wastewater Activated sludge and Pseudomonas spp 7,14

Sugar cane carbohydrates Pseudomonas putida IPT 046 9

Paper mill effluent Activated sludge 15

Biological municipal wastewater Activated sludge 16

By-product of the large scale production of diesel oil from rape

Paracoccus denitificans and Cuprianecator JMP 134

17

Palm oil effluent Activated sludge 18

Table 1. Production of PHA by using cheap carbon sources containing food industry by-products.

References[7] Ntaikou, I.; Kourmentza, C.; Koutroli, E.C.; Stamatelatou, K.; Zampraka, A.; Kornaros, M.; Lyberatos G.; Bioresource Technology 100, 3724 (2008).

[9] Diniz, S.; Taciro, M.; Gomez, J.G.; da Cruz, J.G.; Applied Biochemistry and Biotechnology 119, 2273 (2004).

[11] Thammawong, C.; Thongkhong, K.; Iamtassana, K.; Sharp, A.; Opaprakasit, P.; Advanced Materials Research 55-57, 893 (2008).

[14] Dionissi, D.; Carucci, G.; Petrangeli Papini, M.; Riccardi, C.; Majone, M.; Carrasco, F.; Water Research 39, 2076 (2005).[15] Bengtsson, S.; Werker, A.; Christensson, M.; Welander, T.; Bioresource Technology 99 509 (2008).[16] Zheng, X.; Tong, J.; Li, H.; Chen, Y.; Bioresource Technology 100, 2515 (2009).[17] Mothes, G.; Schnorpfeil, C.; Ackermann, J.-U.; Engineering in Life Sciences 7, 475 (2007).[18] Salmiati; Ujang, Z.; Salim, M.R.; Md Din, M.F.; Ahmad, M.A.; Water Science and Technology 56, 179 (2007).



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ADEMÁS DE MINIMIZAR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL:VIABILIDAD INDUSTRIAL

Etapa de FERMENTACIÓN: medios sintéticos melazas(Estimación)

VARIABLEPRECIO UNITARIO

COSTE unidad(euros/L)

Medio de cultivo 100 euro/kg 5,20 euros/L

agua 0,10 euro/kg 0,10 euros/L

TOTAL 5,30 euros/L

VARIABLEPRECIO UNITARIO

COSTE unidad(euros/L)

Medio de cultivo 0,15 euro/kg 0,01 euros/L

agua 0,10 euro/kg 0,10 euros/L

TOTAL0,11

euros/L

+



industriales : Aspectos socio-económicos

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Este reglamento es el último de materiales en contacto con alimentos, y sin llegar a regular en profundidad los bio-polímeros, da unas pautas de bio-substancias que pueden ser incorporadas a envases, etc. (a nivel europeo)

1) REGLAMENTO (UE) No 10/2011 DE LA COMISIÓN de 14 de enero de 2011 sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2011:012:0001:0089:ES:PDF

2) Real Decreto 847/2011, de 17 de junio, por el que se establece la lista positiva de sustancias permitidas para la fabricación de materiales poliméricos destinados a entrar en contacto con los alimentos (a nivel nacional)

http://www.boe.es/boe/dias/2011/07/11/pdfs/BOE-A-2011-11828.pdf

3) Real Decreto 846/2011, de 17 de junio, por el que se establecen las condiciones que deben cumplir las materias primas a base de materiales poliméricos reciclados para su utilización en materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos (a nivel nacional)




industriales : Aspectos legales

































Tendencias de futuro y oportunidades -Tendencias de futuro-Ejemplos de productos comerciales disponibles en el mercado-Respaldo institucional. Impulso a la I+D

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Tendencias de futuro y oportunidades


Los bioplásticos tienen un crecimiento anual entre un 8-10%, pero que se espera llegue a un 20-25% en 2020. Europa es el mayor mercado para los envases formados con material bioplástico, acaparando más del 50% de la producción mundial.

Figura 3. Tendencias de futuro en el mercado de los bioplásticos

FUENTE: http://www.environmentalleader.com/2011/02/03/global-bioplastics-market-to-surpass-11-billion-by-2015/?graph=full&id=1

Ejemplos de productos comerciales disponibles en el mercado

Propiedades Aplicaciones Procesado Eliminación Proveedores

Propiedades mecánicas similares a plásticos convencionales.

Novamont.

Resistente a grasas y alcoholes.

Bistec GmbH.

Nacional Starch & Chemical

Posibilidad de transparente, traslúcido y opaco.Frágil en congelación.

Buen aislante.Resistente. Universal Textile

Technologies.

No-tóxico. Biopolymer.Menaje. Soplado. Compostaje. Metabolix

(Biopol).Cuchilla de afeitar (PHA)

Inyección. Degradación en agua.

P & G.

Botella de champú (PHBV)

Extrusión.

Claridad. Films y materiales de envase.

Inyección. Soplado. Cargill Dow LLC.

Buena estética (brillo).

Fibras. Extrusión. Neste Corp.

Frágil, requiere aditivosBuena resistencia al agua, aceite y disolventes.

Resinas para recubrimientos, adhesivos.

Solvay.

Bajo punto de fusión.

Bolsas. Union Carbide.Baja viscosidad. Fibras.

Inyección soplado. Degradación por hidrólisis.

Extrusión. Reciclaje, compostaje o incineración.

DuPont.

PCL Compostaje.

Copolímeros alifáticos-aromáticos

Combina las propiedades del PET con la biodegradabilidad de los poliésteres

Bolsas, menaje y recipientes.

PHAs Posibilidad de combinar hasta 100 monómeros diferentes.

PLA Reciclaje, compostaje o incineración.

Mazzuccheli 1849.

Proteínas Botones, cajas, asas.

Inyección. Reciclado

Celulosa Asas de cubiertos, bolígrafos, recubrimientos, etc.

Inyección. Biodegradable.

Almidón Menaje, envasado de alimentos, cuidado personal, bolsas de basura, etc.

Inyección y extrusión-soplado, termoformado.

Compostable.


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Respaldo institucional. Impulso a la I+D

Call: FP7-NMP-2011-SMALL-5 NMP.2011.2.3-1: Advanced packaging materials from renewable biogenic resources (SICA)

The objective is the development of advanced packaging materials from renewable biogenic resources. These resources should compete with neither food production nor virgin forest protection. The materials should preferably be made from waste materials e.g. from food production or other by-products. Concepts should be proven and validated, and a sample of a sustainable packaging solution produced from renewable biogenic sources should be delivered at the end of the project.

Funding Scheme: Small or medium-scale focused research projects - Specific International Cooperation Actions (SICA) to promote the participation of emerging economies and developing countries: Latin America.


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Additional information: When the advanced materials can also be used for applications other than packaging (e.g. construction, automotive and electronics), such applications may also be addressed in the project (up to 10% of the total resources). In order to ensure the industrial relevance and impact of the research effort, the active participation of industrial partners represents an added value to the activities and this will be reflected in the evaluation, under the criteria Implementation and Impact.

Expected impact: -Reduction of environmental pollution due to packaging, and/or-Enlarging the basis of raw materials for packaging, and/or -Decrease of the need for valuable raw materials with consequent better use of resources, and/or -Reduction of the dependence on petroleum as a base material, and/or -Improved research cooperation between EU and Latin America.

Budget: until 5 million of euros (4 million € funding)

Duration: until 48 months


Respaldo institucional. Impulso a la I+D

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Title:

A new concept for sustainable packaging material: PHB from juice processing wastewater for developing a BOTTLE intended to juice packaging

Main aim: The aim of PHBOTTLE project is to develop a new BOTTLE (body, cap and sleeve) from biodegradable material, specifically PHB (polyhydroxybutyrate, the most common PHA). PHB will be obtained, by fermentation of wastewater from juices processing industries (renewable biogenic resource); optimizing eco and energy efficiency in the material production and processing (injection and extrusion). This new bottle will be used for juice packaging with a competitive price, although other applications will be also studied (personnel care, cosmetics, among others).

PHBOTTLE Approved July 2011


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Other objectives:

Technical

• To use specific microorganisms in the fermentative bioprocess to produce PHB.

• Adaptation of culture medium by using industrial food by-products in the fermentative bioprocess (industrial food wastewater, vegetable and fruits wastes).

• To use specific additives (i.e. cellulose fibbers, natural antioxidants) to improve mechanical properties of the PHB to achieve tailored properties similar to conventional polymers (polypropylene, polyethylene); and to obtain an active material capable of enlarging the shelf-life of the food product.

• To maintain or improve the packaged food product shelf-life.

Environmental

• To reduce environmental impact through the use of non-petroleum based materials, including deleterious effects on wildlife and on the aesthetic qualities of cities and forest.

• To decrease solid waste disposal costs and management problems involved.

Economic

• To reduce plastic waste management costs • To decrease bioplastic cost by using industrial food by-products

as a carbon sources for producing PHB.

PHBOTTLEValorización de residuos agro-industriales en la industria del packaging

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PHBOTTLE

JUICE PROCESSING

INDUSTRY

WASTEWATER

+ Microorganisms

PHB BIOPRODUCTION and RECOVERY

A new developed package:BOTTLE

PHBImproved

PROPERTIES

Fermentation

+ Cellulose fibres

+ Encapsulated ingredients

Injection-moldingPROCESS

PACKAGED JUICE

WP6

WP5

WP4

WP3

WP2

WP1

WP7Life Cycle Assessment

JUICE PROCESSING

INDUSTRY

WASTEWATER

+ Microorganisms

PHB BIOPRODUCTION and RECOVERY

A new developed package:BOTTLE

PHBImproved

PROPERTIES

Fermentation

+ Cellulose fibres

+ Encapsulated ingredients

Injection-moldingPROCESS

PACKAGED JUICE

WP6

WP5

WP4

WP3

WP2

WP1

WP7Life Cycle Assessment


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PROJECT WORKPLAN:

PHBOTTLE

WP8: Dissemination – exploitation/ Business Plan

WP9: Manageme

nt

WP7: Ecoficiency Study

WP2: Polymer production (PHBs) and recovering

WP4: Physical modification of PHB

polymers. Development of active packaging

WP5: Package manufacturing

WP1: Preliminary requirements for the biodegradable PHB package

WP3: Recovering and treatment of Cellulose fibres

and microencapsulation of

suitable natural antioxidants

WP6: Package validation


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CONSORTIUM:

PHBOTTLE

COORDINADOR: ainia Centro TecnológicoColaboración de AIMPLAS 23/25


http://mimarlink.com/wp-content/uploads/2007/10/mapa-mundi.jpg

CONCLUSIONES

SI se pueden obtener envases más sostenibles, con prestaciones innovadoras y con costes asumibles para ser una realidad industrial aprovechando los subproductos de la industria agroalimentaria

El aprovechamiento de los residuos agroindustriales tiene que apoyarse en tres puntos principales: una materia prima con nutrientes adecuados, microorganismos biotransformadores y un proceso que sea viable a nivel industrial

Esta estrategia facilita la conciliación de los requisitos técnicos, económicos, legislativos y medioambientales de la industria del packaging

Los nuevos productos que se desarrollen se ajustan a las tendencias de mercado y a las directrices que apuntan las autoridades públicas como la UE en su 7 Programa Marco.

Como respuesta a este contexto surgen proyectos de I+D como es la iniciativa PHBottle que se va a desarrollar en los próximos años.

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Datos de contacto

ainia, centro tecnológico

Parque tecnológico de Valencia

c/Benjamín Franklin 5-11

46980 Valencia

Gracias por su atención

http://www.ainia.esTel. +34 961 366 090

Mercedes Villa Carvajal

Responsable Unidad de Bioproducción

departamento de Ingeniería y Procesos

[email protected]/25

http://www.ainia.es/

mailto:[email protected]

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Documents

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