TEP-128 (UCA) Fluidos supercríticos: la tecnología verde que transforma residuos en energía, materiales y salud
Pionero en España en el uso de fluidos supercríticos, este grupo de investigación desarrolla soluciones innovadoras para el sector agroalimentario que van desde la obtención de compuestos bioactivos hasta la producción de energía y materiales avanzados. A través de tecnologías limpias y procesos de alta presión, convierten residuos agrícolas en recursos de alto valor, impulsando la economía circular y acercando la investigación a su aplicación real en la industria.
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¿Qué líneas de investigación realiza su grupo?
Este grupo, que se inició hace más de 30 años, fue pionero en España con los fluidos supercríticos, que hace referencia a cualquier sustancia que se encuentre por encima de su punto crítico; tienen propiedades entre los gases y los líquidos, lo que los hace idóneos para muchos procesos porque disuelven muy bien (como líquidos) y penetran muy bien la materia (como gases).
Nuestro grupo centra su investigación en el uso de los fluidos supercríticos en varias líneas relacionadas con la agroalimentación: Procesos de extracción a alta presión, procesos de formación de micro y nanopartículas, encapsulación de micro y nanopartículas, generación y modificación de polímeros, depuración de vertidos agroalimentarios mediante oxidación húmeda y supercrítica y valorización energética de biomasa mediante procesos hidrotérmicos.
Entrando más en profundidad en cada línea, hablamos de los procesos de extracción, utilizando dióxido de carbono (CO2) para recuperar compuestos de subproductos agroalimentarios (residuos de hojas de girasol, poda de olivo, hojas de mango, anonacia y viticultura). Recuperamos compuestos con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y antidiabéticas para los sectores biomédico y agroalimentario. También desarrollamos la impregnación, donde funcionalizamos polímeros para generar envases activos.
En la línea de generación de partículas, potenciamos la actividad de esos extractos (antioxidante, antibacteriana) concentrándolos en micro y nanopartículas sólidas mediante técnicas de CO2 supercrítico. También hacemos microencapsulación con polímeros para formulaciones de liberación controlada en biomedicina o farmacéutica.
También trabajamos con tratamientos hidrotérmicos, donde el protagonista es el agua a alta presión y temperatura. Partimos de residuos líquidos (industrias cárnicas, queserías) o biomasa húmeda (restos de poda) y usamos la capacidad transformadora del agua para destruir el residuo orgánico (limpiar el agua) y valorizarlo energéticamente, transformándolo en combustible líquido o en un gas rico en hidrógeno.
En la línea de biotecnología de microalgas, valorizamos esta biomasa para obtener biocombustibles, fertilizantes, cosméticos o productos farmacéuticos, utilizando tecnologías verdes como los fluidos supercríticos para obtener extractos ricos en compuestos nutracéuticos.
Y, por último, la línea orientada al desarrollo de catalizadores (óxidos metálicos) para procesos de valorización de biomasa agotada, por ejemplo, para producir la plataforma química furfural y facilitar procesos más sostenibles.
¿Qué proyectos querrían destacar como ejemplos en los que haya participado el grupo?
Tenemos proyectos focalizados en la generación de envases activos, materiales para la regeneración de tejidos y obtención de energía. Actualmente nos centramos mucho en el escalado de estos procesos.
En envases activos (aquellos que incorporan sustancias para preservar más tiempo el alimento), tenemos proyectos de la Junta de Andalucía, el Ministerio y el proyecto europeo PRIMA. Hemos pasado de la escala de laboratorio al escalado para obtener filmes activos de tamaños considerables, alcanzando niveles de madurez tecnológica (TRL) entre 5 y 6.
También colaboramos con el Instituto Carlos III para generar micropartículas a partir de algas invasoras del litoral andaluz que tienen compuestos interesantes para enfermedades neurodegenerativas. También tenemos un proyecto Feder-UCA para impregnar polímeros porosos (scaffolds) para la regeneración de tejidos.
Y en procesos hidrotérmicos, depuramos residuos de las industrias del vino (vinazas) y del aceite de oliva (alpechines y alperujos) para obtener energía. También hemos establecido contacto con la empresa Ecoembes para el tratamiento de envases multimaterial (papel, cartón, plástico y aluminio), siendo capaces de separar el aluminio y transformar el resto en energía en un solo proceso.
¿Pueden darnos algunos de los datos obtenidos más relevantes en esos proyectos?
En lo que respecta a la línea de preservación de alimentos, se han conseguido envases de biopolímeros con capacidad antioxidante, antimicrobiana y antifúngica a escala de planta piloto, con capacidad testada en la preservación de alimentos perecederos como pescado, carne, frutas y hortalizas. Por todo ello, destacar que las investigaciones realizadas permiten:
- Reducir la contaminación por plásticos: El estudio fomenta el uso de polímeros 100% biodegradables y compostables frente a los plásticos derivados del petróleo tradicionales en la industria alimentaria. Esto contribuye a mitigar la acumulación de microplásticos en el medio ambiente y su impacto negativo en la salud humana.
- Impulsar la Economía Circular: La investigación transforma residuos agrícolas (hojas y residuos de poda de olivo, hojas de mango, …), en un recurso valioso de alta pureza rico en antioxidantes y polifenoles. Este enfoque promueve un sistema de producción agrícola más sostenible.
- Mejorar la seguridad alimentaria y reducción del desperdicio: Al desarrollar «envases activos» que liberan compuestos antioxidantes, se logra prolongar la vida útil de los alimentos y mejorar su calidad postcosecha, lo que reduce directamente el desperdicio de comida en los hogares y comercios.
- Favorecer la transición hacia procesos industriales «verdes»: El uso de la impregnación con fluidos supercríticos (CO2) es una alternativa ecológica a los métodos convencionales, ya que es un proceso limpio, eficiente y fácilmente escalable a nivel industrial que no deja residuos tóxicos.
- Validar la técnica para la industria: Al demostrar que este proceso funciona con éxito a escala de planta piloto (y no solo en laboratorio), lo que contribuye a incrementar el nivel de madurez de la tecnología.
En lo que respecta a la línea centrada en la regeneración de tejidos:
Se han conseguido nuevos materiales poliméricos combinados tipo scaffdols gracias a la mezcla de polímeros conjugados con otros no conductores más maleables lo que permite disponer de biopolímeros con las características idóneas para favorecer el crecimiento celular. Se ha demostrado que los extractos de hojas de mango, y otros tipos de hojas, con propiedades bioactivas, son una alternativa natural para la prevención del stress oxidativo, la proliferación y la adhesión celular, favoreciendo la regeneración de tejidos. Por todo ello, destacar que las investigaciones realizadas permiten:
- Promover la valorización de residuos agrícolas (hojas de mango, olivo, mirto, …), reduciendo la generación de desechos y fomentando una economía circular.
- Emplear tecnologías limpias y respetuosas con el medio ambiente, como los fluidos supercríticos, para la extracción de compuestos de alto valor añadido, la formación de nanopartículas y la impregnación de sustancias activas.
- Contribuir a mitigar el cambio climático al disminuir la dependencia de polímeros convencionales y promover el uso de materiales biodegradables.
- Evaluar la generación de nuevas líneas de negocio para el sector agrario, como la producción y comercialización de extractos de hojas y nanopartículas.
- Aumentar la competitividad de las empresas del sector agrario al ofrecer productos más sostenibles y con mayor valor añadido.
- Fomentar la formación en zonas rurales, especialmente dirigida a mujeres y personas en riesgo de exclusión social, facilitando su acceso a sectores innovadores como la bioeconomía y la economía circular.
- Contribuir a mejorar la calidad de vida de la población al ofrecer soluciones para la regeneración de tejidos.
- Contribuye al cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, en particular los relacionados con la industria, la innovación, la producción y el consumo responsables y la acción por el clima
Con respecto a la línea centrada en el uso de microalgas, se aborda por primera vez el aprovechamiento de la biomasa algal generada de la biorremediación de efluentes de acuicultura para obtener biocrudo a partir de la licuefacción hidrotérmica (alta presión y temperatura).
¿Qué importancia cree que tiene pertenecer al ceiA3 y qué oportunidades de investigación puede aportarles?
El ceiA3 permite crear sinergias con otros grupos que tengan objetivos similares o complementarios, apoya a la difusión de la investigación no sólo al ámbito científico, sino también con carácter divulgativo, aspecto clave a la hora de solicitar y justificar proyectos; reconoce las líneas fuertes de cada grupo y los propone para participar en proyectos liderados por otras entidades.
En nuestro caso, hemos realizado durante muchos años cursos de Technical Training y hemos obtenido ayudas para tesis o contrataciones. El ceiA3 nos ayudó en la búsqueda de un socio de la Universidad de Jaén para un grupo operativo de este año; ellos tienen identificado en qué trabaja cada grupo y facilitan ese consorcio.
¿Retos de cara al futuro?
El principal reto es que la sociedad vea que los fluidos supercríticos existen y que son una tecnología limpia y no contaminante.
Un objetivo es que nuestros procesos se implanten realmente en la industria y la vida real, logrando que la investigación aplicada sea una realidad establecida a nivel regional o nacional. Y el reto transversal es integrar herramientas digitales e inteligencia artificial para acelerar el desarrollo, reducir el número de ensayos y facilitar el escalado industrial.
