Magda Constantí, Daniel Montané, Francesc Medina
Departament d’Enginyeria Química
Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Química
Universitat Rovira i Virgili
Els plàstics produïts a partir de recursos fòssils mitjançant processos de refinació del petroli han tingut un paper clau en la societat moderna durant les darreres dècades. Tanmateix, la nostra forta dependència dels recursos fòssils i dels productes derivats ha comportat problemes greus com el canvi climàtic extrem, l’escalfament global, l’augment de l’empremta de carboni i l’esgotament ràpid dels recursos fòssils, fet que representa una amenaça no només per als humans sinó també per a tot el planeta [1]. Per fer front a aquests reptes globals, hi ha una necessitat urgent de substituir els plàstics basats en combustibles fòssils per plàstics respectuosos amb el medi ambient i d’origen biològic procedents de recursos renovables. Entre els diversos bioplàstics disponibles, els PHA han rebut més atenció tant en l’àmbit acadèmic com en l’industrial a causa de la seva biodegradabilitat en sòl i en medi marí en condicions ambientals [2], i han demostrat un gran potencial com a alternativa verda als plàstics fòssils [3]. Cal destacar que el volum actual de mercat ocupat pels PHA és de 23.000 MT [4]. L’Administració d’Aliments i Medicaments dels Estats Units (US-FDA) ha aprovat l’ús de bioplàstics PHA per al contacte amb aliments i aplicacions biomèdiques a causa de la seva biocompatibilitat i naturalesa no tòxica [5]. A més, la demanda de PHA està augmentant gradualment en diverses aplicacions industrials.
Tot i que els PHA són polièsters respectuosos amb el medi ambient i biocompatibles, el seu alt preu de venda (4–5 €/kg), en comparació amb els plàstics basats en combustibles fòssils (menys d’1 €/kg), limita la seva competitivitat en el mercat comercial o el seu ús més ampli com a plàstics de consum massiu [6]. L’elevat preu dels PHA està associat a l’ús de substrats de carboni costosos, que representen el 50 % del cost total de producció. Per superar aquest repte, s’han intensificat els esforços de recerca centrats en l’ús creixent de fonts de carboni renovables i econòmiques per a la producció de PHA. En aquest context, la biotransformació de biomassa lignocel·lulòsica en PHA ha adquirit una gran atenció tant en l’àmbit acadèmic com en l’industrial, ja que aquestes matèries primeres són abundants, neutres en carboni, no comestibles i de baix cost [7].
El disseny del procés de biorefineria per a la producció de PHA utilitzant biomassa lignocel·lulòsica ha estat principalment determinat pels avenços en tecnologies de pretractament de biomassa, enginyeria metabòlica, eines de biologia sintètica i estratègies per produir soques d’alt rendiment, processos de fermentació i tecnologies de processament posterior. Rodriguez-Perez et al. [8] van revisar els reptes de l’escalat dels processos microbians de producció de PHA amb matèries primeres renovables. Aquests autors van destacar que la naturalesa recalcitrant de la biomassa lignocel·lulòsica pot representar dificultats tècniques per obtenir sucres fermentables. Actualment, els avenços significatius en tecnologies de pretractament i fermentació, estan millorant el procés.
La utilització de residus de biomassa lignocel.lulòsica com a substrats, redueix el cost de producció. En els nostres laboratoris, es despolimeritza i hidrolitza la biomassa lignocel.lulòsica als seus components carbohidrats mitjançant sistemes físic-químics i a continuació aplicant processos biològics, aquest sucres es poden transformar a bioplàstics, com el polihidroxibutirat (PHA), i altres productes de valor afegit. D’aquesta manera, en aprofitar un residu i donar-li un valor, estem inferint dins de l’economia circular.
[1] Andhalkar, VV, Foong SY, Kee SH, Lam SS, Chan YH, Djellabi R, Bhubalan K, Medina F, Constantí M. Macromol. Mater. Eng. 2023: 2300100.
[2] J. K. Muiruri, J. C. C. Yeo, Q. Zhu, E. Ye, X. J. Loh, Z. Li, ACS Sustain. Chem. Eng. 2022, 10, 3387–3406.
[4] R. Ganesh Saratale, S. K. Cho, G. Dattatraya Saratale, A. A. Kadam, G. S. Ghodake, M. Kumar, R. Naresh Bharagava, G. Kumar, D. Su Kim, S. I. Mulla, H. Seung Shin, Bioresour. Technol. 2021, 325, 124685.
[5] C. Pérez-Rivero, J. P. López-Gómez, I. Roy, Biochem. Eng. J. 2019, 150, 107283.
[6] H. R. Ingram, J. B. Winterburn, N. Biotechnol. 2021, 60, 12–19.
[7] D. M. Alonso, S. H. Hakim, S. Zhou, W. Won, O. Hosseinaei, J. Tao, V. Garcia-Negron, A. H. Motagamwala, M. A. Mellmer, K. Huang, Sci. Adv. 2017, 3, e1603301.
[8] S. Rodriguez-Perez, A. Serrano, A. A. Pantión, B. Alonso-Fariñas, J. Environ. Manage. 2018, 205, 215–230
