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Impulsar el uso de la nanocelulosa para el desarrollo de nuevos materiales sostenibles en aplicaciones de cosmética, biofertilizantes y bioplásticos

BOOCELL

El proyecto BOOCELL, que ITENE lleva a cabo con otros cinco socios con el respaldo del Ministerio de Ciencia e Innovación, tiene como objetivo principal el desarrollo de materiales innovadores y sostenibles para reemplazar a los materiales plásticos en aplicaciones de embalaje, cosmética y fertilizantes.
Origen de fondos:
Nacionales
Ámbitos de aplicación: Envase y Embalaje
Líneas de investigación: Desarrollo de Nuevos Materiales Avanzados



P
eríodo de ejecución

Octubre de 2021 - septiembre de 2024

Contexto

En 2018, la Unión Europea dio a conocer su Estrategia de plásticos para una economía circular en la que se establece que en 2030 el 100% de los plásticos deben ser compostables, reutilizables o reciclables. Ese mismo año, en septiembre, el Parlamento Europeo pidió a la Comisión Europea que introdujera en esa estrategia la prohibición de los microplásticos en cosméticos, productos de cuidado personal, detergentes y productos de limpieza para 2020.

Si pensamos en materiales sostenibles y renovables que sustituyan a los de origen fósil, la primera opción es la celulosa, ya que es uno de los materiales orgánicos más abundantes en la naturaleza y que puede extraerse de las paredes celulares mediante procesos químicos y mecánicos para utilizarse en varias aplicaciones industriales. Por otro lado, la celulosa producida por bacterias está recibiendo un importante interés en los últimos años, debido a sus propiedades (alta pureza y cristalinidad, biodegradable y biocompatible). Asimismo, el uso de cepas de nuevas cepas productoras de celulosa permite la asimilación de fuentes de carbono alternativas a partir de diferentes flujos de residuos, así como la asimilación de CO2.

El uso de la celulosa y sus derivados está cada vez más extendido en todos los sectores debido a sus excelentes propiedades. En este sentido, la nanocelulosa se considerada el derivado de la celulosa más innovador y prometedor debido principalmente a sus características, el hecho de que pueda producirse a partir de residuos y su alto contenido en grupos funcionales libres que facilita su funcionalización logrando adquirir propiedades que de un modo nativo no posee la celulosa (hidrofobicidad y oleofobicidad, compatibilidad con polímeros, etc.). Todo esto hace de este biopolímero un excelente candidato para desarrollar aplicaciones de base biológica con las mismas o mejores propiedades que sus homólogos de origen fósil permitiendo su aplicación en áreas como el envasado, la biomedicina, los adhesivos, la electrónica y la automoción.

Asimismo, el diseño y la producción de microcápsulas a partir de polímeros de origen bio- como la celulosa, el quitosano, el almidón y la dextrina- reciben mucha atención, tanto científica como tecnológica, debido a sus posibles aplicaciones en la encapsulación para la liberación controlada de fármacos, enzimas, fragancias y la protección de compuestos activos. Asimismo, poseen grandes ventajas como la seguridad, no toxicidad, biodegradación y biocompatibilidad que proporcionan.

Es por ello por lo que existe una gran demanda en el sector agrícola de nuevos productos avanzados capaces de responder a las necesidades de fertilización y de mantener los rendimientos productivos, al tiempo que se reduce el impacto medioambiental generado por los agroquímicos tradicionales. En este sentido, se está desarrollando una amplia gama de productos biológicos, como los PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobateria) y otros extractos basados en actividades enzimáticas de éstos, que permiten y aumentan la biodisponibilidad de nutrientes por parte de las plantas, lo que es compatible con los nuevos modelos de agricultura ecológica.

Resumen y objetivos

El principal objetivo de BOOCELL es el desarrollo de materiales innovadores y sostenibles para reemplazar a los materiales plásticos en aplicaciones de embalaje, cosmética y fertilizantes. Para ello, este proyecto va a combinar la biotecnología y la ciencia de los materiales para la creación de materiales procedentes de fuentes renovables como son la celulosa y los biopolímeros (polihidroxialcanoatos y almidones).  

Para ello, se plantean cuatro vías principales de trabajo:

  • Producción de nanocelulosa a partir de residuos agrícolas: Se transformarán residuos agrícolas (podas, tallos, hojas, pajas, etc.) en celulosa y lignocelulosa para aplicarla en nuevos productos finales con un procedimiento que permitirá un 50% de ahorro químico y energético. Mediante este proceso innovador, se logrará reducir el impacto ambiental y maximizar la consistencia del producto. Posteriormente, se escalará este proceso para asegurar su futura industrialización.
  • Producción de nanocelulosa bacteriana de alta pureza y que consume CO2 durante su fabricación.  También se realizará un proceso de escalado, para conseguir así un proceso compatible con la industria y poder llegar al mercado en los próximos años.
  • Desarrollo de micro/nano encapsulación: Los diferentes tipos de celulosa obtenidos y la funcionalización a medida serán la base de nuevas micro y nanocápsulas, las cuales se utilizarán para diferentes propósitos:

- Para encapsular fragancias y aceites esenciales activos, donde se llevarán a cabo cápsulas estándar - para su uso en cosmética con efecto antimicrobiano/antioxidante y compatible con los aromas de la formulación cosmética- y cápsulas core-shell, en las que el diseño de cada sistema se desarrollará en función de la aplicación final.

- Para encapsular microorganismos de forma estable, de modo que se mejore la viabilidad microbiana en los procesos de formulación y la actividad del extracto enzimático e inhibición de la desnaturalización.

  • Uso de los materiales micro/nano encapsulados en las aplicaciones concretas:

- Cosméticos, productos de cuidado personal, detergentes y productos de limpieza: Se desarrollará la formulación con cápsulas a base de celulosa, sustituyendo las cápsulas de plástico, y añadiendo a las fragancias compuestos activos para alargar la vida útil y reducir los conservantes y otros aditivos de las formulaciones cosméticas.

- Encapsulación avanzada de microorganismos y extractos enzimáticos
para ser utilizados como biofertilizantes y bioestimulantes, sustituyendo a las tradicionales cápsulas de plástico y productos químicos utilizados en la actualidad en el cultivo.

- Desarrollo de nanocompuestos a partir de celulosa para su uso en películas flexibles compostables de uso doméstico para aplicaciones de envasado, promoviendo así el uso de materiales sostenibles e introduciendo nuevas opciones para los plásticos de un solo uso.

Consorcio

El consorcio BOOCELL reúne a 6 socios de diferentes puntos de España.

1. Universidad de Córdoba (Coordinador)

2. ITENE

3. BIONC, S.L.

4. Estación Experimental del Zaidín

5. Esencias Moles, S.A.

6. Grupo Fertiberia


Papel de ITENE en BOOCELL

El proyecto BOOCELL está organizado en 8 paquetes de trabajo (WP) e ITENE participa en todos ellos. Además, el centro tecnológico coordinará las tareas del WP5 sobre encapsulación de compuestos activos, fragancias y microorganismos, y liderará el WP8, en el que se abordará el desarrollo de materiales flexibles y sostenibles y se realizarán pruebas en entornos reales con biocomposites HOME COMPOST.



Financiación



El proyecto BOOCELL (PLEC2021-008210) ha sido financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea “NextGenerationEU”/PRTR”.

Financiación:

Ministerio de Ciencia e Innovación