La dependència global dels plàstics derivats del petroli ha generat una crisi ambiental que exigeix solucions basades en l’economia circular. Una de les alternatives més prometedores és la producció de polihidroxialcanoats (PHA), bioplàstics d’origen natural sintetitzats per bacteris que actuen com a reserva d’energia. El projecte de doctorat industrial entre l’empresa Benviro, Eurecat i la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) se centra a optimitzar la transformació de residus orgànics en aquest material d’alt valor afegit.
La producció de bioplàstic a partir de residus no és un pas directe, sinó una cadena de processos bioquímics on els microorganismes són els protagonistes. Tot i el potencial del procés, existeix una limitació tècnica crítica: la hidròlisi. Molts residus agroindustrials contenen macromolècules complexes que els bacteris no poden digerir directament. Aquesta etapa de “trencament” de la matèria orgànica en unitats més senzilles (monòmers) determina la velocitat i l’eficiència de tot el sistema. Si la hidròlisi és lenta o incompleta, la producció de bioplàstic cau dràsticament.
Aquesta col·laboració representa un pas endavant en la gestió de residus a Catalunya. En transformar subproductes agroindustrials infrautilitzats en recursos valuosos, el projecte no només redueix les emissions de gasos d’efecte hivernacle associades als abocadors, sinó que impulsa una indústria química més sostenible i desvinculada dels combustibles fòssils.
"Apostar per un doctorat industrial en aquest context em permet unir la recerca aplicada amb la realitat industrial, generant un impacte ambiental tangible."
Per poder conèixer els detalls de la recerca i com ha sigut l’experiència, parlem amb la biotecnòloga Montserrat Jiménez Urpi, qui lidera aquest projecte de doctorat industrial centrat a optimitzar la producció de polihidroxialcanoats (PHA) a partir de residus agroindustrials. Amb el projecte, la doctoranda industrial ha validat l’escalat de processos d’hidròlisi i fermentació fins a una planta pilot de 400 litres. Aquesta iniciativa no només impulsa la circularitat industrial, sinó que garanteix la producció de bioplàstics amb propietats mecàniques aptes per a sectors d’altes prestacions com la cosmètica o l’embalatge de luxe.
Passió per la producció industrial i l'impacte ambiental
– Montserrat, ets biotecnòloga i especialista en fermentació. Molts perfils similars opten per la indústria farmacèutica o l’alimentària tradicional. Què et va motivar a apostar per un Doctorat Industrial centrat en la revalorització de residus?
– Des que vaig acabar el grau, vaig tenir clar que la branca que més m’apassionava era la producció industrial, especialment els processos on el control de condicions de fermentació i l’optimització de paràmetres operatius són claus per a l’eficiència. El projecte de Benviro em permet transformar residus en productes d’alt valor afegit, unint la recerca aplicada amb la realitat del mercat. Apostar per un doctorat industrial en aquest context em permet unir la recerca aplicada amb la realitat industrial, generant un impacte ambiental tangible.
– Treballar amb residus agroindustrials implica gestionar matèries primeres “imperfectes”. Què t’atreu d’aquest repte?– Precisament el fet de donar valor a allò que, d’entrada, sembla que no en tingui. No ens limitem a estratègies convencionals com el biogàs; anem un pas més enllà per obtenir àcids grassos volàtils (AGVs), que són la base per produir bioplàstics. Convertim un problema de gestió ambiental en una oportunitat de negoci.
La ciència de "cuinar" el residu per als bacteris
– El teu projecte se centra en la hidròlisi i la fermentació acidogènica. Com explicaries aquest procés a un perfil no científic?
– Podríem dir que estem “cuinant” el menjar per als bacteris. Els residus reals són massa complexos perquè els microorganismes els aprofitin ràpidament. Amb la hidròlisi, obtenim molècules més petites i fàcilment assimilables. Després, mitjançant la fermentació acidogènica, els bacteris transformen aquest aliment en AGVs, que finalment serviran de substrat per a uns altres bacteris que produeixen el bioplàstic PHA.
– Quina és la innovació principal que proposes per maximitzar aquesta producció?
– El primer pas és entendre bé quin tipus de residu tenim, perquè no tots són iguals. Són residus reals, que tenen variabilitat, i per això cal caracteritzar-los i identificar els seus components principals per dissenyar una estratègia d’hidròlisi (la part de “cuinar” el residu) adequada al tipus de residu i centrant-nos en la fracció que serà més difícil d’aprofitar pels bacteris.
Un cop el residu està hidrolitzat, el següent repte és ajustar les condicions de la fermentació de manera específica per a cada tipus de residu, en lloc d’aplicar el mateix procés estàndard per tots. Tenim uns paràmetres de referència, però ho ajustem segons les característiques concretes.
La innovació principal del projecte és precisament aquest enfocament: adaptar tant la hidròlisi com la fermentació específica als residus reals, segons les característiques, en comptes d’aplicar un procés estàndard. Però sempre amb una visió industrial, prioritzant estratègies realment escalables i aplicables a grans volums de producció.
"A cinc anys vista, creiem fermament que l’ús de materials biodegradables i lliures de microplàstics, no serà un element diferencial, sinó un requisit indispensable per a la majoria de sectors industrials."
L'avantatge competitiu per a Benviro
– Benviro ja té una tecnologia patentada. Per què és estratègic invertir recursos en una tesi sobre una fase inicial com la hidròlisi?
– Com a la majoria d’empreses industrials, busquem maximitzar la producció minimitzant els costos. El Doctorat Industrial ha permès a l’empresa incrementar la ràtio de quilograms d’AGV produïts per cada euro d’inversió. Com més residu aprofitem a l’inici, més bioplàstic generem al final, la qual cosa optimitza tot el model de negoci.
És per això que la hidròlisi és una part clau del procés global, no només per millorar la fermentació sinó també per millorar la productivitat del bioplàstic final. En resum, el doctorat industrial ens ha permès dissenyar, optimitzar i validar un model de negoci més sostenible.
– Com es tradueix aquesta optimització en el producte final que arriba al mercat?
– Quan parlem d’aplicacions reals, l’optimització dels processos inicials, com la hidròlisi i la fermentació, es tradueix directament en control, rendiment i qualitat del producte final, que són factors crítics per a la seva adopció industrial.
El control de les fases inicials ens dona traçabilitat sobre l’estructura del polímer de PHA. Això permet controlar les propietats mecàniques del bioplàstic i reduir desviacions entre lots, fent-lo apte per a sectors exigents com l’embalatge prèmium o la cosmètica, on el material ha de ser fiable i comparable al plàstic fòssil.
– L’escalat és un dels grans desafiaments. Com ha estat el pas dels reactors de laboratori a la planta pilot?
– És un procés complex perquè el que funciona en petit no sempre és viable econòmicament o tècnicament a gran escala. Malgrat això, hem aconseguit escalar amb èxit fins a un reactor de 400 litres. Hem hagut de gestionar volums superiors i adaptar els temps operatius; processos que al laboratori duren 30 minuts, a la planta poden requerir 3 hores.
– Ens pots descriure algun moment crític gestionant la variabilitat del residu?
– En un cas, el residu variava cada dos dies segons el cicle de producció d’origen, detectant desviacions en l’anàlisi. Ho vam resoldre incorporant un tanc auxiliar d’homogeneïtzació per barrejar residus de diferents dies, creant un procés robust i industrialment viable malgrat la variabilitat inherent a la matèria primera. En aquest sentit, una part clau del projecte ha estat aprendre a treballar amb residus reals, assumint i gestionant la variabilitat inherent al seu origen, i traduint-la en un procés robust i industrialment viable.
El pont bidireccional entre la universitat i el mercat
– Què aporta aquest doctorat al grup de recerca GENOCOV i a Eurecat?
– Ha estat la palanca per tancar el cercle entre el coneixement del laboratori i la realitat de la planta. L’accés a dades d’operació i costos reals ens permet prioritzar el que és escalable i té retorn industrial. Sense l’aliança amb Venvirotech, difícilment hauríem validat protocols amb restriccions de CAPEX i OPEX reals. Ens ha aportat velocitat de transferència i maduresa tecnològica (TRL).
– Com es gestiona la transferència de coneixement per fer viable una planta de producció?
– La transferència ha estat un flux continu: els resultats científics es transformaven immediatament en criteris operatius i de disseny per a la planta pilot. Hem definit les bases del procés (P&ID, selecció de materials) perquè el coneixement no es quedi només en publicacions, sinó en capacitat operativa real.
– Creieu dins l’equip del projecte que la producció de PHA a partir de residus serà l’estàndard industrial?
– No en tenim cap dubte. La legislació europea ja empeny cap a la reducció del plàstic fòssil i previsiblement veurem impostos al plàstic verge. En cinc anys, l’ús de materials biodegradables no serà un element diferencial, sinó un requisit indispensable per a sectors com l’agricultura o el packaging alimentari. Treballem perquè aquesta transició sigui tècnicament viable i escalable.
– Quin consell donaries a algú que dubti entre la carrera acadèmica i la recerca industrial?
– La recerca industrial ofereix un entorn molt més proper a la realitat, on cada decisió té un impacte tècnic, operatiu i econòmic. En el meu cas, tota la investigació sempre ha tingut el focus en la possible implementació del procés estudiat en una planta industrial.
Això implica que no només es busca la millor estratègia des d’un punt de vista científic que busca maximitzar el rendiment d’hidròlisi o fermentació, sinó també aquella que realment es pugui aplicar, escalar i mantenir en una planta de producció. Per mi, la recerca industrial és ideal per a qui vol transformar el coneixement científic en solucions reals i tangibles.
