De Residuos del Vino a Productos de Alto Valor Añadido LIFE HAproWINE

De Residuos del Vino a Productos de Alto Valor Añadido LIFE HAproWINE LIFE08 ENV/E/000143 Valladolid, 3 de diciembre de 2013 Yolanda Núñez

ÍNDICE 2 Identificación de compuestos de alto valor añadido Distribución y composición de los residuos orgánicos del vino Aplicaciones potenciales de los residuos del vino Criterios de selección Ensayos a escala laboratorio Escalado a Planta Piloto Molienda Tratamiento químico Formación de composites Diseño de experimentos Caracterización de WPCs Conclusiones Aplicaciones

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4 COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO Identificacion de los compuestos residuales con mayores perspectivas para ser revalorizados. IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO IDENTIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS Identificación y selección de los mejores productos que pueden obtenerse a partir de los compuestos seleccionados y determinación de la estrategia para su obtención Criterios de seleccion para la identificacion de los compuestos de alto valor añadido mas viables SELECCIÓN DE COMPUESTOS ANÁLISIS DE LAS ESTRATEGIAS DE SÍNTESIS Validación de los criterios de selección a escala laboratorio. Validación técnica, económica y ambiental de los efectos de los compuestos seleccionados: Análisis de Ciclo de Vida

5 IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS ORGÁNICOS DEL VINO La industria vitivinícola española genera entre 2 y 3 millones de toneladas anuales de residuos o subproductos, principalmente producidos durante el período de la vendimia. La mayoría de los residuos generados en una bodega (80-85%) son residuos orgánicos. Orujos (62%) Lías (14%) Pieles, semillas y tallos (12%) Lodos de aguas residuales (12%) (Ruggieri et al., 2009)

6 IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS ORGÁNICOS DEL VINO ORUJOS Azúcar (14%) Contenido en humedad (65%) PIELES, SEMILLAS Y TALLOS Lípidos (15%) Proteínas (10%) Fibra alimentaria (Celulosa, pectinas, hemicelulosa, lignina, polifenoles) (65%) LÍAS (Lías secas) Ácido tartárico (12%) Proteínas (20%) Fibra alimentaria (Celulosa, pectinas, hemicelulosa, lignina, polifenoles) (25%) Azúcar y pigmentos (10%) Lípidos (4%)

7 IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO APLICACIONES POTENCIALES DE LOS RESIDUOS DEL VINO Vinoterapia. Cosméticos ricos en polifenoles. Compuestos ricos en antioxidantes. Cosmética Farmacia Colorante alimenticio. Polifenoles usados como agentes antimicrobianos. Alimentos funcionales. Alimentación Industria Taninos. Ácido tartárico. Biomasa. Alimentación animal. Enmienda orgánica de suelos. Biodiesel e hidrógeno. Sector plástico.

8 SELECCIÓN DE COMPUESTOS CRITERIOS DE SELECCIÓN 1. ASPECTOS ECONÓMICOS Cantidad de residuos Coste de la gestión del residuo Coste del producto recuperado Valor del producto final 2. ASPECTOS TÉCNICOS Potencial de paso a escala industrial No probado a escala piloto/laboratorio 3. ASPECTOS AMBIENTALES Peligrosidad del residuo Impacto ambiental del proceso de recuperación Impacto ambiental del producto final

9 SELECCIÓN DE COMPUESTOS 1º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos económicos Aplicación Viabilidad económica Aplicación Viabilidad económica Cosméticos + Producción de agentes de control biológico + Vinoterapia ++ Suplementos alimenticios Tratamiento contra el Alzheimer ++ Producción de enzimas Producción del polisacárido polulano = Alimentación animal + Colorante alimenticio + Fertilizantes +++ Alimentos funcionales + Biodiesel ++ Aditivos alimenticios +++ Biomasa ++ Taninos + Biopolímeros ++ Adhesivos + Refuerzo de plásticos ++ Adsorbentes ++ ++

10 SELECCIÓN DE COMPUESTOS 2º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos técnicos Aplicación Potencial de escalado Aplicación Potencial de escalado Cosméticos Medio Producción de agentes de control biológico Alto Vinoterapia Planta piloto Producción de enzimas Alto Suplementos alimenticios Medio Alimentación animal Alto Colorante alimenticio Medio Fertilizantes Planta piloto Alimentos funcionales Medio Biodiesel Planta piloto Aditivos alimenticios Planta piloto Biomasa Planta piloto Taninos Planta piloto Biopolímeros Alto Adhesivos Medio Refuerzo de plásticos Alto Adsorbentes Medio

11 SELECCIÓN DE COMPUESTOS 3º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos ambientales Aplicación Peligrosidad del residuo Impacto ambiental del proceso de recuperación Impacto ambiental del producto final Puntuación Producción de agentes de control biológico Producción de enzimas Alimentación animal + + + +++ + + = ++ + + = ++ Biopolímeros + = + ++ Refuerzo de plásticos = + + ++

12 SELECCIÓN DE COMPUESTOS CONCLUSIONES Aplicación Aspectos económicos Aspectos técnicos Aspectos ambientales Puntuación Producción de agentes de control biológico Producción de enzimas + ++ +++ 6+ ++ ++ ++ 6+ Alimentación animal + + ++ 4+ Biopolímeros ++ ++ ++ 6+ Refuerzo de plásticos ++ ++ ++ 6+

13 COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS ENSAYOS A ESCALA LABORATORIO

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ESCALADO DEL PROCESO DE REUTILIZACIÓIN DE RESIDUOS DEL SECTOR VIVIVINÍCOLA 15 ESCALADO Selección de objetivos (impurezas, selectividad, rendimiento ) Diseño del reactor. DISEÑO DE PLANTA PILOTO CONSTRUCCIÓN PLANTA PILOTO Establecimiento de condiciones experimentales optimizadas para alcanzar los objetivos seleccionados. Evaluación de los resultados experimentales. Evaluación de los diferentes parámetros que influyen en la propiedades del composite final. DISEÑO DE EXPERIMENTOS ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES Validación de los parámetros óptimos para la preparación del composite.

16 ESQUEMA DE VALORIZACIÓN DE FIBRAS DE CELULOSA COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO

17 COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO

18 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 1.1. MOLIENDA OBJETIVO: Reducir tamaño de partícula VARIABLE: tamaño de fibra Tamiz de 1,5 mm Tamiz de 4 mm

19 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 1.1. MOLIENDA Caracterización de las fibras molidas 2.9% humedad Dos etapas de descomposición Celulosa 200 ºC Hemicelulosa 300 ºC Lignina 350 ºC

20 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO OBJETIVO: Eliminar la lignina y separar las fibras de celulosa AGENTE QUÍMICO PROCESO A PRESIÓN POST- TRATAMIENTO CON H 2 O 2

21 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO 100 95 Transmittance (%) 90 85 80 2000 C=O (hemicellulose) 1800 Ar (lignin) CH 3 CH 2 (lignin) (cellulose) 1600 1400 Wavenumer (cm 1 ) 1200 1000

22 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO La extracción más efectiva de la lignina se alcanzó utilizando un tratamiento alcalino a presión + post-tratamiento con H 2 O 2. 2.2. FILTRADO 2.3. SECADO

23 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS 3.1. DESHUMIDIFICACIÓN 3.2. FORMACIÓN DE COMPOSITES 3.3. PELETIZACIÓN

24 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS DISEÑO DE EXPERIMENTOS Matriz polimérica Fibras de celulosa Diseño de experimentos: Diseño de experimentos Matriz polimérica: PLA, PP Tamaño de fibras: cortas y largas Fibras tratadas químicamente: Sí o No % de fibra (10-40%) Fibras de celulosa Condiciones de proceso: perfil de Tª, velocidad del tornillo Polímero

25 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS CARACTERIZACIÓN WPCs Espectrofotómetro de infrarrojo (FTIR) Análisis termogravimétrico (TGA) Microscopio óptico Además se midieron propiedades mecánicas, conductividad...

26 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS CONCLUSIONES La valorización de fibras de celulosa a partir de residuos lignocelulósicos procedentes de la industria del vino como refuerzo de composites plásticos es técnicamente viable. Las fibras de celulosa se deben tratar químicamente para facilitar su dispersión en la matriz polimérica. Es necesario utilizar compatibilizantes. La lignina no es un buen compatibilizante en WPCs basados en PP. Porcentajes de fibra superiores al 30% no son recomendables, bajo estas condiciones, ya que se forman materiales poco homogéneos. Se podría aplicar un segundo proceso de extrusión para aumentar el porcentaje de fibra, pero no es recomendable debido a la posible degradación de las fibras durante el segundo procesado y la consiguiente emisiones de COVs.

27 PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS APLICACIONES Automoción Construcción Ocio Jardín y exterior Mobiliario y decoración

28 AGRADECIMIENTOS Los socios del Proyecto HAproWINE agradecen la contribución del instrumento financiero LIFE de la Unión Europea en el marco del proyecto LIFE08 ENV/E/000143. Asimismo, quieren expresar su más sincero agradecimiento a las bodegas y otras entidades participantes en el Grupo de Consulta por su estrecha colaboración en la consecución de los objetivos perseguidos en el mismo.

Muchas Gracias Con la contribución del instrumento financiero LIFE de la Unión Europea Yolanda Núñez - Fundación CTME Tel. 947.33.15.15 yolandanunez@ctme.es LIFE08 ENV/E/000143 LIFE HaproWINE