La dependencia global de los plásticos derivados del petróleo ha generado una crisis ambiental que exige soluciones basadas en la economía circular. Una de las alternativas más prometedoras es la producción de polihidroxialcanoatos (PHA), bioplásticos de origen natural sintetizados por bacterias que actúan como reserva de energía . El proyecto de doctorado industrial entre la empresa Benviro , Eurecat y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) se centra en optimizar la transformación de residuos orgánicos en este material de alto valor añadido.
La producción de bioplástico a partir de residuos no es un paso directo, sino una cadena de procesos bioquímicos en los que los microorganismos son los protagonistas. A pesar del potencial del proceso, existe una limitación técnica crítica: la hidrólisis . Muchos residuos agroindustriales contienen macromoléculas complejas que las bacterias no pueden digerir directamente. Esta etapa de “rotura” de la materia orgánica en unidades más sencillas (monómeros) determina la velocidad y la eficiencia de todo el sistema. Si la hidrólisis es lenta o incompleta, la producción de bioplástico cae drásticamente.
Esta colaboración supone un paso adelante en la gestión de residuos en Cataluña. Al transformar subproductos agroindustriales infrautilizados en recursos valiosos, el proyecto no sólo reduce las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a los vertederos, sino que impulsa una industria química más sostenible y desvinculada de los combustibles fósiles.
"Apostar por un doctorado industrial en este contexto me permite aunar la investigación aplicada con la realidad industrial, generando un impacto ambiental tangible."
Para poder conocer los detalles de la investigación y cómo ha sido la experiencia, hablamos con la biotecnóloga Montserrat Jiménez Urpi , quien lidera este proyecto de doctorado industrial centrado en optimizar la producción de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de residuos agroindustriales. Con el proyecto, la doctoranda industrial ha validado el escalado de procesos de hidrólisis y fermentación hasta una planta piloto de 400 litros. Esta iniciativa no sólo impulsa la circularidad industrial, sino que garantiza la producción de bioplásticos con propiedades mecánicas aptas para sectores de altas prestaciones como la cosmética o el embalaje de lujo.
Pasión por la producción industrial y el impacto ambiental
– Montserrat, eres biotecnóloga y especialista en fermentación. Muchos perfiles similares optan por la industria farmacéutica o la alimentaria tradicional. ¿Qué te motivó a apostar por un Doctorado Industrial centrado en la revalorización de residuos?
– Desde que terminé el grado, tuve claro que la rama que más me apasionaba era la producción industrial, especialmente los procesos en los que el control de condiciones de fermentación y la optimización de parámetros operativos son claves para la eficiencia. El proyecto de Benviro me permite transformar residuos en productos de alto valor añadido, aunando la investigación aplicada con la realidad del mercado. Apostar por un doctorado industrial en este contexto me permite unir la investigación aplicada a la realidad industrial, generando un impacto ambiental tangible.
– Trabajar con residuos agroindustriales implica gestionar materias primas “imperfectas”. ¿Qué te atrae de ese reto? – Precisamente dar valor a lo que, de entrada, parece no tener. No nos limitamos a estrategias convencionales como el biogás; vamos un paso más allá para obtener ácidos grasos volátiles (AGVs), que son la base para producir bioplásticos. Convertimos un problema de gestión ambiental en una oportunidad de negocio.
La ciencia de "cocinar" el residuo para las bacterias
– Tu proyecto se centra en la hidrólisis y fermentación acidogénica. ¿Cómo explicarías este proceso a un perfil no científico?
– Podríamos decir que estamos “cocinando” la comida para las bacterias. Los residuos reales son demasiado complejos para que los microorganismos los aprovechen rápidamente. Con la hidrólisis, obtenemos moléculas más pequeñas y fácilmente asimilables. Después, mediante la fermentación acidogénica, las bacterias transforman este alimento en AGVs, que finalmente servirán de sustrato para otras bacterias que producen el bioplástico PHA.
– ¿Cuál es la innovación principal que propones para maximizar esta producción?
– El primer paso es entender bien qué tipo de residuo tenemos porque no todos son iguales. Son residuos reales, que tienen variabilidad, por lo que es necesario caracterizarlos e identificar sus componentes principales para diseñar una estrategia de hidrólisis (la parte de “cocinar” el residuo) adecuada al tipo de residuo y centrándonos en la fracción que será más difícil de aprovechar por las bacterias.
Una vez que el residuo está hidrolizado, el siguiente reto es ajustar las condiciones de la fermentación de manera específica para cada tipo de residuo, en lugar de aplicar el mismo proceso estándar para todos. Tenemos unos parámetros de referencia pero lo ajustamos según las características concretas.
La innovación principal del proyecto es precisamente este enfoque: adaptar tanto la hidrólisis como la fermentación específica a los residuos reales, según sus características, en vez de aplicar un proceso estándar. Pero siempre con una visión industrial, priorizando estrategias realmente escalables y aplicables a grandes volúmenes de producción.
"A cinco años vista, creemos firmemente que el uso de materiales biodegradables y libres de microplásticos, no será un elemento diferencial, sino un requisito indispensable para la mayoría de sectores industriales."
La ventaja competitiva para Benviro
– Benviro tiene ya una tecnología patentada. ¿Por qué es estratégico invertir recursos en una tesis sobre una fase inicial como la hidrólisis?
– Como en la mayoría de empresas industriales, buscamos maximizar la producción minimizando los costes. El Doctorado Industrial ha permitido a la empresa incrementar el ratio de kilogramos de AGV producidos por cada euro de inversión. Cuanto más residuo aprovechemos al inicio, más bioplástico generamos al final, lo que optimiza todo el modelo de negocio.
Por eso la hidrólisis es una parte clave del proceso global, no sólo para mejorar la fermentación sino también para mejorar la productividad del bioplástico final. En resumen, el doctorado industrial nos ha permitido diseñar, optimizar y validar un modelo de negocio más sostenible.
– ¿Cómo se traduce esa optimización en el producto final que llega al mercado?
– Cuando hablamos de aplicaciones reales, la optimización de los procesos iniciales, como la hidrólisis y la fermentación, se traduce directamente en control, rendimiento y calidad del producto final, factores críticos para su adopción industrial.
El control de las fases iniciales nos da trazabilidad sobre la estructura del polímero de PHA. Esto permite controlar las propiedades mecánicas del bioplástico y reducir desviaciones entre lotes, haciéndolo apto para sectores exigentes como el embalaje premium o la cosmética, donde el material debe ser fiable y comparable al plástico fósil.
– El escalado es uno de los grandes desafíos. ¿Cómo ha sido el paso de los reactores de laboratorio en la planta piloto?
– Es un proceso complejo porque lo que funciona en pequeño no siempre es viable económica o técnicamente a gran escala. Sin embargo, hemos logrado escalar con éxito hasta un reactor de 400 litros. Hemos tenido que gestionar volúmenes superiores y adaptar tiempos operativos; procesos que en el laboratorio duran 30 minutos, en la planta pueden requerir 3 horas.
– ¿Nos puedes describir algún momento crítico gestionando la variabilidad del residuo?
– En un caso, el residuo variaba cada dos días según el ciclo de producción de origen, detectando desviaciones en el análisis. Lo resolvimos incorporando un tanque auxiliar de homogeneización para mezclar residuos de distintos días, creando un proceso robusto e industrialmente viable a pesar de la variabilidad inherente a la materia prima. En este sentido, una parte clave del proyecto ha sido aprender a trabajar con residuos reales, asumiendo y gestionando la variabilidad inherente a su origen, traduciéndola en un proceso robusto e industrialmente viable.
El puente bidireccional entre la universidad y el mercado
– ¿Qué aporta este doctorado al grupo de investigación GENOCOV y Eurecat?
– Ha sido la palanca para cerrar el círculo entre el conocimiento del laboratorio y la realidad de la planta. El acceso a datos de operación y costes reales nos permite priorizar lo escalable y tiene retorno industrial. Sin la alianza con Venvirotech, difícilmente habríamos validado protocolos con restricciones de CAPEX y OPEX reales. Nos ha aportado velocidad de transferencia y madurez tecnológica (TRL).
– ¿Cómo se gestiona la transferencia de conocimiento para hacer viable una planta de producción?
– La transferencia ha sido un flujo continuo: los resultados científicos se transformaban de inmediato en criterios operativos y de diseño para la planta piloto. Hemos definido las bases del proceso (P&ID, selección de materiales) para que el conocimiento no se quede sólo en publicaciones, sino en capacidad operativa real.
– ¿Cree dentro del equipo del proyecto que la producción de PHA a partir de residuos será el estándar industrial?
– No tenemos ninguna duda. La legislación europea ya empuja hacia la reducción del plástico fósil y previsiblemente veremos impuestos al plástico virgen. En cinco años, el uso de materiales biodegradables no será un elemento diferencial, sino un requisito indispensable para sectores como la agricultura o el packaging alimenticio. Trabajamos para que esta transición sea técnicamente viable y escalable.
– ¿Qué consejo le darías a alguien que dude entre la carrera académica y la investigación industrial?
– La investigación industrial ofrece un entorno mucho más cercano a la realidad, donde cada decisión tiene un impacto técnico, operativo y económico. En mi caso, toda la investigación siempre ha tenido el foco en la posible implementación del proceso estudiado en una planta industrial.
Esto implica que no sólo se busca la mejor estrategia desde un punto de vista científico que busca maximizar el rendimiento de hidrólisis o fermentación, sino también aquélla que realmente se pueda aplicar, escalar y mantener en una planta de producción. Para mí, la investigación industrial es ideal para quien desea transformar el conocimiento científico en soluciones reales y tangibles.
